基于双闭环PID控制的开关电源纹波抑制系统设计与实现
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引用本文:刘晓冬,白跃伟,王小刚,胡伟雄,王景泽.基于双闭环PID控制的开关电源纹波抑制系统设计与实现[J].上海第二工业大学(中文版),2026,43(2):182-191
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作者单位
刘晓冬 1. 上海第二工业大学智能制造与控制工程学院, 上海201209
 
白跃伟 1. 上海第二工业大学智能制造与控制工程学院, 上海201209
 
王小刚 1. 上海第二工业大学智能制造与控制工程学院, 上海201209
 
胡伟雄 2. 魅杰半导体设备(无锡) 有限公司, 上海201306 
王景泽 1. 上海第二工业大学智能制造与控制工程学院, 上海201209
 
基金项目:工信部高质量发展专项(ZTZB-23-990-030) 资助
中文摘要:在半导体量测领域, 光源驱动纹波抑制技术的有效性不足, 已成为制约量测设备精度与稳定性的核心瓶颈之一。为此, 本文提出一种基于双闭环比例- 积分- 微分(proportional-integral-derivative, PID) 控制策略的电源系统实现方法。该方法融合UC3842 与KA7500 芯片构成的主从式控制架构与STM32H743VIT6 微控制器的数字化调节技术, 采用三级式功率处理架构—— 包括输入级电磁干扰(electromagnetic interference, EMI) 滤波整流模块、多绕组变压器隔离变换模块及光耦隔离反馈模块, 结合改进型PID 控制算法, 实现了48 V/12.5 A 高精度直流输出。实验测试表明, 其输出纹波峰峰值严格控制在230 mV 以内(20 MHz 带宽+ 短地弹簧), 电压调整精度达到1% 量级。
中文关键词:开关电源电路  纹波  比例- 积分- 微分(PID)  动态响应  数字控制
 
Based on Dual Closed-Loop PID Control: Design and Implementation of a Switching Power Supply Ripple Suppression System
Abstract:In the semiconductor metrology field, the insufficient effectiveness of light source drive ripple suppression technology has become one of the core bottlenecks restricting the precision and stability of metrology equipment. To address this, a power supply system implementation method based on a dual closed-loop proportional-integral-derivative (PID) control strategy is proposed. This method integrates the master-slave control architecture composed of UC3842 and KA7500 chips with the digital regulation technology of the STM32H743VIT6 microcontroller, and adopts a three-stage power processing architecture including an input-stage electromagnetic interference (EMI) filtering and rectification module, a multi-winding transformer isolation and conversion module, and an optocoupler isolation feedback module. Combined with an improved PID control algorithm, it achieves a high-precision DC output of 48 V/12.5 A. Experimental tests show that the peak-to-peak value of its output ripple is strictly controlled within 230 mV (20 MHz bandwidth + short ground spring), and the voltage regulation accuracy reaches the level of 1%.
keywords:switching power supply circuit  ripple  proportional-integral-derivative (PID)  dynamic response  digital control
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