基于微處理器和mos管的動(dòng)態(tài)直流電壓控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于微處理器和MOS管的動(dòng)態(tài)直流電壓控制系統(tǒng)，它包括微處理器、第一級(jí)MOS管控壓?jiǎn)卧?、第二?jí)MOS管控壓?jiǎn)卧V波單元、電壓測(cè)量反饋單元和負(fù)載電流監(jiān)測(cè)單元；所述微處理器與外部通信接口連接，所述微處理器包括一個(gè)PWM波發(fā)生器和一個(gè)兩通道A/D轉(zhuǎn)化器，所述第一級(jí)MOS管控壓?jiǎn)卧∟溝道增強(qiáng)型MOS管Q1和電阻R1，所述MOS管Q1的柵極與所述PWM波發(fā)生器的輸出端連接，所述MOS管Q1的漏極連接所述電阻R1的一端，所述電阻R1的另一端與電源正極連接，所述MOS管Q1的源極連接接地端。通過本實(shí)用新型其輸出的直流電壓具有較高的驅(qū)動(dòng)能力和較寬的變化范圍。
【專利說明】
基于微處理器和MOS管的動(dòng)態(tài)直流電壓控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及電子測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于微處理器和MOS管的動(dòng)態(tài)直流電壓控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在基于微處理器的控制電路設(shè)計(jì)中，經(jīng)常需要產(chǎn)生一個(gè)自主可變的直流電壓來對(duì)后續(xù)電路進(jìn)行控制。目前實(shí)現(xiàn)可變直流電壓的方式主要有兩種:一種是使用數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(D/Α芯片)和放大器;另一種是使用數(shù)字電位計(jì)和可調(diào)直流電壓轉(zhuǎn)換芯片。但是這兩種方式都有各自的不足之處:使用數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(D/Α芯片)和放大器的不足之處是輸出電壓的驅(qū)動(dòng)能力不足，一般只有幾十毫安的最大驅(qū)動(dòng)電流;使用數(shù)字電位計(jì)和可調(diào)直流電壓轉(zhuǎn)換芯片的不足之處是輸出電壓的可調(diào)范圍窄，一般為(Vin-0.5V)?Vin/2(Vin是可調(diào)直流電壓轉(zhuǎn)換芯片的輸入電壓)。
[0003]針對(duì)這一情況，設(shè)計(jì)了一套基于微處理器和MOS管的動(dòng)態(tài)直流電壓控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠很好地改善以上兩種方式的不足之處，輸出的直流電壓具有較高的驅(qū)動(dòng)能力和較寬的變化范圍。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于微處理器和MOS管的動(dòng)態(tài)直流電壓控制系統(tǒng)，旨在改善可變直流電壓傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式的不足之處，可調(diào)范圍窄和驅(qū)動(dòng)能力弱的缺點(diǎn)，為要求寬范圍、高電流的線性直流電壓調(diào)節(jié)器提供技術(shù)解決方案。
[0005]考慮到現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，根據(jù)本實(shí)用新型公開的一個(gè)方面，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0006]—種基于微處理器和MOS管的動(dòng)態(tài)直流電壓控制系統(tǒng)，它包括微處理器、第一級(jí)MOS管控壓?jiǎn)卧⒌诙?jí)MOS管控壓?jiǎn)卧?、濾波單元、電壓測(cè)量反饋單元和負(fù)載電流監(jiān)測(cè)單元;所述微處理器與外部通信接口連接，所述微處理器包括一個(gè)PWM波發(fā)生器和一個(gè)兩通道Α/D轉(zhuǎn)化器，所述第一級(jí)MOS管控壓?jiǎn)卧∟溝道增強(qiáng)型MOS管Ql和電阻Rl，所述MOS管Ql的柵極與所述PWM波發(fā)生器的輸出端連接，所述MOS管Ql的漏極連接所述電阻Rl的一端，所述電阻Rl的另一端與電源正極連接，所述MOS管Ql的源極連接接地端;所述第二級(jí)MOS管控壓?jiǎn)卧≒溝道增強(qiáng)型MOS管Q2和N溝道增強(qiáng)型MOS管Q3，所述MOS管Q2的柵極、MOS管Q3的柵極和MOS管Ql的漏極相連接，所述MOS管Q2的源極連接電源正極，所述MOS管Q2的漏極連接MOS管Q3的漏極，所述MOS管Q3的源極連接接地端;所述濾波單元包括電感L和電容C，所述電感L的一端與所述MOS管Q2的漏極連接，所述電感L的另一端與所述電容C的正極和輸出電壓的正極連接，所述電容C的負(fù)極連接接地端;所述電壓測(cè)量反饋單元包括電阻R2和電阻R3，所述電阻R2—端與輸出電壓的正極連接，所述電阻R2另一端與所述Α/D轉(zhuǎn)化器的輸入端和電阻R3—端連接，所述電阻R3另一端與接地端連接;所述負(fù)載電流監(jiān)測(cè)單元包括電阻R4，所述電阻R4—端連接輸出電壓的負(fù)極和所述Α/D轉(zhuǎn)化器的輸入端，所述電阻R4另一端與接地端連接。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果之一是:
[0008]本實(shí)用新型的一種基于微處理器和MOS管的動(dòng)態(tài)直流電壓控制系統(tǒng)，其輸出的直流電壓具有較高的驅(qū)動(dòng)能力和較寬的變化范圍，具體:1)可輸出O?50V的直流電壓;2)輸出電壓的最大驅(qū)動(dòng)能力約為20A;3)控制輸出電壓的精度為±0.01V;4)輸出電壓跟隨目標(biāo)值所用時(shí)間短，在I Oms內(nèi)穩(wěn)定輸出目標(biāo)電壓。
【附圖說明】
[0009]為了更清楚的說明本申請(qǐng)文件實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅是對(duì)本申請(qǐng)文件中一些實(shí)施例的參考，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下，還可以根據(jù)這些附圖得到其它的附圖。
[0010]圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的基于微處理器和MOS管的動(dòng)態(tài)直流電壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0012]如圖1所示，圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的基于微處理器和MOS管的動(dòng)態(tài)直流電壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，一種基于微處理器和MOS管的動(dòng)態(tài)直流電壓控制系統(tǒng)，它包括微處理器1、第一級(jí)MOS管控壓?jiǎn)卧?、第二級(jí)MOS管控壓?jiǎn)卧?、濾波單元4、電壓測(cè)量反饋單元5和負(fù)載電流監(jiān)測(cè)單元6;所述微處理器I與外部通信接口 7連接，所述微處理器I包括一個(gè)PWM波發(fā)生器和一個(gè)兩通道Α/D轉(zhuǎn)化器，所述第一級(jí)MOS管控壓?jiǎn)卧?包括N溝道增強(qiáng)型MOS管Ql和電阻Rl，所述MOS管Ql的柵極與所述HVM波發(fā)生器的輸出端連接，所述MOS管Ql的漏極連接所述電阻Rl的一端，所述電阻Rl的另一端與電源正極連接，所述MOS管Ql的源極連接接地端;所述第二級(jí)MOS管控壓?jiǎn)卧?包括P溝道增強(qiáng)型MOS管Q2和N溝道增強(qiáng)型MOS管Q3，所述MOS管Q2的柵極、MOS管Q3的柵極和MOS管Ql的漏極相連接，所述MOS管Q2的源極連接電源正極，所述MOS管Q2的漏極連接MOS管Q3的漏極，所述MOS管Q3的源極連接接地端;所述濾波單元4包括電感L和電容C，所述電感L的一端與所述MOS管Q2的漏極連接，所述電感L的另一端與所述電容C的正極和輸出電壓的正極連接，所述電容C的負(fù)極連接接地端;所述電壓測(cè)量反饋單元5包括電阻R2和電阻R3，所述電阻R2—端與輸出電壓的正極連接，所述電阻R2另一端與所述Α/D轉(zhuǎn)化器的輸入端和電阻R3—端連接，所述電阻R3另一端與接地端連接;所述負(fù)載電流監(jiān)測(cè)單元6包括電阻R4，所述電阻R4—端連接輸出電壓的負(fù)極和所述Α/D轉(zhuǎn)化器的輸入端，所述電阻R4另一端與接地端連接。
[0013]優(yōu)選地，所述微處理器包括一個(gè)PWM波發(fā)生器和一個(gè)兩通道Α/D轉(zhuǎn)化器;所述MOS管Ql采用M0SFET-N(N溝道增強(qiáng)型)型；所述MOS管Q2采用MOSFET-P (P溝道增強(qiáng)型)型；所述MOS管Q3采用M0SFET-N(N溝道增強(qiáng)型)型。
[0014]工作原理:
[0015]微處理器從外部接口接收輸出電壓的目標(biāo)值，通過電壓測(cè)量反饋電路和A/D轉(zhuǎn)換器獲得輸出電壓的當(dāng)前值，運(yùn)行PID控制算法程序，通過PWM發(fā)生器輸出具有一定占空比的PffM波;PWM波控制兩級(jí)MOS管控壓電路輸出具有一定占空比的驅(qū)動(dòng)方波;驅(qū)動(dòng)方波再經(jīng)濾波電路得到直流輸出電壓。如此反復(fù)使直流輸出電壓的當(dāng)前值接近目標(biāo)值，并將誤差控制在一定的范圍內(nèi)。
[0016]本系統(tǒng)的特點(diǎn)如下所述:
[0017]I)直流輸出電壓不僅能夠準(zhǔn)確、快速地跟隨目標(biāo)值的變化，而且具有長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性。因?yàn)橄到y(tǒng)使用了微處理器，微處理器運(yùn)行的PID控制算法程序會(huì)時(shí)刻根據(jù)輸出電壓的目標(biāo)值來調(diào)節(jié)直流輸出電壓。使用微處理器設(shè)計(jì)電子測(cè)控系統(tǒng)，不僅可以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，而且可以減小電路板的尺寸和系統(tǒng)的功耗。本系統(tǒng)使用的微處理器需要集成一個(gè)PWM波發(fā)生器和一個(gè)兩通道Α/D轉(zhuǎn)換器。
[0018]2)直流輸出電壓具有很寬的變化范圍，O?VCC(驅(qū)動(dòng)電源電壓)。因?yàn)橄到y(tǒng)使用了PWM波作為控制源來調(diào)節(jié)直流輸出電壓，PWM波的占空比與直流輸出電壓值具有很好的線性關(guān)系，而且微處理器可以在全量程范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)PWM波的占空比。
[0019]3)直流輸出電壓具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。因?yàn)橄到y(tǒng)使用了兩級(jí)MOS管控壓電路，第一級(jí)MOS管控壓電路作為第二級(jí)MOS管控壓電路的驅(qū)動(dòng)控制源，第二級(jí)MOS管控壓電路與負(fù)載直接相連。在第一級(jí)MOS管控壓電路中，Rl對(duì)負(fù)載電流具有很大程度的限制，而且會(huì)減小整個(gè)電路的功率系數(shù);而第二級(jí)MOS管控壓電路中除了 MOS管外沒有其他電子元件，所以負(fù)載電流只取決于MOS管漏極和源極間所能承受的最大電流，且對(duì)整個(gè)電路的功率系數(shù)影響很小。
[0020]4)本系統(tǒng)不僅能夠輸出寬范圍、高電流的線性直流電壓，而且還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)直流輸出電壓的數(shù)值和負(fù)載電流的數(shù)值。
[0021]本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其它實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分相互參見即可。
[0022]在本說明書中所談到的“一個(gè)實(shí)施例”、“另一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、等，指的是結(jié)合該實(shí)施例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點(diǎn)包括在本申請(qǐng)概括性描述的至少一個(gè)實(shí)施例中。在說明書中多個(gè)地方出現(xiàn)同種表述不是一定指的是同一個(gè)實(shí)施例。進(jìn)一步來說，結(jié)合任一實(shí)施例描述一個(gè)具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點(diǎn)時(shí)，所要主張的是結(jié)合其他實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)這種特征、結(jié)構(gòu)或者特點(diǎn)也落在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。
[0023]盡管這里參照本實(shí)用新型的多個(gè)解釋性實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但是，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出很多其他的修改和實(shí)施方式，這些修改和實(shí)施方式將落在本申請(qǐng)公開的原則范圍和精神之內(nèi)。更具體地說，在本申請(qǐng)公開和權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以對(duì)主題組合布局的組成部件和/或布局進(jìn)行多種變型和改進(jìn)。除了對(duì)組成部件和/或布局進(jìn)行的變型和改進(jìn)外，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，其他的用途也將是明顯的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于微處理器和MOS管的動(dòng)態(tài)直流電壓控制系統(tǒng)，其特征在于它包括微處理器(I)、第一級(jí)MOS管控壓?jiǎn)卧?2)、第二級(jí)MOS管控壓?jiǎn)卧?3)、濾波單元(4)、電壓測(cè)量反饋單元(5)和負(fù)載電流監(jiān)測(cè)單元(6);所述微處理器(I)與外部通信接口(7)連接，所述微處理器(I)包括一個(gè)PWM波發(fā)生器和一個(gè)兩通道Α/D轉(zhuǎn)化器，所述第一級(jí)MOS管控壓?jiǎn)卧?2)包括N溝道增強(qiáng)型的MOS管Ql和電阻Rl，所述MOS管Ql的柵極與所述PffM波發(fā)生器的輸出端連接，所述MOS管Ql的漏極連接所述電阻Rl的一端，所述電阻Rl的另一端與電源正極連接，所述MOS管Ql的源極連接接地端;所述第二級(jí)MOS管控壓?jiǎn)卧?3)包括P溝道增強(qiáng)型的MOS管Q2和N溝道增強(qiáng)型的MOS管Q3，所述MOS管Q2的柵極、MOS管Q3的柵極和MOS管Ql的漏極相連接，所述MOS管Q2的源極連接電源正極，所述MOS管Q2的漏極連接MOS管Q3的漏極，所述MOS管Q3的源極連接接地端;所述濾波單元(4)包括電感L和電容C，所述電感L的一端與所述MOS管Q2的漏極連接，所述電感L的另一端與所述電容C的正極和輸出電壓的正極連接，所述電容C的負(fù)極連接接地端;所述電壓測(cè)量反饋單元(5)包括電阻R2和電阻R3，所述電阻R2—端與輸出電壓的正極連接，所述電阻R2另一端與所述Α/D轉(zhuǎn)化器的輸入端和電阻R3—端連接，所述電阻R3另一端與接地端連接;所述負(fù)載電流監(jiān)測(cè)單元(6)包括電阻R4，所述電阻R4—端連接輸出電壓的負(fù)極和所述Α/D轉(zhuǎn)化器的輸入端，所述電阻R4另一端與接地端連接。
【文檔編號(hào)】G05B11/42GK205594491SQ201620435177
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日
【發(fā)明人】劉琦, 楊芳, 陸藺輝, 官德斌, 劉瑜嘉, 劉斌
【申請(qǐng)人】中國(guó)工程物理研究院化工材料研究所