【正文】 20V 50HzINGNEOUTASM1117INGNEOUT7805INGNEOUT7812GNDC8GND220uFC9C10C11220uFC12C13GNDC16220uFC17C18GND12VD2D3D4 圖 42 電源電路原理圖 AC220V50Hz 市電經(jīng)過變壓器降壓過后，輸出電壓幅值較小的交流電壓，然后通過橋式整流 變?yōu)?脈動的直流電壓，經(jīng)過后級的大電容濾波形成脈動較小的直流電壓最后經(jīng)過穩(wěn)壓管穩(wěn)壓成非常穩(wěn)定的直流電壓。電路圖如下： Q115R250mΩR412LOAD1Header 2HGNDOUT11IN12IN1+3VEE4IN2+5IN26OUT27VCC8LM1LM358+12VCC21kR51uFC10104C7470uFC6AD_INOUT11IN12IN1+3VEE4IN2+5IN26OUT27VCC8LM2LM358R10R12+12VCCGND100KR111MR13GND1MR8104C11470uFC12+12VCCGND100KR9GNDGNDGND1KR6R7AD_INLDAC1SYNC2AVDD3VOUT_A4VOUT_C5VOUT_E6VOUT_G7VREF IN/OUT8CLR9VOUT_H10VOUT_F11VOUT_D12VOUT_B13GND14DIN15SCLK16DAC8568VCC+51ufC8GND101C9GNDGNDSCLKSCLKDINDINSYNCSYNCCLRCLRVCC+5GND123P412345678P2Header 8通道D輸出電壓增益為2VOUT 圖 44 恒 流原理圖 綿陽師范學院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 5 系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)原理框圖 該設(shè)計一共有微控制器、 AD 采樣模塊、 DA 輸出控制模塊、恒 流電路、報警電路、按鍵、液晶顯示及其電源模塊。但是由于 TPS5430 是一種 DCDC 的斬波芯片，因此對電路的電磁干擾，線路的PCB 布局、布線都有較為嚴格的要求，這些干擾都將為以后的恒 流產(chǎn)生嚴重的影響，所以在電流步進為 1mA 時候的影響是比較明顯的，故在電流步進值為 1mA是效果不是很理想，效果還需要進一步改進。 熟悉 DCDC開關(guān)電源拓撲結(jié)構(gòu)的設(shè)計。 綿陽師范學院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 附錄 主程序如下： include include include include include include include include u32 Current_value,Set_Current, DA_value = 10000。 /*************LCD 初始化顯示 ****************/ LCD_show_Init()。 Sum_Error = PID_Calc(Pt_PID)。 } } 。 while(1) { Pt_PIDSet_point = Key_Scan()。 adc_init()。在此我 向培養(yǎng)我、教育我的母校 及 其所有關(guān)懷、 鼓勵 、支持 我的老師表示深深的謝意。經(jīng)過幾年的努力有所收獲。 實驗 數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，該設(shè)計 實現(xiàn)了 在 輸出電流從 200mA 到 2020mA 變化 時 ，輸出電壓在 10V內(nèi)變化時， 在步進為 10mA 時， 輸出電流的變化小于輸出電流值的 1%+10mA 的基本 功能要求 。 恒 流電路 利用 TPS5430 將電壓降到 10V以內(nèi) ，然后連接 MOS 管，負載與采樣電阻。多達 49 高速 GPIO。 片上集成 128KB 的 Flash,20KB 的 SRAM。 過流保護主要是檢測高端 MOS 管的壓降，然后再與過流保護的門限電壓比較， 如果超過門限電壓，那么過流保護將被觸發(fā)， MOS 管被關(guān)斷。如果 EN 腳的電壓小于門限電壓，調(diào)節(jié)器停止轉(zhuǎn)換，內(nèi)部軟啟動電路復位。系統(tǒng)還具有高溫、過流關(guān)斷保護。其拓撲結(jié)構(gòu)如下： VDLVTREUoCGNDPWM 圖 39 BUCK拓撲結(jié)構(gòu) 如圖所示： 其中 VT 為開關(guān)管， VD 為續(xù)流 二極管， L 為電感， C 為電容，R 為負載， L、 C 足夠大。表示寫到被選擇的輸入寄存器然后更新相應(yīng)的寄存器。但是，第 32 個時鐘下降沿與下次 線 SYNC 上的下降沿之間的最小時間間隔為10ns。 該輸入端口是數(shù)據(jù)輸入的幀同步信號。該芯片提供 與 SPI、 QSPI、 DSP 等 接口 相兼綿陽師范學院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 容的 串行口，方便與控制器連接 ，內(nèi)部的 施密特觸發(fā)器可以 運行在 高達 50MHz的輸入頻率 下 。用控制器自帶的 12位 AD 轉(zhuǎn)換器共有 4096 個狀態(tài)， 能夠 滿足題目要求。 DA 轉(zhuǎn)換器 將這個數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號 OUTv ，并送到比較器與輸入電壓 INv 相比較 ,如果 OUTv INv ,則說明 輸入 數(shù)字量過大， 應(yīng)該去掉這個 1；如果 Ov Iv ，則說明這個數(shù)字量還不夠，則保留這個 1，依此按照同樣的方法比較次高位，最后到達最低位為止 。依此類推，可以得到不同的 輸入 電壓下寄存器的狀態(tài)。此時最大輸出電流為： maxI =， 符合題目要求。 由此可以看出增量式 PID 算法具有控制結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)速度快，穩(wěn)定性好等優(yōu)點。 因為微 處理器 是一種采樣控制 器件 ， 不能像模擬 PID 那樣連續(xù)控制，只能根據(jù)采樣時刻的偏差計算控制量 。因此可以控制單片機輸出 DA 值到 MOS 管的 G極， 然后采樣精密電阻兩端的電壓，經(jīng)過單片機計算后再輸出一新的 DA 值，從而穩(wěn)定輸出電流 。 方案二：利用線性集成穩(wěn)壓器件構(gòu)成恒流源 線性穩(wěn)壓電源是一種輸入大于輸出的穩(wěn)壓器件，且反應(yīng)速度快，輸出紋波小。 內(nèi)部自帶誤差放大器和 5V參考基準電壓源。但是，直接使用硬件調(diào)節(jié)不但 抗干擾不強，而且不能實現(xiàn)電流的可控輸出。 方案二 ：用精密 采樣電阻采樣。該控制器是一種基于 ARM CortexM3 內(nèi)核 的 32 位處理器，且功耗低， 在市場上該控制 器的使用也是比較普遍 。電源首先連接到負載兩端，然后經(jīng)過 一 MOS 管，最后在連接一采樣電阻，將采樣電阻端的電壓引入到運放的負相輸入端，正相端 連接 由 DA輸出的電壓值，由 電子電路知識可知，當運放的正相與負相端電壓相等時，運放的輸出端電壓趨于穩(wěn)定。由此可見，恒流源任是當今電子電路不可缺少的一部分。 其中降壓斬波電路 主要是 供給系統(tǒng)恒流電路供電 ，直流 穩(wěn)壓電路主要供給控制器系統(tǒng)供電，采樣電路 實時采集輸出電流 ，再由 控制器 分析、計算，穩(wěn)定 輸出 電流。 該 系統(tǒng)主要由 電源變壓電路、整流電路、濾波電路、 降壓斬波 電路 、 直流穩(wěn)壓電路、 采樣電路、顯示與控制電路組成。 又例如在一些電子電路中經(jīng)常需要一些恒流源為其他的外圍電路提供穩(wěn)定的直流電流，以使得器件工作在合適的區(qū)域或者狀態(tài)下。恒流電路部分只要由運放、 MOS 管、精密采樣電阻等組成。 方案二： 采 用 ST 公司的 STM32 作為控制芯片。 如用其采樣必影響系統(tǒng)的精度，使其不能達到預期的效果 。且硬件調(diào)節(jié)對 電路電流的變化 比較敏感，能夠 快速的響應(yīng)。內(nèi)置線性鋸齒波振蕩器，綿陽師范學院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 外置 RC 振蕩，其振蕩頻率為： / *osc T Tf R C? 。但是，由于這是一種改變輸出電壓恒定電流的方式，難保證輸出電壓在 10V 以內(nèi)變化，而且開關(guān)電源控制電路結(jié)構(gòu)復雜，輸出紋波較大，不易達到題目的精度要求。所加的電壓不一樣，其 MOS管的導通內(nèi)阻 就不一樣。 Td ―― 微分系數(shù)。由式 35 可以得到微控制器第 k1 個采樣時刻的 輸出 值為 ： 1 1211 0[]k kkk k jj eeTu K p e e TdTi T? ???? ? ?? ? ?? 公 式 （ 37） 將 式 35 與式 37 相減得 ： 1211 2() k k kk k k k k k e e eTu u u K p e e e T dT i T ???? ??? ? ? ? ? ? ? 122( 1 ) ( 1 )k k kT T d T d T dK p e K p e K p eT i T T T??? ? ? ? ? ? 綿陽師范學院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 12k k ke e e? ? ???? ? ? 公 式 （ 38） 其中： (1 )T TdKp Ti T? ? ? ? 2(1 )TdKp T? ?? TdKp T? ? 由式 38 可以看出，如果采樣周期 T， ,??? 確定，只要求的前后的三次偏差值便可以得到輸出 量。 為留有余量，我們將放大倍數(shù)設(shè)為 20。如果輸入電壓 131 5 1 5IV R E F v V R E F??,則只有 C1 輸出為高電平， CLK 上升沿來后，僅 有 FF1 被置為 1 狀態(tài)。當轉(zhuǎn)換控制信號 cv 由低電平變?yōu)楦唠娖綍r轉(zhuǎn)換開始，時鐘信號將寄存器的最高位置為 1，使寄存器的輸出為 100 00 。按 1mA 的步進計算，總計有 20201 種狀態(tài)。 且根據(jù)寄存器的配置不同可以使其 具有上電復位輸出 0或者輸出最大值的二分之一 的功能 。 SYNC 為電平觸發(fā) 控制信號端。當一個接受幾個完整的 32 為數(shù)據(jù)后， SYNC 可以保持低電平或者拉高。 本設(shè)計使用通道 D，控制位為： 0011。這是一種非隔離式的 DC/DC 的變換器，一般使用 PWM 控制器或者單片機控制器器件的開通或者關(guān)斷實現(xiàn) 降壓 斬波。 500KHz的固定開關(guān)頻率。 在 EN 引腳上提供一個開關(guān)控制調(diào)節(jié)器。然后該電壓再加到 MOS 管的 G 極以控制輸出電壓的大小。且具有 單周期乘法和硬件除法 器 。 2 個 12 位 16 通道的 AD 轉(zhuǎn)換器。輸出電壓為： 1 .2 2 1 ( 1 2 )2OUT RRV R??? 通過配置合適的電阻 R R2 就可以使得輸出電壓小于 10V。測試數(shù)據(jù) 下表所示： 表 恒 流指標測試 設(shè)定電流 輸出電流 紋波電流 負載電阻 20mA 19mA 52uA