一種精確的電流閉環(huán)控制電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種精確的電流閉環(huán)控制電路，該電路包括跟隨器U1、驅(qū)動器U2、放大器U3、第一比較器U4A、第二比較器U4B、觸發(fā)器U5、第一反相器U6、邏輯門U7、第二反相器U8、蓄能電容C1、第一濾波電容C2、第二濾波電容C3、第三濾波電容C4、第四濾波電容C5，整流二級管D1、蓄流二極管D2、恒流二極管Z1，本控制電路通過一個恒流管電路設(shè)置目標(biāo)控制電壓的回差，通過雙比較器的方式完成采樣電壓值和目標(biāo)電壓值的比較，運用帶記憶的D型觸發(fā)器完成控制PWM，本發(fā)明能夠很好地保證整個工作電流范圍內(nèi)的目標(biāo)電流的一致性和穩(wěn)定性，有效提高執(zhí)行機構(gòu)的控制品質(zhì)。
【專利說明】—種精確的電流閉環(huán)控制電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)動機電控系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種精確的電流閉環(huán)控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在發(fā)動機電控系統(tǒng)中，執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動需要利用電流閉環(huán)控制，常用的控制方式是把電流采樣后的電壓和目標(biāo)控制電壓通過比較輸出PWM控制脈寬，為了防止比較器出現(xiàn)振蕩，采用正反饋的方式設(shè)置一個比較滯回電壓，達(dá)到對目標(biāo)電流的閉環(huán)控制；這樣的控制方式，控制電流的回差受到滯回電壓的影響，因為比較器正反饋的固有特性，不同的目標(biāo)控制電流會對應(yīng)不同的電流回差，而且電流的回差不能設(shè)置的太小，控制電流不能達(dá)到精確的控制目標(biāo)值，鋸齒波的情形較嚴(yán)重，執(zhí)行機構(gòu)的控制在整個工作電流范圍內(nèi)的一致性和穩(wěn)定性不能夠保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明就是為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題而提供了一種精確的電流閉環(huán)控制電路。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案:一種精確的電流閉環(huán)控制電路，該電路包括跟隨器U1、驅(qū)動器U2、放大器U3、第一比較器U4A、第二比較器U4B、觸發(fā)器U5、第一反相器U6、邏輯門U7、第二反相器U8、蓄能電容Cl、第一濾波電容C2、第二濾波電容C3、第三濾波電容C4、第四濾波電容C5，整流二級管D1、蓄流二極管D2、恒流二極管Z1，電壓信號Vi連接到跟隨器Ul的正輸入端3腳，跟隨器Ul的負(fù)輸入端2腳和輸出端I腳相連，輸出信號Vl ;跟隨器Ul的I腳同時和限流電阻Rl的一端、第三濾波電容C4的一端、第二比較器U4B的負(fù)輸入端2腳相連，第三濾波電容C4的另一端連接到GND ;電阻Rl的另一端和恒流二極管Zl的正輸入端、第四濾波電容C5的一端、比較器U4A的負(fù)輸入端2腳相連，第四濾波電容C5的另一端連接到GND，恒流二極管Zl的負(fù)輸入端GND ;驅(qū)動器U2的輸入端IN連接到邏輯門U7的輸出端3腳；驅(qū)動器U2的VCC腳連接到+ 12V、整流二級管Dl的正端，整流二級管Dl的負(fù)端連接到U2的VB腳、蓄能電容Cl的一端，驅(qū)動器U2的COM腳連接到GND，蓄能電容Cl的另一端、驅(qū)動器U2的CS腳、VS腳、蓄流二極管D2的負(fù)端、MOS管的S腳和負(fù)載RL的一端相連，驅(qū)動器U2的HO腳連接到限流電阻R3的一端，R3的另一端連接到MOS的G腳，MOS的D腳連接到驅(qū)動電壓信號BAT上；電流采樣電阻R2的一端和續(xù)流二極管正腳相連到GND，R2的另一端和負(fù)載電阻RL另一端、濾波電阻R5的一端相連，R5的另一端和第一濾波電容C2的一端、放大器U3的正輸入端3腳相連,第一濾波電容C2的另一端連接到GND ;放大器U3的負(fù)輸入端連接到接地電阻R4的一端、反饋電阻R5的一端，R4的另一端連接到GND，R5的另一端和放大器U3的輸出端I腳、濾波電阻R6的一端相連，放大器U3的8腳連接到+ 5V,放大器U3的4腳連接到GND ;電阻R6的另一端連接到第二濾波電容C3的一端、第二比較器U4B的正輸入端3腳、第一比較器U4A的正輸入端3腳,第二濾波電容C3的另一端連接到GND ;第二比較器U4B的輸出端I腳和上拉電阻R7的一端、第二反相器U8的輸入端相連，R7的另一端連接到+ 5V ;第一比較器U4A的輸出端I腳和上拉電阻R8的一端、第一反相器U6的輸入端相連,R8的另一端連接到+ 5V ;第一反相器U6的輸出端和D觸發(fā)器U5的S端相連，觸發(fā)器U5的R腳、D腳連接到GND，觸發(fā)器U5的CLK腳連接到第二反相器U8的輸出端、邏輯門U7的2腳，觸發(fā)器U5的Q腳連接到邏輯門U7的I腳。
[0005]本發(fā)明的有益效果:本控制電路通過一個恒流管電路設(shè)置目標(biāo)控制電壓的回差，通過雙比較器的方式完成采樣電壓值和目標(biāo)電壓值的比較，運用帶記憶的D型觸發(fā)器完成控制PWM，在保證系統(tǒng)不發(fā)生振蕩的同時，能夠把目標(biāo)控制電流的回差限定到一個固定回差值，同時該回差值可以根據(jù)控制精度的需求設(shè)置的很小，輸出的目標(biāo)控制電流鋸齒波小，而且鋸齒波的電流波動幅度不會隨著目標(biāo)控制電流的大小發(fā)生變換，能夠很好地保證整個工作電流范圍內(nèi)的目標(biāo)電流的一致性和穩(wěn)定性，有效提聞執(zhí)行機構(gòu)的控制品質(zhì)。另一方面，整個電路采用高端驅(qū)動的方式，能夠有效預(yù)防對外引線錯誤搭地短路時對控制電路功率器件造成永久性損壞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1為本發(fā)明穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1電路的控制時序圖。
【具體實施方式】
[0007]如圖1所示，一種精確的電流閉環(huán)控制電路，該電路包括跟隨器U1、驅(qū)動器U2、放大器U3、第一比較器U4A、第二比較器U4B、觸發(fā)器U5、第一反相器U6、邏輯門U7、第二反相器U8、蓄能電容Cl、第一濾波電容C2、第二濾波電容C3、第三濾波電容C4、第四濾波電容C5，整流二級管D1、蓄流二極管D2、恒流二極管Z1，電壓信號Vi連接到跟隨器Ul的正輸入端3腳，跟隨器Ul的負(fù)輸入端2腳和輸出端I腳相連，輸出信號Vl ;跟隨器Ul的I腳同時和限流電阻Rl的一端、第三濾波電容C4的一端、第二比較器U4B的負(fù)輸入端2腳相連，第三濾波電容C4的另一端連接到GND ;電阻Rl的另一端和恒流二極管Zl的正輸入端、第四濾波電容C5的一端、比較器U4A的負(fù)輸入端2腳相連，第四濾波電容C5的另一端連接到GND，恒流二極管Zl的負(fù)輸入端GND ;驅(qū)動器U2的輸入端IN連接到邏輯門U7的輸出端3腳；驅(qū)動器U2的VCC腳連接到+ 12V、整流二級管Dl的正端，整流二級管Dl的負(fù)端連接到U2的VB腳、蓄能電容Cl的一端，驅(qū)動器U2的COM腳連接到GND，蓄能電容Cl的另一端、驅(qū)動器U2的CS腳、VS腳、蓄流二極管D2的負(fù)端、MOS管的S腳和負(fù)載RL的一端相連，驅(qū)動器U2的HO腳連接到限流電阻R3的一端，R3的另一端連接到MOS的G腳，MOS的D腳連接到驅(qū)動電壓信號BAT上；電流采樣電阻R2的一端和續(xù)流二極管正腳相連到GND，R2的另一端和負(fù)載電阻RL另一端、濾波電阻R5的一端相連，R5的另一端和第一濾波電容C2的一端、放大器U3的正輸入端3腳相連，第一濾波電容C2的另一端連接到GND ;放大器U3的負(fù)輸入端連接到接地電阻R4的一端、反饋電阻R5的一端，R4的另一端連接到GND，R5的另一端和放大器U3的輸出端I腳、濾波電阻R6的一端相連，放大器U3的8腳連接到+ 5V，放大器U3的4腳連接到GND ；電阻R6的另一端連接到第二濾波電容C3的一端、第二比較器U4B的正輸入端3腳、第一比較器U4A的正輸入端3腳，第二濾波電容C3的另一端連接到GND ;第二比較器U4B的輸出端I腳和上拉電阻R7的一端、第二反相器U8的輸入端相連，R7的另一端連接到+ 5V ;第一比較器U4A的輸出端I腳和上拉電阻R8的一端、第一反相器U6的輸入端相連，R8的另一端連接到+ 5V ;第一反相器U6的輸出端和D觸發(fā)器U5的S端相連，觸發(fā)器U5的R腳、D腳連接到GND，觸發(fā)器U5的CLK腳連接到第二反相器U8的輸出端、邏輯門U7的2腳，觸發(fā)器U5的Q腳連接到邏輯門U7的I腳。
[0008]工作原理:輸入電壓信號Vi決定本電路的目標(biāo)控制電流，該信號通過跟隨器Ul輸出有驅(qū)動能力的電壓信號VI，Vl信號作為目標(biāo)控制電流上限對應(yīng)的電壓值；V1信號通過限流電阻R1、恒流二極管Zl到地，形成一個比Vl電壓小一個固定值的電壓信號V2，V2信號作為目標(biāo)控制電流下限對應(yīng)的電壓值，調(diào)整電阻Rl的電阻值，能夠使目標(biāo)電流控制在一個精確的范圍內(nèi)，Vl、V2信號分別通過第三濾波電容C4和第四濾波電容C5濾波后進(jìn)入第二比較器U4B、第一比較器U4A的負(fù)輸入端,用于和電流米樣、濾波、放大后的電壓信號V4相比較。驅(qū)動器U2通過整流二級管Dl、蓄能電容Cl在其VB腳上形成一個比功率電源電壓BAT大一個控制門限電壓的電壓信號，用于從HO腳輸出來控制MOS管TI的通斷，限流電阻R3對MOS的G腳電流進(jìn)行限制，用于保護(hù)MOS管。MOS的通斷控制電壓信號BAT在負(fù)載RL的通斷，利用RL的感性特性，通過蓄流二極管D2，在RL中形成一個持續(xù)的控制電流信號，控制電流信號通過采樣電阻R2形成采樣電壓信號V3，電壓信號V3利用濾波電阻R5、第一濾波電容C2完成對高頻干擾信號的濾波處理，進(jìn)入比較器的正輸入端，接地電阻R4、反饋電阻R5決定放大器U3的增益，經(jīng)放大后的信號通過濾波電阻R6、第二波電容C3進(jìn)行濾波處理，形成電壓信號V4,用于和目標(biāo)控制電壓V1、V2進(jìn)行比較。第二比較器U4B和第一比較器U4A的輸出信號為V5、V6，電阻R7、R8是比較器開路輸出所需要的上拉電阻，V5、V6信號通過第二反相器U8和第一反相器U6，控制D觸發(fā)器U5動作，形成信號V7、V8，再經(jīng)邏輯門U7形成驅(qū)動器的控制邏輯信號V9，完成對目標(biāo)電流的閉環(huán)控制。控制邏輯如圖2所示，V3是采樣信號，V4是放大后的信號，和V1、V2進(jìn)行比較；控制開始時，電流為零，V3、V4，V5、V6為低電平，V7為高電平，V6信號經(jīng)反相器進(jìn)入D觸發(fā)器，置位Q端輸出高電平信號V8，V9為高電平，控制MOS通，負(fù)載RL的電流逐步上升。當(dāng)電壓信號V4到設(shè)定值下限時，V6輸出高電平；當(dāng)電壓信號V4到設(shè)定值上限時，V5輸出高電平，V7輸出低電平，V9輸出低電平，控制MOS端開，通過負(fù)載RL的電流逐步下降，同時V5又會變成低電平，V7變成高電平，出現(xiàn)一個上升沿，使觸發(fā)器U5的Q輸出信號V8變成低電平；當(dāng)電壓信號下降到下限電壓V2時，V6輸出低電平信號，通過第一反相器U6置位觸發(fā)器U5的Q輸出信號V8為高電平,邏輯門U7的輸出信號V9變成高電平，控制MOS管通，負(fù)載RL的電流又開始上升，如此進(jìn)行周期性的信號翻轉(zhuǎn)，把采用電壓V4控制在上限電壓V1、下限電壓V2之間，實現(xiàn)對通過負(fù)載RL的電流精確的閉環(huán)控制。
【權(quán)利要求】
1.一種精確的電流閉環(huán)控制電路，該電路包括跟隨器U1、驅(qū)動器U2、放大器U3、第一比較器U4A、第二比較器U4B、觸發(fā)器U5、第一反相器U6、邏輯門U7、第二反相器U8、蓄能電容Cl、第一濾波電容C2、第二濾波電容C3、第三濾波電容C4、第四濾波電容C5，整流二級管D1、蓄流二極管D2、恒流二極管Z1，其特征是電壓信號Vi連接到跟隨器Ul的正輸入端3腳，跟隨器Ul的負(fù)輸入端2腳和輸出端I腳相連，輸出信號Vl ;跟隨器Ul的I腳同時和限流電阻Rl的一端、第三濾波電容C4的一端、第二比較器U4B的負(fù)輸入端2腳相連,第三濾波電容C4的另一端連接到GND;電阻Rl的另一端和恒流二極管Zl的正輸入端、第四濾波電容C5的一端、比較器U4A的負(fù)輸入端2腳相連，第四濾波電容C5的另一端連接到GND，恒流二極管Zl的負(fù)輸入端GND ;驅(qū)動器U2的輸入端IN連接到邏輯門U7的輸出端3腳；驅(qū)動器U2的VCC腳連接到+ 12V、整流二級管Dl的正端，整流二級管Dl的負(fù)端連接到U2的VB腳、蓄能電容Cl的一端，驅(qū)動器U2的COM腳連接到GND，蓄能電容Cl的另一端、驅(qū)動器U2的CS腳、VS腳、蓄流二極管D2的負(fù)端、MOS管的S腳和負(fù)載RL的一端相連，驅(qū)動器U2的HO腳連接到限流電阻R3的一端，R3的另一端連接到MOS的G腳，MOS的D腳連接到驅(qū)動電壓信號BAT上；電流采樣電阻R2的一端和續(xù)流二極管正腳相連到GND，R2的另一端和負(fù)載電阻RL另一端、濾波電阻R5的一端相連，R5的另一端和第一濾波電容C2的一端、放大器U3的正輸入端3腳相連，第一濾波電容C2的另一端連接到GND ;放大器U3的負(fù)輸入端連接到接地電阻R4的一端、反饋電阻R5的一端，R4的另一端連接到GND，R5的另一端和放大器U3的輸出端I腳、濾波電阻R6的一端相連，放大器U3的8腳連接到+ 5V，放大器U3的4腳連接到GND ;電阻R6的另一端連接到第二濾波電容C3的一端、第二比較器U4B的正輸入端3腳、第一比較器U4A的正輸入端3腳，第二濾波電容C3的另一端連接到GND ;第二比較器U4B的輸出端I腳和上拉電阻R7的一端、第二反相器U8的輸入端相連，R7的另一端連接到+ 5V ；第一比較器U4A的輸出端I腳和上拉電阻R8的一端、第一反相器U6的輸入端相連,R8的另一端連接到+ 5V ;第一反相器U6的輸出端和D觸發(fā)器U5的S端相連，觸發(fā)器U5的R腳、D腳連接到GND，觸發(fā)器U5的CLK腳連接到第二反相器U8的輸出端、邏輯門U7的2腳，觸發(fā)器U5的Q腳連接到邏輯門U7的I腳。
【文檔編號】H02M3/156GK103516215SQ201310502012
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】白思春, 褚全紅, 孟長江, 王孝, 智海峰, 曹春芳, 楊薇, 趙玲玲, 邢璐, 況涪洪 申請人:中國北方發(fā)動機研究所(天津)