基于SG3525和MSP430单片机的数控电流源设计

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该份文档详细讲述了基于SG3525和MSP430单片机的数控电流源设计!对全国电子设计大赛的同学很有帮助!
第1l期 展瑞岩:基于SC3525和MSP430单片机的数控电流源设计 81 1.IM R C6 R26 1042K 5.1K 204C10 10K VN 10K W3 DA输定值 R32 5K Lw4 47K 4.7uF OUB 起街源 SG3525 2K ⅣN4148 U2B 40106 驱号 U20 U2E R36 R35 PWM -PWMI 40106 U2A 40106 40106 图4PWM调制波与 MOSFET的驱动电路 根据SG3525的技术资料可知6,其输出的 i2(t1)=6o 3 频率由引脚端5外界的电容CT值和引脚端6外 2LAU 界的电阻RT值所决定,PWM调制波频率为 i(t =L,U -UoxL lFu 0. 7RCT (2)式中,U为输出电压,为输出电流,即(t)的 本设计为了得到更好的输出电流的质量,将平均电流∫为开关频率,则开关周期T=1/= 频率设定在100kHZ附近取C0(CT)=3.3nF,T0+To其中输出纹波的大小为: W3(RT)为10kn的可调精密电位器.之所以选 U -l (5) 用100kHZ,是因为在调试中发现,频率太高,会 U 使IRF9540的开关损耗增大,容易发烫,而频率太 由公式(5)可以看出纹波的人小与开关频率f, 储能电感L成反比,其值越大输出电流越稳定,纹波 低,不利于滤波和恒流 越小、当输出纹波小于0.2mA时,当∫=100kH, 2.4斩波电路与滤波稳流电路的设计 UIN=18V时,则L必须大于18/(4×100×0.2) 2.4.1稳态电流计算 =0.225H.这个电感值较大,不容易绕制,很难直 流过电感的电流为i(t),iL(t),的表达式如 接通过电感来消除纹波,因此,设计中采用两个 下 MOSFET开关IRF540构成斩波电路,以减小电 ∠(t-t1)+iL(t1)t1≤t≤t, 流纹波 2.4.2储能电感最小值的计算 (1-t2)+i(l2)12≤t≤3 为使输出电路中的电流连续,则储能电感的 电感值必须满足以下条件 式中,()为u(4),在t1时刻的最小值;i(L2) 为讥(t)在t2时刻的最大值;在稳定状态下讥 MIN x U 2/ OMAX CIN (t1)、(2)由下面的算式确定: 式中,U1N=18Vf=100kHz,oMx=1A,在UO 吉林化工学院学报 2013年 在0~14范围内变化根据公式(6),计算出储斩波与滤波稳流电路如图6所示 能电感的最小值为14.14 ⅴCC 为了使输出的电流纹波系数小,在设计中采 用两个开关管IRD9540构成斩波电路,相位差相 PWMI 差180的PWM驱动信号控制由图5中的波形 0.047mH 恒流涡输出 图可知当两路相位差为180°大小相同的电流FW 叠加时,输出后的纹波系数将大大减小 Q2 MBR745 MBR745 1(0) L屮的电流 RF954 0.047mH 电流取样输出 图6斩波与滤波稳流电路 2.5电流检测电路设计 L2中的电流 电流检测电路主要有电流/电压转换电路 (LV)、隔离型电流检测电路组成 2.5.1电流/电压转换电路 叠加后输出回路 在电路中串联一个已知的电阻,测量其两端 10 的电流波形 的电压信号,就可以计算其电流值.由于需要采集 的电流相对范围较宽,电阻的热稳定性能要好,所 以设计中使用低温度系数康铜合金无感电阻串入 电路,考虑到散热等问题,采用多个电阻进行并联 的方式接人电路 图5i(t)的波形图 2.5.2隔离型电流检测电路 续流二极管选用快速恢复的高频二极管 电流检测电路主要由HCNR200线性光电耦 MBR745 ,通过反复调试后确定L2、L的值为47合器两片高精度仪器运放OP27与其它一些 μH,在输出端并联一个470μF的电解电容储能 辅助原件组成,其电路图如图7所示 lvH NEonT \/' 二10 5 11 图7电流检测电路 电流信号被采集转换为电压信号后,经过个OP7和三极管2N3906两级放大后送到HC 第1l期 展瑞岩:基于SC3525和MSP430单片机的数控电流源设计 NR200第2引脚,使其内部的LED发光,该光分端6输出,经U6放大后由OP7引脚6输出电压 别照射在PDl、PD2上,反馈光电二极管PD1吸收信号,送到单片机进行AD转换变成数字信号 光通量的一部分,从而产生控制电流PPD1由通过调节电位器R23来改变增益 HCNK200引脚端3输出,经U5放大后,用来调节2.6键盘和显示电路的设计 LED的电流IF以补偿LED的非线性.输出光电 键盘和显示电路主要是为了实现对输出电流 极管PD2产生的输出电流IPD2与LED发出的值的任意设定,对给定值和输出值进行显示按键 伺服光通量成线性比例,IPO2由HCNR200引脚电路如图8所示 A口 54 LED SK P3人4 "P6. 4A P5 P65A5 -ND P5. RST P6.6/A6 P50 P4.7 诺基亚5110 ERF+ P4.6 MsP430F169 P45 XOUT/TaLK P44 veRE+ P4.3 ivrea/vere P4.2 -PL.OTAOLK P4. PWM LI/TAO P40 P40 1.2TA1 P3.7 P36 14卫3338浮33 3.5 URXDO 图8按键电路 键位功能:S、S2、S3,分别实现个位、十位、百 主程序入口匚循环程序人口 位的电流“+”功能,s4、S5、S6,分别实现个位、十 位、百位的电流“”功能.显示器件为诺基亚5110 系统初始 化」 MD值累加并 求平均值 液晶显示屏 AD、DA初始化 511始化, 读按键。设定值 与输出值比较 3软件设计 显示字母 循环程序丁[调节DA输出值 单片机主要完成设定值的按键处理,对 SG3525给定量的输出以及对输出电流值的采集 电压转化为 电流并显示 和数值显示主程序完成单片机片内功能模块的 初始化,包括系统时钟初始化5110显示器程序 匚变量归零}一 初始化、字母显示、AD模块初始化和D/A模块 图9程序流程图 初始化.系统各模块初始化完毕后,单片机进人循 环程序循环程序完成需要重复执行的部分,包括 A/D转换、AD转换结果求平均值、按键扫描、D4系统的热设计与电磁兼容设计 A输出调节、电压转化为电流和显示部分程序流 程图如图9所示 由于稳压管和开关管的发热量比较大,而电 子元件的性能对温度比较敏感,因此,热设计的好 坏直接关系到系统的可靠性和恒流的准确性81 吉林化工学院学报 2013年 热设计采取如下几点措施 叠加而成,有效地降低了输出电流的纹波系数 所有稳压管和开关管均加大的散热片,并尽 量放置在PCB板的外围;控制部分与发热量比较6结论 大的电源主电路分开制版;取样电阻采用并联的 方法,加大散热的等效表面积减小取样误差 本设计主要解决的是数控直流电流源的可靠 外界对系统的干扰以及系统对外界的电磁干性和精度问题,能够实现人机对话,数值可调,数 扰,采取了如下有效的措施 值显示的功能输出电流的纹波小于0.2mA,精 电源输入端加专用的单相滤波器,能很好地度达到05mA,输出效率为85% 解决系统与外接电网的相互干扰;主电路电源与 控制部分用不同的变压器分别供电且在硬件分参考文献: 布时使用单独的模块;模拟地与数字地采用单点 共地降低干扰;所有IC的电源输入端并联一个[1]罗耀华.电子测量仪器原理及应用[M]哈尔滨: 0.1μF的电容去耦 哈尔滨工程大学出版社,2004 [2]祝建科.简易数控直流电源设计探讨[J二.中小企业 5提供系统精度的技术措施 管理与科技:下旬刊,2009(8):314 [3]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计[M] 控制策略方面:采用可靠的硬件闭环反馈控 北京:北京航空航天大学出版社,2006 制与软件修正的算法实现双环调控 4]秦龙,MSP430单片机常用模块与综合系统[M 器件选型方面:选用转换精度为12位D/A, 北京:电子工业出版社,2007 确保给定量的精度达到0.5mA;选用非线性度为[51邓国栋,同英敏,杨凤彪基于S3525的大功率开 001%的线性光耦HCNR200和12位的AD采 关电源的研制[J.电气开关,2008(1):2224. 焦输出的电流保证系统的自动测量的误差低于[61李男,张代润,白平8(34与8035256功能特点 0.15%;选用频带可达500kHz的PWM调制芯 及软起动功能的比较J].电源技术应用,2005(2) 片,并将开关频率设置为100kHz,减小输出级滤 4951 波的难度;选用开关频率可达MHz的开关,管7]杨晨,王欣高精度线性光耦HCN0201及其应 IRF9540,导通压降小 用[J]仪器仪表,2003(5):4142 [8]化伟ICBT驱动及短路保护电路Ms7969[J].电力 滤波措施方面:独特的双开关管斩波电路的 设计,使输出的电流由两个波形一致、相位相反的 电子技术,1998(1):8891 igital DC current Source Based on SG3525 and MSP430 Di ZHAN Rui-yan', WU Xing-bot, YANG Hong-lait, XU Chang-long (1. College of Chemical and Pharmaceutical Engineering, Jilin Institute of Chenical Technology, Jilin City 132022, China 2. College of Information Control Engineering, Jilin Institute of Chemical Technology, Jilin City 132022, China) Abstract: This de mainly uses MSP430 microcomputer and SG3525 chip as the core control devices to establish a double-loop system with constant-current output. The current ripple can be obviously reduced with the cooperation of two complementary PWM signals generated by SG3525 and the special double MOSFETs chopper circuit. Its output current is adjustable in the 10mA-1000A scope by the slep of lmA and can be manually preset. This design also provides direct display etc function. Key words: SG3525; MSP430 microcontroller; digital DG current source; close-loop control 基于SG3525和MSP430单片机的数控电流源设计 旧万万数据 NFANG DATA文献链接 作者: 反職石,吴兴波,杨洪来,徐昌篷, ZHAN Rui-yan, WU Xing-bo, YANG Hon-1ai, XU Chang 作者单位: 展瑞岩, AN Rui-yan(吉林化工学院化学与制药工程学院,吉林吉林,132022),吴兴波,杨洪来,徐昌隆 , WU King-ho, YA\G Hong-la,Ⅺ Chang-lang(吉林化学信息与控制程学院,吉林吉林,13212 刊名 吉林化工学院学报 英文刊名 Journal of Jilin Institute of Chemical Technolo 2013,30(11) 本文链接:上ttp://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodicalilhgxyxb201311022.aspx

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