数控恒流源设计

1、 设计任务如下：

 

设计并制作一个数控恒流电源，实现以下要求：

1）基本要求

（1）U2=20V，负载不变的条件下，实现I2恒流，恒流电流在1~2A 范围内步进可调，步进值不大于0.1A，电流控制精度不低于 5%；

（2）设定I1=2A，调整负载改变输出电压，使负载两端电压从3V~13V范围内变化时，要求电流I2的变化率不大于1%；

（3）测量并显示I2，测量精度不低于2%；

（4）设定 I1=1.5A，调整负载改变输出电压，使负载两端电压为10V，要求变换器2的转换率不低于90%；

2）发挥部分

（1）具有过压保护功能，设定I2=2A，当负载上电压超过阈值15V时，报警停止输出；

（2）设计变换器1连接到U2，使输入电压U1的变化范围为8~15V，输出U2保持20V不变，变换器1的转换效率不低于93%；

（3）在满足要求的前提下提高效率、减小体积，使系统整机体积不大于10X10X6cm3；

2、分析如下

（1）针对变换器1，实现升压到20V电压，而且需要实现变换器1输出电压恒定，故变换器1的方案是boost升压电路，同时加入电压的AD采集，形成电压反馈，实现稳压；

（2）针对变压器2，实现电流恒定，故需要实现电流值恒定，即电流采样，实现整体输出电流恒定。

3、电路设计

（1）BOOST升压电路

 

BOOST升压电路

原理，其实跟降压型也一样，还是通过调节占空比，占空比大电压就大。

（2）BUCK降压电路

 

电路原理，本电路为BUCK降压型DCDC变换电路，通过改变PWM占空比改变输出电压。在本题运用中，单片机输出PWM经过TLP250驱动芯片放大PWM信号足矣驱动MOS，改变输出电压，当采集到输出电压时，比较输出电压与期望电压，输出电压小了就把PWM占空比增大，然后电压就增大了，继续不断的采集比较判断调节，知道输出电压达到期望电压为止，当然，恒流也如此，电流小就增大占空比反正就减小占空比。但是这个占空比的增减算法不是简单的加加减减，本设计采用PID算法中的PD算法。

 

电流采样方法；电流经过电阻就有电压，然后知道电压值和电阻阻值就可以算出电流值，本电路中利用放大器将电压放大20倍，所以采集出运放输出的电压就可以算出电流。

 

电压采样；采用分压采样，电压电阻有这么个关系： VO/(R2+R3)=Vadc/R3;其中Vadc为单片机采集的电压，

4、软件设计

包括1602显示、AD采集、PWM波形生成，驱动MOS管工作，实现电路电压的放大，此外，还有PID调节程序设计，其主函数程序设计如下：

#include "stm32f10x.h"

#include "lcd1602.h"

#include "adc.h"

#include "Timer2_interrupt.h"

#include "pwm_output.h"

#include "control.h"

#include "bsp_key.h"

uint32_t QW_V=20000,QW_I=1100;

uint32_t jishu=0;

void pre()

{

       if(ADC_ConvertedValueLocal[0]>15090)

       {

              jishu++;

//            get_ADC();

              if(jishu>5)

              {

                     Display_Lcd1602(0, 0, "    warning     ");

                     Display_Lcd1602(1, 0, "    PRETECT     ");

                     Display_Lcd1602(1, 0, "      V       A ");

                     while(1)

                     {

                            TIM3->CCR3=0;

                     }

              }

       }

}

int main(void)

{

       uint16_t i=0;

      

       LCD_Init();

       ADC1_Init();

       TIM3_PWM_Init();

       Key_GPIO_Config();

//     TIM2_Init();

       Display_Lcd1602(0, 0, "     A         V");

       Display_Lcd1602(1, 0, "     A         V");

       TIM3->CCR3=1200;

       TIM3->CCR4=1200;

  while(1)

       {

              i++;

              get_ADC();

              TIM3->CCR4=C_V(20000,ADC_ConvertedValueLocal[2]);              TIM3->CCR3=C_I(QW_I,ADC_ConvertedValueLocal[1]);

              pre();

              if(i==20)

              {

                     i=0;

              write_bsg(0,0,QW_I);                         

              write_bsg(1,0,ADC_ConvertedValueLocal[1]);

              write_v(1,9,ADC_ConvertedValueLocal[0]);

              write_v(0,9,ADC_ConvertedValueLocal[2]);

              }

             

              if( Key_Scan(GPIOB,GPIO_Pin_15,0) == KEY_ON  )

              {

                     QW_I-=500;                

                     if(QW_I<1000)QW_I=1000;

              }

              if( Key_Scan(GPIOB,GPIO_Pin_14,0) == KEY_ON  )

              {

                     QW_I+=100;

                     if(QW_I>2000)QW_I=2000;

              }

              if( Key_Scan(GPIOB,GPIO_Pin_13,0) == KEY_ON  )

              {

                     QW_I-=50;

                     if(QW_I<1000)QW_I=1000;

              }

              if( Key_Scan(GPIOB,GPIO_Pin_12,0) == KEY_ON  )

              {

                     QW_I+=50;

                     if(QW_I>2000)QW_I=2000;

              }

       }       

}

5、课题难度不大，读者可自行研究实现，另发现问题可深入互相学习。