一种数控恒流源控制回路制造技术

一种数控恒流源控制回路，由DA转换器、运放组成的加法、减法器以及电流检测电阻组成，结构简单易用，只需根据开关电源控制器本身的反馈电压和电流检测电阻的大小设定DA转换器的输出值，就能达到利用软件控制输出电流的目的。结合本发明专利技术所涉及的数控恒流源控制回路，以及必要的直流电源、开关电源控制器、电感、外围电容电阻和微控制器即可构成完整的数控恒流源。

A NC Constant Current Source Control Circuit

【技术实现步骤摘要】
一种数控恒流源控制回路
本专利技术涉及一种恒流源控制回路，尤其涉及一种应用于开关电源的数控恒流源控制回路。
技术介绍
恒流源可以用于驱动主要受电流控制的设备，如驱动半导体制冷片、驱动LED灯条、直流电机调速，而数控恒流源可以接收来自微处理器的控制信号，改变其输出电流的大小，因而更适用于上述应用，特别是对半导体制冷片的控制。目前数控恒流源多为基于MOSFET的恒流源，电源供给侧的电压保持恒定，结合电流反馈信号调整MOSFET上的压降以完成恒流输出，此时MOSFET不同于一般的开关模式，而类似与一个与负载串联的可变电阻。该种方案的优点在于输出噪声小，响应快，但其最明显的缺点在于总输入功率在输出端分成了负载消耗的功率和MOSFET上消耗的功率，尤其在大电流、大压差的情况下，MOSFET上消耗的功率相当可观，系统效率低下，并且需要使用风扇辅助散热。相对于上述方案，基于开关电源的数控恒流源效率高且容易集成，最大输出电流、电压仅与选用的开关电源控制器和功率开关管有关。但目前市面上少有专用的数控恒流开关电源控制器。基于此，本专利技术提出了一种应用于开关电源控制器的数控恒流源控制回路。结合本专利技术所涉及的数控恒流源控制回路，以及必要的直流电源、开关电源控制器、电感、外围电容电阻和微控制器即可构成完整的数控恒流源。
技术实现思路
为了简化将开关电源控制器应用于数控恒流源带来的硬件改造过程，解决现有数控恒流源控制回路不易与微控制器连接、控制回路难以在不同型号开关电源控制芯片之间迁移的问题，本专利技术提出了一种主要由运算放大器、电流检测电阻、DA转换器组成的数控恒流源的控制回路。该方案使用两组DA转换器，其中第一组输出用于设定开关电源控制器的稳态反馈脚电压，第二组用于设定电流检测电阻上期望得到的电压。在电流检测电阻阻值选定的情况下，DA转换器第二组的设定电压除以该阻值即为期望的恒流电流。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：第一运算放大器(14)的同相输入端接入两个电阻，其一(4)接至DA转换器的第一输出，其二(6)接地，第一运算放大器(14)的反相输入端接入两个电阻，其一(3)接至DA转换器的第二输出，其二(5)接第一运放的输出端。第二运算放大器(15)的同相输入端接入两个电阻，其一(8)接至第一运算放大器的输出端，其二(10)接至电流检测电阻的热端，第二运算放大器(15)的反相输入端接入两个电阻，其一(9)接至第二运算放大器的输出端，其二(7)接地，第二运算放大器(15)的输出端接至本控制回路外的开关电源控制器(12)的反馈脚。通过微控制器(16)对DA转换器(1)(2)写入两个通道的输出值，第一输出为开关电源控制器反馈脚的稳态电压，第二输出为电流检测电阻(11)上期望得到的电压，即完成了设定恒流输出电流的必要操作。该电路工作原理如下：第一运算放大器(14)作为同相减法器，输出电压为DA转换器的第一输出端电压减去第二输出端电压。第二运算放大器(15)作为同相加法器，输出电压为第一运算放大器的输出电压加上电流检测电阻(11)的对地电压。开关电源控制器(12)的反馈脚的内部结构通常为比较器，增益极高，当电流设定值或负载(13)状态变化，使得第二运算放大器(15)的输出电压低于反馈脚的稳态标称电压时，开关电源控制器增大功率开关管的驱动信号占空比，提高输出电压,等同于提高输出电流，直至反馈脚电压等于其稳态标称电压，即电流检测电阻(11)的对地压降等于DA转换器的第二输出端电压时，恒流控制过程结束，此时负载电流Is即为设定的电流值。当反馈脚电压高于其稳态标称电压时，其过程与上述类似，但开关管降低驱动信号占空比以降低输出电压，等同于降低输出电流，完成恒流控制。本专利技术的有益效果是，结合外部直流电源，开关电源控制器，必要的外围电容、电感、电阻和微控制器，应用本专利技术所涉及的数控恒流控制回路，可以低成本实现完整的、易于集成的高精度数控恒流源。并且，微控制器可以连接多于一组的恒流源控制回路，容易实现多路恒流输出。另外，对负载有不同于该方案实施例的最大电流、电压要求的，可以选用另外的开关电源控制器以满足设计，而控制回路除需在软件上重新设定相应的反馈脚电压外，无需硬件上的调整，便于迁移。附图说明下面结合附图和实施实例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的电路原理图。图2是本专利技术的实施例原理图。图1与图2中虚线方框内部为本专利技术所涉及的数控恒流源控制回路，其余为应用本专利技术时可能需要的器件，不属于本专利技术范围。图中1.DA转换器通道二，2.DA转换器通道一，3~10.电阻，11.电流检测电阻，12.外部开关电源控制器及附属元件，13.外部负载,14.第一运算放大器，15.第二运算放大器，16.微控制器，17.续流二极管，18.输出电感。具体实施方式在图2所示实施例中，恒流源最大输出电压、电流与选用的开关电源控制芯片(12)有关。当DA转换器(1)(2)的分辨率一定时，电流检测电阻(11)的最大功率和阻值选取与完整恒流源电路的预期最大输出电流和设定电流分辨率有关。微控制器与DA转换器连接，通过发送指令改变DA转换器的输出电压以完成反馈脚电压、恒流控制电压的设定。第二运算放大器输出连接至开关电源控制芯片的反馈脚，开关电源输出经过输出电感连接至负载热端，负载冷端连接至电流检测电阻热端，从而组成完整的数控恒流源电路。优选的，DA转换器(1)(2)选用LTC1446双路12位DA转换器。优选的，运算放大器(14)(15)选用偏置电压为500µV的TLC27M7双运放。优选的，微控制器(16)选用ATMEGA328P。优选的，上述芯片使用5V单电源供电。优选的，电流检测电阻(11)选用功率为0.5W，阻值为50毫欧的1%贴片电阻。优选的，电阻(3)~(10)选用0603封装、阻值为10K的1%贴片电阻。优选的，开关电源控制器(12)选用LM2596SADJ，外部电感(18)选用47uH功率电感，续流二极管(17)选用SS34肖特基二极管。在图2所示实施例中，由上述部件组成的开关电源模块为降压接法，最大输出电流3A，反馈脚稳态电压标称值为1.23V。在图2所示实施例中，电流检测电阻(11)阻值为50毫欧，反馈脚设定电压为1.23V。DA转换器(1)(2)分辨率为12位，基准电压为4.095V，可以得出设定电流分辨率为20mA。若此时需将输出电流调整为1.60A，DA转换器通道一(2)应写入0x04CE以设定其输出电压为1.23V，通道二(1)应写入0x0050以设定其输出电压为0.08V，对应电流检测电阻(11)上的压降为80mV，即电流Is为1.60A，此时已经完成设定输出电流的必要操作。在接上负载(13)并且输出电压没有超过供电电源和开关电源转换器限制的情况下，即可得到1.6A的恒流输出电流。对于呈现容性或感性的负载，如有必要可以在第二运算放大器(15)的输出端加入补偿网络以提高系统响应速度和增加恒流源系统的稳定性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数控恒流源控制回路，由运算放大器及其附属电阻、DA转换器和电流检测电阻组成，其特征是： 控制回路中包含一个双通道的DA转换器或两个单通道的DA转换器，DA转换器的两个输出通道分别通过一个电阻连接至第一运算放大器的同相、反相输入端；第一运算放大器的输出通过一个电阻连接至第二运算放大器的同相输入端；电流检测电阻一侧接地，另一侧接至负载(13)并通过一个电阻连接至第二运算放大器的同相输入端；第二运算放大器的输出作为本控制回路的输出，连接至本控制回路外的开关电源控制器的反馈脚。

【技术特征摘要】
1.一种数控恒流源控制回路，由运算放大器及其附属电阻、DA转换器和电流检测电阻组成，其特征是：控制回路中包含一个双通道的DA转换器或两个单通道的DA转换器，DA转换器的两个输出通道分别通过一个电阻连接至第一运算放大器的同相、反相输入端；第一运算放大器的输出通过一个电阻连接至第二运算放大器的同相输入端；电流检测电阻一侧接地，另一侧接至负载(13)并通过一个电阻连接至第二运算放大器的同相输入端；第二运算放大器的输出作为本控制回路的输出，连接至本控制回路外的开关电源控制器的反馈脚。2.根据权利要求1所述的数控恒流源控制回路，其特征是：第一运算放大器(14)的同相输入端接入两个电阻，其一(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：康志亮，张紫东，黄鹏，
申请(专利权)人：四川农业大学，
类型：发明
国别省市：四川,51