恒流恒功率的實(shí)現(xiàn)電路及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種恒流恒功率的實(shí)現(xiàn)電路及方法。其中，所述方法包括：采樣負(fù)載R0的輸出電流，獲得輸出電流采樣值；將電流采樣值、恒流給定值和恒功率給定值輸入至控制器的A/D采樣端口；由控制器在恒流給定值大于/小于輸出電流采樣值時(shí)由控制器發(fā)出控制信號(hào)控制PWM驅(qū)動(dòng)芯片增大/減小其輸出的PWM信號(hào)的占空比使負(fù)載R0上實(shí)現(xiàn)恒流，或者，利用輸出電流采樣值計(jì)算負(fù)載R0上的功率采樣值，在恒功率給定值大于/小于功率采樣值時(shí)由控制器發(fā)出控制信號(hào)控制PWM驅(qū)動(dòng)芯片增大/減小其輸出的PWM信號(hào)的占空比使負(fù)載R0上實(shí)現(xiàn)恒功率。本發(fā)明不需要分流器、霍爾傳感器或互感器等電流采樣元件，且具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】恒流恒功率的實(shí)現(xiàn)電路及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種控制電路，尤其涉及一種利用簡(jiǎn)單的電阻方式實(shí)現(xiàn)恒流和恒功率的實(shí)現(xiàn)電路及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一般電子類負(fù)載在恒流(CC模式)或恒功率(CP模式)設(shè)計(jì)中都會(huì)采集電流以實(shí)現(xiàn)恒流和恒功率的閉環(huán)控制。
[0003]如圖1所示為現(xiàn)有電子負(fù)載實(shí)現(xiàn)恒流或恒功率的電路示意圖。通過調(diào)節(jié)可變電阻R2的阻值來改變給定的輸入電流，由比較器Ul對(duì)給定的輸入電流與分流器SI上采到的電流反饋進(jìn)行比較，不斷調(diào)節(jié)晶體管Gl的通斷時(shí)間來改變占空比使得電流滿足給定的要求，實(shí)現(xiàn)恒流或恒功率是同樣的道理，只不過是再增加電壓采樣電路和乘法器，使得輸出電壓和電流的乘積保持不變。
[0004]從上述圖1中可以看出實(shí)現(xiàn)恒定電流輸出的閉環(huán)控制，需要電流反饋的采樣，在輸出電流采樣部分，會(huì)采用分流器、霍爾傳感器、互感器等各種電流采樣元器件。如果采用阻性元器件進(jìn)行電流采樣就會(huì)帶來損耗，如分流器，雖然分流器都是毫歐級(jí)別的，但是在大電流輸出情況下，分流器所承受的功耗也不會(huì)小，一般是幾瓦特(W)，所以有時(shí)一個(gè)分流器都難以滿足其自身的功率降額的要求，因此市面上的分流器是越做越小，這樣帶來的后果是分流器后面必須再匹配高放大倍數(shù)的芯片進(jìn)行放大，那么成本，采樣精度，以及小信號(hào)的電流采樣電路在制造電路板時(shí)，在PCB電路板上的走線都將成為影響設(shè)計(jì)的關(guān)鍵難點(diǎn)因素。另外如果采用霍爾、互感器等電流感應(yīng)類的采樣元器件，那么模塊的功率密度方面就會(huì)受到影響，因?yàn)檫@種元器件的體積都偏大，而且成本也不低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出一種利用簡(jiǎn)單的電阻方式實(shí)現(xiàn)恒流和恒功率的實(shí)現(xiàn)電路及方法，不需要分流器、霍爾傳感器或互感器等電流采樣元件。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種恒流恒功率的實(shí)現(xiàn)電路，其包括:
[0007]連接在直流電源與負(fù)載RO之間的主電路，該主電路中具有晶體管G1，晶體管Gl的漏極和源極分別耦接直流電源和負(fù)載RO ；
[0008]米樣負(fù)載RO的輸出電流,獲得輸出電流米樣值的電流米樣電路，該電流米樣電路的輸入端連接負(fù)載RO ；
[0009]具有多個(gè)A/D采樣端口的控制器，其中一個(gè)A/D采樣端口連接電流采樣電路的輸出端；
[0010]控制器的控制端通過推挽電路耦接PWM驅(qū)動(dòng)芯片的輸入端，而PWM驅(qū)動(dòng)芯片的輸出端連接晶體管Gl的柵極；
[0011]由控制器比較輸出電流采樣值與通過A/D采樣端口輸入的恒流給定值之間的差值，在恒流給定值大于/小于輸出電流采樣值時(shí)由控制器發(fā)出控制信號(hào)控制PWM驅(qū)動(dòng)芯片增大/減小其輸出的PWM信號(hào)的占空比，或者，利用輸出電流采樣值中斷計(jì)算負(fù)載RO上的功率采樣值，比較功率采樣值與通過A/D采樣端口輸入的恒功率給定值之間的差值，在恒功率給定值大于/小于功率采樣值時(shí)由控制器發(fā)出控制信號(hào)控制PWM驅(qū)動(dòng)芯片增大/減小其輸出的PWM信號(hào)的占空比。
[0012]其中，電流采樣電路包括連接負(fù)載RO的分壓電路，以及連接分壓電路的運(yùn)放電路。
[0013]其中，分壓電路包括串接的電阻Rl和電阻R2，且電阻Rl連接負(fù)載RO。
[0014]其中，運(yùn)放電路包括運(yùn)算放大器U2，其正輸入端通過電阻R3連接在電阻Rl和電阻R2的公共端、負(fù)輸入端連接通過電阻R4接地且負(fù)輸入端通過反饋電阻R5連接輸出端，而運(yùn)算放大器U2的輸出端通過電阻R6連接控制器UO的一個(gè)A/D采樣端口。
[0015]其中，推挽電路通過光耦連接PWM驅(qū)動(dòng)芯片的輸入端。
[0016]其中，推挽電路包括基極均連接控制器UO的控制端的P型三極管G2和N型三極管G3，三極管G3的集電極接+5V電源，三極管G3的發(fā)射極與三極管G2的發(fā)射極相連并連接光耦的輸入端，而三極管G2的集電極接地。
[0017]其中，晶體管Gl的漏極通過連接共模電感LI后耦接直流電源DC的正極、而源極通過電感L2、二極管D2耦接負(fù)載RO。
[0018]其中，晶體管Gl的漏極連接負(fù)載RO后耦接直流電源DC的正極、源極直接連接直流電源DC的負(fù)極。
[0019]其中，控制器為DSP芯片，通過閉環(huán)控制環(huán)路根據(jù)恒流給定值/恒功率給定值和輸出電流采樣值/輸出功率采樣值之間的差值，實(shí)現(xiàn)可編程的斬波控制PWM驅(qū)動(dòng)芯片輸出PWM信號(hào)的占空比。
[0020]另外，本發(fā)明還公開一種流恒功率的實(shí)現(xiàn)方法，其包括步驟:
[0021]米樣負(fù)載RO的輸出電流,獲得輸出電流米樣值；
[0022]將電流采樣值、恒流給定值和恒功率給定值輸入至控制器的A/D采樣端口，
[0023]由控制器比較輸出電流采樣值與恒流給定值之間的差值，在恒流給定值大于/小于輸出電流采樣值時(shí)由控制器發(fā)出控制信號(hào)控制PWM驅(qū)動(dòng)芯片增大/減小其輸出的PWM信號(hào)的占空比使負(fù)載RO上實(shí)現(xiàn)恒流，或者，利用輸出電流采樣值計(jì)算負(fù)載RO上的功率采樣值，比較功率采樣值與恒功率給定值之間的差值，在恒功率給定值大于/小于功率采樣值時(shí)由控制器發(fā)出控制信號(hào)控制PWM驅(qū)動(dòng)芯片增大/減小其輸出的PWM信號(hào)的占空比使負(fù)載RO上實(shí)現(xiàn)恒功率；
[0024]其中，控制器的控制端通過推挽電路耦接PWM驅(qū)動(dòng)芯片的輸入端，而PWM驅(qū)動(dòng)芯片的輸出端連接晶體管Gl的柵極，該晶體管Gl耦接在直流電源與負(fù)載RO之間。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0026]1、本發(fā)明采用阻性負(fù)載，直接采樣阻性負(fù)載上的輸出電流，從而可以用簡(jiǎn)單的電阻方式實(shí)現(xiàn)恒流和恒功率，不需要分流器、霍爾傳感器或互感器等電流采樣元件。
[0027]2、本發(fā)明由控制器通過閉環(huán)控制環(huán)路根據(jù)恒流給定值/恒功率給定值和輸出電流采樣值/輸出功率采樣值之間的差值，實(shí)現(xiàn)可編程的斬波控制PWM驅(qū)動(dòng)芯片輸出PWM信號(hào)的占空比，從而實(shí)現(xiàn)恒流恒功率控制。
[0028]3、本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精確度較高且實(shí)現(xiàn)成本較低?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0029]圖1是現(xiàn)有電子負(fù)載實(shí)現(xiàn)恒流或恒功率的電路示意圖。
[0030]圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電路示意圖。
[0031]圖3是控制器中恒流控制環(huán)路的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]本發(fā)明通過采樣輸出電阻上的電壓，然后利用斬波實(shí)現(xiàn)恒流和恒功率輸出，無需采樣元器件，具有易于實(shí)現(xiàn)、電路簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。
[0033]圖2所示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電路示意圖。直流電源DC通過主電路到達(dá)輸出端為阻性負(fù)載RO (又簡(jiǎn)稱為負(fù)載R0)供電，通過檢測(cè)阻性負(fù)載RO兩端電壓(即輸出電壓)，然后除以阻性負(fù)載RO的阻值，即可獲得實(shí)際的輸出電流，因此，通過對(duì)負(fù)載RO上的輸出電流進(jìn)行采用獲得輸出電流采樣值；與負(fù)載RO連接的電流采樣電路，包括連接負(fù)載RO的分壓電路，以及連接分壓電路的運(yùn)放電路(運(yùn)放電路包括運(yùn)算放大器U2，其正輸入端通過電阻R3連接在電阻Rl和電阻R2的公共端、負(fù)輸入端連接通過電阻R4接地且負(fù)輸入端通過反饋電阻R5連接輸出端，而運(yùn)算放大器U2的輸出端通過電阻R6連接控制器UO的A/D采樣端口)，輸出電流采樣值經(jīng)分壓電路(分壓電路包括串接的電阻Rl和電阻R2)分壓處理，然后利用運(yùn)算放大器U2進(jìn)行差分放大后傳送給控制器UO的A/D采樣端口，且恒流給定值或恒功率給定值也由用戶輸入(比如通過連接控制器UO的鍵盤輸入)至控制器UO的A/D采樣端口 ；而控制器UO的控制端連接推挽電路，該推挽電路包括基極均連接控制器UO的控制端的P型三極管G2和N型三極管G3，三極管G3的集電極接+5V電源，三極管G3的發(fā)射極與三極管G2的發(fā)射極相連，而三極管G2的集電極接地；且推挽電路的輸出端(即三極管G3的源極或三極管G2的源極)連接光耦U3后耦接PWM驅(qū)動(dòng)芯片U4的輸入端IN，而PWM驅(qū)動(dòng)芯片U4的輸出端OUT連接主電路中晶體管Gl的柵極。
[0034]由控制器UO利用定時(shí)中斷計(jì)算恒流給定值與對(duì)負(fù)載RO上的輸出電流采樣值之間的差值:如果恒流給定值大于輸出電流采樣值，那么控制器UO發(fā)出控制信號(hào)控制PWM驅(qū)動(dòng)芯片U4增大其輸出端OUT輸出的PWM信號(hào)的占空比，反之，如果恒流給定值小于輸出電流采樣值，控制器UO發(fā)出控制信號(hào)控制PWM驅(qū)動(dòng)芯片U4減小其輸出端OUT輸出的PWM信號(hào)的占空比，使得輸出電流無限接近于恒流給定值，實(shí)現(xiàn)恒流控制。而恒功率控制則是，控制器UO接收恒功率給定設(shè)定值，并中斷計(jì)算功率采樣值102*R0(10即為輸出電流)，將兩者進(jìn)行比較，與實(shí)現(xiàn)恒流控制一樣，根據(jù)恒功率給定值和功率采樣值之間的差值控制占空比，斬波實(shí)現(xiàn)恒功率控制。
[0035]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，控制器UO采用TI公司的數(shù)字控制芯片DSP2801實(shí)現(xiàn)(當(dāng)然，任何帶模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器A/D和PWM脈沖輸出的單片機(jī)或DSP都可以實(shí)現(xiàn))。DSP芯片的A/D采樣端口可以接受的03V的電平信號(hào)，傳入A/D端口，A/D將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，數(shù)值范圍從04096 ;而用戶通過鍵盤輸入的恒流給定值、恒功率給定值也通過A/D采樣端口轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
[0036]在DSP定時(shí)中斷中的控制過程如圖3所示，其中Vp和Ks為比例積分系數(shù)，Kp的取值取決于反饋想要達(dá)到給定的速度，Ki的取值取決于最終期望的兩者之間靜差的大小，PRD為滿占空比對(duì)應(yīng)的數(shù)值的大小，如IOOM的DSP2801發(fā)IOOk的EPWM波形，那么PRD就是500 (根據(jù)DSP手冊(cè)可以得到)，最終數(shù)值轉(zhuǎn)成模擬發(fā)波有(l_e~ (_st) ) /s的延時(shí)。
[0037]在圖3的所示實(shí)施例中，主電路至少包括:串接在直流電源DC的正極與負(fù)載RO之間的保險(xiǎn)開關(guān)Kl(比如保險(xiǎn)開關(guān)Kl為保險(xiǎn)絲)、共模電感L1、晶體管Gl和二極管D2。其中，晶體管Gl的柵極連接PWM驅(qū)動(dòng)芯片U4的輸出端OUT、漏極通過連接共模電感LI耦接直流電源DC的正極、源極通過電感L2、二極管D2耦接負(fù)載R0。
[0038]另外，晶體管Gl可以入圖3所示耦接在直流電源DC與負(fù)載RO之間，當(dāng)然，晶體管Gl可以連接在直流電源DC與負(fù)載RO之間形成環(huán)路的任何位置均可。比如，晶體管Gl連接在直流電源DC的負(fù)極與負(fù)載RO之間，晶體管Gl的柵極連接PWM驅(qū)動(dòng)芯片U4的輸出端OUT、漏極通過連接負(fù)載RO耦接直流電源DC的正極、源極直接連接直流電源DC的負(fù)極。
[0039]在一個(gè)實(shí)施例中，直流電源DC為電池或電池組。
[0040]綜上，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益技術(shù)效果:
[0041]1、本發(fā)明采用阻性負(fù)載，直接采樣阻性負(fù)載上的輸出電流，從而可以用簡(jiǎn)單的電阻方式實(shí)現(xiàn)恒流和恒功率，不需要分流器、霍爾傳感器或互感器等電流采樣元件。
[0042]2、本發(fā)明由控制器通過閉環(huán)控制環(huán)路根據(jù)恒流/恒功率給定值和輸出電流采樣值/輸出功率采樣值之間的差值，實(shí)現(xiàn)可編程的斬波控制PWM驅(qū)動(dòng)芯片輸出PWM信號(hào)的空比，從而實(shí)現(xiàn)恒流恒功率控制。
[0043]3、本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精確度較高且實(shí)現(xiàn)成本較低。
[0044]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種恒流恒功率的實(shí)現(xiàn)電路，其特征在于，包括: 連接在直流電源與負(fù)載RO之間的主電路，該主電路中具有晶體管G1，晶體管Gl的漏極和源極分別耦接直流電源和負(fù)載RO ； 米樣負(fù)載RO的輸出電流，獲得輸出電流米樣值的電流米樣電路，該電流米樣電路的輸入端連接負(fù)載RO ； 具有多個(gè)A/D采樣端口的控制器，其中一個(gè)A/D采樣端口連接電流采樣電路的輸出端; 控制器的控制端通過推挽電路耦接PWM驅(qū)動(dòng)芯片的輸入端，而PWM驅(qū)動(dòng)芯片的輸出端連接晶體管Gl的柵極； 由控制器比較輸出電流采樣值與通過A/D采樣端口輸入的恒流給定值之間的差值，在恒流給定值大于/小于輸出電流采樣值時(shí)由控制器發(fā)出控制信號(hào)控制PWM驅(qū)動(dòng)芯片增大/減小其輸出的PWM信號(hào)的占空比使負(fù)載RO實(shí)現(xiàn)恒流，或者，利用輸出電流采樣值計(jì)算負(fù)載RO上的功率采樣值，比較功率采樣值與通過A/D采樣端口輸入的恒功率給定值之間的差值，在恒功率給定值大于/小于功率采樣值時(shí)由控制器發(fā)出控制信號(hào)控制PWM驅(qū)動(dòng)芯片增大/減小其輸出的PWM信號(hào)的占空比使負(fù)載RO實(shí)現(xiàn)恒功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述恒流恒功率的實(shí)現(xiàn)電路，其特征在于，電流采樣電路包括連接負(fù)載RO的分壓電路，以及連接分壓電路的運(yùn)放電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述恒流恒功率的實(shí)現(xiàn)電路，其特征在于，分壓電路包括串接的電阻Rl和電阻R2，且電阻R`l連接負(fù)載R0。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述恒流恒功率的實(shí)現(xiàn)電路，其特征在于，運(yùn)放電路包括運(yùn)算放大器U2，其正輸入端通過電阻R3連接在電阻Rl和電阻R2的公共端、負(fù)輸入端連接通過電阻R4接地且負(fù)輸入端通過反饋電阻R5連接輸出端，而運(yùn)算放大器U2的輸出端通過電阻R6連接控制器UO的一個(gè)A/D采樣端口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述恒流恒功率的實(shí)現(xiàn)電路，其特征在于，推挽電路通過光耦連接PWM驅(qū)動(dòng)芯片的輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述恒流恒功率的實(shí)現(xiàn)電路，其特征在于，推挽電路包括基極均連接控制器UO的控制端的P型三極管G2和N型三極管G3，三極管G3的集電極接+5V電源，三極管G3的發(fā)射極與三極管G2的發(fā)射極相連并連接光耦的輸入端，而三極管G2的集電極接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述恒流恒功率的實(shí)現(xiàn)電路，其特征在于，晶體管Gl的漏極通過連接共模電感LI后耦接直流電源DC的正極、而源極通過電感L2、二極管D2耦接負(fù)載R0。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述恒流恒功率的實(shí)現(xiàn)電路，其特征在于，晶體管Gl的漏極連接負(fù)載RO后耦接直流電源DC的正極、源極直接連接直流電源DC的負(fù)極。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述恒流恒功率的實(shí)現(xiàn)電路，其特征在于，控制器為DSP芯片，通過閉環(huán)控制環(huán)路根據(jù)恒流給定值/恒功率給定值和輸出電流采樣值/輸出功率采樣值之間的差值，實(shí)現(xiàn)可編程的斬波控制PWM驅(qū)動(dòng)芯片輸出PWM信號(hào)的占空比。
10.一種流恒功率的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括步驟: 米樣負(fù)載RO的輸出電流，獲得輸出電流米樣值； 將電流采樣值、恒流給定值和恒功率給定值輸入至控制器的A/D采樣端口，由控制器比較輸出電流采樣值與恒流給定值之間的差值，在恒流給定值大于/小于輸出電流采樣值時(shí)由控制器發(fā)出控制信號(hào)控制PWM驅(qū)動(dòng)芯片增大/減小其輸出的PWM信號(hào)的占空比使負(fù)載RO上實(shí)現(xiàn)恒流，或者，利用輸出電流采樣值計(jì)算負(fù)載RO上的功率采樣值，比較功率采樣值與恒功率給定值之間的差值，在恒功率給定值大于/小于功率采樣值時(shí)由控制器發(fā)出控制信號(hào)控制PWM驅(qū)動(dòng)芯片增大/減小其輸出的PWM信號(hào)的占空比使負(fù)載RO上實(shí)現(xiàn)恒功率； 其中，控制器的控制端通過推挽電路耦接PWM驅(qū)動(dòng)芯片的輸入端，而PWM驅(qū)動(dòng)芯片的輸出端連接晶體管Gl的柵極，該晶`體管Gl耦接在直流電源與負(fù)載RO之間。
【文檔編號(hào)】G05F1/56GK103869857SQ201210533743
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月12日
【發(fā)明者】王瑛, 董亞武 申請(qǐng)人:深圳科士達(dá)科技股份有限公司