高效數(shù)控恒流源設(shè)計(jì)報(bào)告(最終版)(編輯修改稿)
2025-07-13 20:06 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 性之間的矛盾，本設(shè)計(jì)選擇的整流管STPS30L60對(duì)此加以改進(jìn)，既具有低壓降，又有較小的方向電流。，同時(shí)其正向?qū)娏骺稍龃蟮?15A。其開(kāi)關(guān)速率可以達(dá)到10000V/μs?？梢赃_(dá)到本設(shè)計(jì)PWM波99KHz的要求。恒流源電路部分（1）具體電路分析電路原理圖如下圖5所示，主要由采樣電阻，12位DAC芯片TLV5618和控制運(yùn)放LM258，以及大功率管幾部分組成。大功率管實(shí)現(xiàn)擴(kuò)流，12位DAC輸出控制電壓送到運(yùn)放同相輸入端，根據(jù)運(yùn)放虛短的概念，運(yùn)放的反相輸入端電壓將等于控制電壓，采樣電阻的電壓經(jīng)20倍放大后連接到運(yùn)放反相端，從而實(shí)現(xiàn)電壓控制采樣電阻的電壓，進(jìn)而控制采樣電阻的電流，即控制恒流源輸出電流。由于電流設(shè)置分辨率為1mA/2000mA=1/2000，12位 DAC芯片TLV5618的分辨率為1/4096，滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)題目要求選擇合適的元器件很重要。圖5 恒流源電路（2）采樣電阻R的選擇對(duì)電阻而言，減額因子：S=實(shí)際功率/額定功率≤，因此電阻的功耗I2R應(yīng)盡量小，同時(shí)應(yīng)避免溫度過(guò)高引起阻值變化過(guò)大使得輸出電流值產(chǎn)生偏差。鑒于以上考慮。為避免采樣電阻通過(guò)大電流時(shí)發(fā)熱引起阻值變化影響輸出電流，如此可提高電源輸出電流穩(wěn)定性。（3）運(yùn)算放大器的選擇 由于此電源系統(tǒng)不提供負(fù)電壓，所以必須采用單電源運(yùn)放，本設(shè)計(jì)采用LM258。~32V，輸入失調(diào)電壓2~5mV，滿足精度要求。（4）功率管的選擇常見(jiàn)的電流源多采用達(dá)林頓管和VMOS管兩種，經(jīng)過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，，考慮到提高電源效率問(wèn)題，本電路采用VMOS大功率管。 (5) DAC與控制電路的配合 TLV5618的輸出電壓為UO=2VREFDIN/4096，當(dāng)VREF=，DIN=4000時(shí)，UO=，恰好滿足IL=，反饋電壓=。單片機(jī)控制顯示（1）MCU的選擇由于電流設(shè)置分辨率為1mA/2000mA=1/2000，故ADC和DAC的分辨率必須≥1/2000，即DAC和ADC的位數(shù)必須在11位以上。為保證精度，通常選用12位的ADC和DAC，外接ADC將使電路變復(fù)雜。市場(chǎng)上MCU種類繁多，TI公司的MSP430F149單片機(jī)是使用比較廣泛的一款單片機(jī)，其內(nèi)部含有60K FLASH以及8通道12位ADC，正好滿足本系統(tǒng)4個(gè)通道的要求。加之其低功耗設(shè)計(jì)也有利于提高電源效率。故本系統(tǒng)采用MSP430F149單片機(jī)作為控制芯片。（2）鍵盤(pán)掃描和LCD顯示鍵盤(pán)掃描選用鍵盤(pán)管理芯片ZLG7290，通過(guò)I2C串行接口，可方便地與處理器連接。其一共可掃描64個(gè)按鍵，本設(shè)計(jì)采用44鍵盤(pán)矩陣。單片機(jī)接口以及鍵盤(pán)、而低功耗必須采用LCD顯示器。連接電路如圖6所示。圖6 單片機(jī)系統(tǒng)電路圖整機(jī)效率問(wèn)題研究對(duì)于電源節(jié)能最重要的性能之一就是效率，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)在保證完成各項(xiàng)功能的同時(shí)充分考慮如何來(lái)提高效率。首先是開(kāi)關(guān)管的選擇，DC/DC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)試多種VMOS管，最終選擇的VMOS管IRFZ44N，其導(dǎo)通電阻ＲDS ，從而可以降低開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的功耗，提高系統(tǒng)效率。其次恒流源部分設(shè)計(jì)時(shí)同樣考慮大功率管的飽和管壓降帶來(lái)的功率損耗。經(jīng)電路實(shí)測(cè)達(dá)林頓管的飽和管壓降VCE=，其功率消耗較大。顯然比達(dá)林頓管的功率消耗要少。因此擴(kuò)流管放棄選用達(dá)林頓管，而選擇IRFZ44N，以提高整機(jī)效率?？刂撇糠诌x用TI公司生產(chǎn)的低功耗MSP430F149單片機(jī)，功耗已經(jīng)很低。四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件流程圖軟件流程如圖7所示：圖7 系統(tǒng)軟件流程圖開(kāi)始液晶主菜單上顯示三種選項(xiàng)，對(duì)應(yīng)設(shè)置電源三種工作模式：恒流源、恒壓源和恒流源軟啟動(dòng)模式。恒流源部分當(dāng)按下選擇恒流源的按鍵并按確定后單片機(jī)進(jìn)入恒流源功能模式。首先單片機(jī)要判斷負(fù)載是否開(kāi)路，若有開(kāi)路情況，聲光報(bào)警并文字提示；若無(wú)開(kāi)路，則設(shè)置電流值IS送DAC，控制輸出電流，然后檢測(cè)負(fù)載電壓，進(jìn)行過(guò)壓檢測(cè)和保護(hù)。過(guò)壓保護(hù)要求輸出過(guò)壓時(shí)進(jìn)行保護(hù)處理并聲光報(bào)警，當(dāng)過(guò)壓故障排除后系統(tǒng)能夠自動(dòng)恢復(fù)為正常工作狀態(tài)。過(guò)壓保護(hù)的流程如圖8所示，送出設(shè)置電流值IS后檢測(cè)輸出負(fù)載電壓，如果過(guò)壓則聲光報(bào)警，同時(shí)自動(dòng)降低輸出電流，以進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)
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