開關(guān)恒流電源

一、前言

為了進(jìn)一步優(yōu)化之前串聯(lián)式恒流源的電路。下面設(shè)計(jì)基于半橋式 PWM 恒流源電路設(shè)計(jì)。通過軟件形成恒流閉環(huán)控制。從而減少電路的功耗，提高工作效率。

二、電路設(shè)計(jì)

測試電路原理圖?包括一個(gè)G030單片機(jī)，使用 IR2181s 驅(qū)動(dòng)一個(gè)MOS 管半橋電路。從負(fù)載下邊反饋電流電壓，由單片機(jī)完成恒流輸出閉環(huán)控制。鋪設(shè)單面PCB，一分鐘之后得到測試電路板。

▲ 圖1.2.1 測試電路原理圖

▲ 圖1.2.2 測試PCB

??焊接電路板，清洗之后進(jìn)行調(diào)試。其中的單片機(jī)是之前實(shí)驗(yàn)板上拆卸下來的單片機(jī)，現(xiàn)在它已經(jīng)開始工作。測量現(xiàn)在兩路MOS柵極電壓波形。可以看到它們是相反的電壓驅(qū)動(dòng)波形。

三、電流波形

使用一個(gè)50歐姆的功率電阻作為負(fù)載，為了平滑電流波形，使用一個(gè) 2mH的電感與它串聯(lián)。下面的電流采樣電阻為 兩個(gè) 10歐姆電阻的并聯(lián)，5歐姆。示波器顯示輸出電壓波形以及電流波形。上面是占空比為50% 的電壓波形，下面是負(fù)載上的電流波形。

▲ 圖1.3.1 2mH串聯(lián)下，50歐姆負(fù)載對應(yīng)的電流波形

四、占空比測量

接下來測量不同PWM 占空比下，采樣電阻得到的電壓以及單片機(jī)ADC采樣數(shù)值。電流采樣值通過一個(gè) 1k歐姆和 10微法電容濾波之后連接到單片機(jī) ADC端口，使用 FLUKE45測量實(shí)際電壓值，單片機(jī)通過串口發(fā)送對應(yīng)的ADC采樣數(shù)值。這里給出了不同占空比下，電流采樣實(shí)際電壓值?？梢钥吹皆谡伎毡缺容^小的時(shí)候，輸出電壓有一個(gè)死區(qū)，這是因?yàn)?PWM 輸出的時(shí)候有相應(yīng)的死區(qū)設(shè)置，MOS管導(dǎo)通也有一定的時(shí)間延遲造成的。單片機(jī)ADC采樣與電壓成正比。這是512個(gè)數(shù)據(jù)平均值后的ADC采樣值。

▲ 圖1.4.1 采樣電阻為5歐姆情況下測量的不同占空比對應(yīng)的電流電壓

▲ 圖1.4.2 采樣電阻為5歐姆情況下測量的不同占空比對應(yīng)ADC數(shù)值

▲ 圖1.3.2 PWM與電壓

▲ 圖1.3.3 PWM與ADC

五、恒流控制

下面編寫恒隆調(diào)節(jié)程序。在主程序中，每隔 1 ms 調(diào)用該程序一次，對電流采集到的ADC進(jìn)行 PI調(diào)節(jié)，使得ADC的數(shù)值等于設(shè)定的數(shù)值。可以看到輸出的PWM 波形在抖動(dòng)調(diào)節(jié)過程中。改變設(shè)定電流ADC數(shù)值，輸出的占空比也隨之改變。

改變輸出PWM的電壓幅值，在恒流調(diào)解下，可以看到 單片機(jī)輸出的PWM 占空比在隨之改變。始終保持負(fù)載電流恒定。

下面通過編程，控制半橋輸出電壓從10V上升到 12V，測量電流采樣電阻上的電壓變化。由此來驗(yàn)證恒流控制精度。從測量結(jié)果來看，電流采樣電阻上的電壓變化小于 1mV。說明單片機(jī)調(diào)整輸出電流穩(wěn)定精度非常好。

▲ 圖1.5.1 不同工作電壓下對應(yīng)的電流電壓

※ 總??結(jié) ※

本文初步驗(yàn)證了基于半橋式開關(guān)恒流電路的原理。測試了電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，驗(yàn)證軟件恒流控制的效果。后面將該電路集成到之前使用串聯(lián)式恒流電路中。