一種基于buck電路的電流驅(qū)動(dòng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于BUCK電路的電流驅(qū)動(dòng)器，是由電源電路、BUCK回路模塊、占空比可調(diào)的PWM產(chǎn)生模塊和采樣濾波放大模塊組成，電源模塊是由XL6009芯片、LM2575-12V穩(wěn)壓芯片、MAX745反相芯片及其外圍電路組成；BUCK回路模塊是由二極管、電感、電容及MOS管組成；占空比可調(diào)的PWM產(chǎn)生模塊是由TL494芯片及其外圍電路組成；采樣濾波放大模塊由CS010LX、采樣電阻、LM358芯片及其外圍電路組成；升壓芯片XL6009為升壓型直流電源變換器芯片，通過(guò)控制電位計(jì)RR3，即可控制BUCK回路高端電壓，以完成最高輸出電流的選擇；本發(fā)明可適應(yīng)于不同輸入電壓環(huán)境；可根據(jù)輸出最大電流和負(fù)載電阻，調(diào)整BUCK回路輸入電壓上限；實(shí)現(xiàn)控制電壓范圍的調(diào)整；具有更高的可靠性。
【專利說(shuō)明】—種基于BUCK電路的電流驅(qū)動(dòng)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電流驅(qū)動(dòng)器，特別涉及一種基于BUCK電路的電流驅(qū)動(dòng)器。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的電流驅(qū)動(dòng)器不能實(shí)現(xiàn)輸出電流范圍、控制電壓范圍及保護(hù)范圍的可調(diào)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種輸出電流范圍、控制電壓范圍及保護(hù)范圍可調(diào)的基于BUCK電路的電流驅(qū)動(dòng)器。
[0004]本發(fā)明是由電源電路、BUCK回路模塊、占空比可調(diào)的PWM產(chǎn)生模塊和采樣濾波放大模塊組成，電源模塊是由XL6009芯片、LM2575-12V穩(wěn)壓芯片、MAX765反相芯片及其外圍電路組成；BUCK回路模塊是由二極管、電感、電容及MOS管組成；占空比可調(diào)的PWM產(chǎn)生模塊是由TL494芯片及其外圍電路組成；采樣濾波放大模塊由CS010LX、采樣電阻、LM358芯片及其外圍電路組成；TL494芯片通過(guò)控制電壓輸入與采樣濾波放大模塊反饋的電壓進(jìn)行比較，控制PWM輸出占空比，進(jìn)而控制MOS管開關(guān)時(shí)間，進(jìn)而通過(guò)BUCK回路實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流控制。
[0005]電源模塊
[0006]電源模塊的功能主要為:①為負(fù)載、芯片提供穩(wěn)壓正向電源在輸入電壓非12V時(shí)，提供穩(wěn)定12V正向電壓；③為霍爾電流傳感器提供-12V穩(wěn)定電壓；④根據(jù)輸出電流去求，提供聞?dòng)谳斎腚妷旱穆剦骸?br> [0007]電源模塊為基于XL6009的升壓電路、基于LM2575-12的穩(wěn)壓電路及基于MAX765芯片組成的-12V產(chǎn)生電路。
[0008]升壓芯片XL6009為升壓型直流電源變換器芯片，輸入電壓為5-32V，頻率為400KHZ，轉(zhuǎn)換效率為80%-90%，輸出電壓為如公式(1)，通過(guò)控制電位計(jì)RR3，即可控制BUCK回路高端電壓，以完成最高輸出電流的選擇。
[0009]Vout=L 25 X (1+RR3/R9)(I)
[0010]LM2575-12穩(wěn)壓芯片是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的集成穩(wěn)壓電路，是傳統(tǒng)三端式穩(wěn)壓集成電路的理想替代產(chǎn)品，其最大穩(wěn)態(tài)誤差為4%，效率為75%?88%，輸入電壓為5-42V。
[0011]針對(duì)在此選用的電流霍爾傳感器CS010LX，需±12V電壓輸入，因此，在此基于MAX765設(shè)計(jì)負(fù)電壓產(chǎn)生模塊，如圖5所示，MAX765芯片，為+3V至+15V輸入，-12V輸出。在此，輸出電壓可調(diào)，如公式⑵所示，其中RR5在此選擇量程為100K的電位計(jì)，用于調(diào)整負(fù)電壓輸出
[0012]Vout=-L 5XRR5/R6(2)
[0013]BUCK回路模塊
[0014]BUCK回路模塊中的電感L和電容C組成低通濾波器，此濾波器的設(shè)計(jì)原則是，使輸出電壓的直流分量可以通過(guò)，抑制輸出電壓的開關(guān)頻率及其諧波分量通過(guò)。在此為實(shí)現(xiàn)大功率輸出，二極管采用1N5284，MOS管采用IRF540N，為P溝道MOS管，且具有較小的內(nèi)阻。同時(shí)，通過(guò)匹配電容和電感值，達(dá)到有效的減少紋波電流和紋波電壓的目的，在此電容為耐壓值35V，470uF的電解電容，電感為10mH，制作的最大電流5A的電感。
[0015]除上述BUCK回路外，還包括霍爾式的電流傳感器CSO1LX及采樣電阻。CSO1LX為霍爾效應(yīng)的開環(huán)電流傳感器，能在電隔離條件下測(cè)量直流、交流，脈沖以及各種不規(guī)則波形的電流。輸入電壓為±12V，輸出與電流成正比的電壓值?；芈分?，將電流傳感器放到MOS管D極與電源間，令其始終處于回路，實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)，采樣電阻采用2728-0.1R為大功率的貼片采樣電阻，電阻一端與參考地連接，一端與MOS管源極連接。
[0016]占空比可調(diào)的PWM產(chǎn)生模塊
[0017]占空比可調(diào)的PWM產(chǎn)生模塊選用TL494CN芯片，該芯片I腳連接采樣放大電路的輸出端，接收經(jīng)過(guò)濾波放大后的采樣電流信號(hào)即反饋信號(hào)；2腳通過(guò)連接外部輸入控制電壓；3腳外接相位校正電路，用于調(diào)整電路中因大量的電感性負(fù)載而造成的電流和電壓相位的不同；4腳接地；5腳、6腳外接振蕩電容C6和振蕩電阻R6，用于產(chǎn)生鋸齒波電壓，該電壓與I腳反饋信號(hào)和2腳控制信號(hào)的差值進(jìn)行比較，生成PWM信號(hào)；7腳接地；8腳、11腳連接MOS管門極，用于輸出PWM信號(hào)；9腳、10腳接地；12腳接車載12V電源，用于TL494芯片供電；13腳接地，用于TL494芯片采用并聯(lián)輸出；14腳為內(nèi)部5V基準(zhǔn)電壓輸出，用于設(shè)置基準(zhǔn)電壓；15腳經(jīng)調(diào)整電阻連接14腳；16腳連接BUCK電路中采樣電阻輸出端。
[0018]PWM發(fā)生器外接的相位校正電路由電阻R1、R2、電容Cl組成，兩端分別連接TL494芯片的2腳和3腳，用于調(diào)整電路中因大量的電感性負(fù)載而造成的電流和電壓相位的不同。
[0019]其中TL494芯片15腳接收14腳輸出的基準(zhǔn)電壓經(jīng)調(diào)整電位計(jì)RR2的調(diào)整得到的參考電壓，用于設(shè)定最大電流值；16腳接收采樣電流，與15腳輸入的最大電流進(jìn)行比較，若采樣電流大于最大電流，則關(guān)閉脈沖，保護(hù)電路，反之繼續(xù)輸出脈沖。
[0020]采樣濾波放大模塊
[0021]米樣濾波放大模塊為基于有源RC濾波的信號(hào)處理放大電路,包括LM358雙運(yùn)放芯片及電阻R5、R7、R8，電容C4及電位計(jì)RR4，實(shí)現(xiàn)濾除噪聲和信號(hào)放大功能，圖示電路為一階低通濾波電路，其中截止頻率f如公式(3)，增益G如公式(4)所示，在此選擇電阻R5為
3.3K, R7 為 1.5K(用于限流)，R8 為 100K, C4 為 0.1uF, RR4 為 10K 的電位計(jì)。
[0022]f=l/(2 31 XR8XC4) (3)
[0023]G=1+RR4/R5
[0024](4)
[0025]本發(fā)明的有益效果是:
[0026]①電路中通過(guò)電位計(jì)實(shí)現(xiàn)升壓可調(diào)、反饋電壓可調(diào)、過(guò)流保護(hù)范圍可調(diào)及PWM占空比最大值可調(diào)，實(shí)現(xiàn)輸出電流范圍、控制電壓范圍及保護(hù)范圍的可調(diào)；
[0027]②采用短路塊模塊，設(shè)計(jì)多個(gè)選擇模塊，如SW1/SW2/SW3模塊，分別為反向電壓輸入選取、傳感器供電電壓選擇及采樣元件選擇。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是本發(fā)明的電路框圖。
[0029]圖2是本發(fā)明的電路圖。
[0030]圖3是本發(fā)明電源模塊的以XL6009芯片為主的升壓電路圖。
[0031]圖4是本發(fā)明電源模塊的以LM2575-12V芯片為主的穩(wěn)壓電路圖。
[0032]圖5是本發(fā)明電源模塊的以MAX765負(fù)12V芯片為主的電路圖。
[0033]圖6是本發(fā)明的BUCK回路模塊及電流采集元件電路圖。
[0034]圖7是本發(fā)明的基于TL494芯片的占空比可調(diào)的PWM產(chǎn)生模塊電路圖。
[0035]圖8是本發(fā)明的基于LM358芯片的采樣濾波放大模塊電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0036]請(qǐng)參閱圖1和圖2所不,本實(shí)施例是由電源電路、BUCK回路I旲塊、占空比可調(diào)的PWM產(chǎn)生模塊和采樣濾波放大模塊組成，電源模塊是由XL6009芯片、LM2575-12V穩(wěn)壓芯片、MAX765反相芯片及其外圍電路組成；BUCK回路模塊是由二極管、電感、電容及MOS管組成；占空比可調(diào)的PWM產(chǎn)生模塊是由TL494芯片及其外圍電路組成；采樣濾波放大模塊由CS010LX、采樣電阻、LM358芯片及其外圍電路組成；TL494芯片通過(guò)控制電壓輸入與采樣濾波放大模塊反饋的電壓進(jìn)行比較，控制PWM輸出占空比，進(jìn)而控制MOS管開關(guān)時(shí)間，進(jìn)而通過(guò)BUCK回路實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流控制。
[0037]電源模塊
[0038]電源模塊的功能主要為:①為負(fù)載、芯片提供穩(wěn)壓正向電源在輸入電壓非12V時(shí)，提供穩(wěn)定12V正向電壓；③為霍爾電流傳感器提供-12V穩(wěn)定電壓；④根據(jù)輸出電流去求，提供聞?dòng)谳斎腚妷旱穆剦骸?br> [0039]如圖3、圖4、圖5所示，分別為基于XL6009的升壓電路、基于LM2575-12的穩(wěn)壓電路及基于MAX765芯片組成的-12V產(chǎn)生電路。
[0040]如圖3所示，為升壓模塊原理圖。升壓芯片XL6009為升壓型直流電源變換器芯片，輸入電壓為5-32V，頻率為400KHZ，轉(zhuǎn)換效率為80%_90%，輸出電壓為如公式(I)，通過(guò)控制電位計(jì)RR3，即可控制BUCK回路高端電壓，以完成最高輸出電流的選擇。
[0041]Vout=L 25X (1+RR3/R9)(I)。
[0042]如圖4所示，為L(zhǎng)M2575-12穩(wěn)壓芯片，是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的集成穩(wěn)壓電路，是傳統(tǒng)三端式穩(wěn)壓集成電路的理想替代產(chǎn)品，其最大穩(wěn)態(tài)誤差為4%，效率為75%?88%，輸入電壓為5-42V。
[0043]針對(duì)在此選用的電流霍爾傳感器CS010LX，需± 12V電壓輸入，因此，在此基于MAX765設(shè)計(jì)負(fù)電壓產(chǎn)生模塊，如圖5所示，MAX765芯片，為+3V至+15V輸入，-12V輸出。在此，輸出電壓可調(diào)，如公式⑵所示，其中RR5在此選擇量程為100K的電位計(jì)，用于調(diào)整負(fù)電壓輸出
[0044]Vout=-L 5XRR5/R6(2)。
[0045]BUCK回路模塊
[0046]在Buck電路中的電感L和電容C組成低通濾波器，此濾波器的設(shè)計(jì)原則是，使輸出電壓的直流分量可以通過(guò)，抑制輸出電壓的開關(guān)頻率及其諧波分量通過(guò)。在此為實(shí)現(xiàn)大功率輸出，二極管采用1N5284，MOS管采用IRF540N，為P溝道MOS管，且具有較小的內(nèi)阻。同時(shí)，通過(guò)匹配電容和電感值，達(dá)到有效的減少紋波電流和紋波電壓的目的，在此電容為耐壓值35V，470uF的電解電容，電感為1mH,制作的最大電流5A的電感。
[0047]如圖6所示，除上述BUCK回路外，還包括霍爾式的電流傳感器CS010LX及采樣電阻。CS010LX為霍爾效應(yīng)的開環(huán)電流傳感器，能在電隔離條件下測(cè)量直流、交流，脈沖以及各種不規(guī)則波形的電流。輸入電壓為±12V，輸出與電流成正比的電壓值?；芈分校瑢㈦娏鱾鞲衅鞣诺組OS管D極與電源間，令其始終處于回路，實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)，采樣電阻采用2728-0.1R為大功率的貼片采樣電阻，電阻一端與參考地連接，一端與MOS管源極連接。
[0048]占空比可調(diào)的PWM產(chǎn)生模塊
[0049]如圖7所示，為PWM產(chǎn)生模塊，脈寬調(diào)制控制電路選用德州儀器TL494CN芯片，該芯片I腳連接采樣放大電路的輸出端，接收經(jīng)過(guò)濾波放大后的采樣電流信號(hào)即反饋信號(hào)；2腳通過(guò)連接外部輸入控制電壓；3腳外接相位校正電路，用于調(diào)整電路中因大量的電感性負(fù)載而造成的電流和電壓相位的不同；4腳接地；5腳、6腳外接振蕩電容C6和振蕩電阻R6，用于產(chǎn)生鋸齒波電壓，該電壓與I腳反饋信號(hào)和2腳控制信號(hào)的差值進(jìn)行比較，生成PWM信號(hào)腳接地；8腳、11腳連接MOS管門極，用于輸出PWM信號(hào)；9腳、10腳接地；12腳接車載12V電源，用于TL494芯片供電；13腳接地，用于TL494芯片采用并聯(lián)輸出；14腳為內(nèi)部5V基準(zhǔn)電壓輸出，用于設(shè)置基準(zhǔn)電壓；15腳經(jīng)調(diào)整電阻連接14腳；16腳連接BUCK電路中采樣電阻輸出端。
[0050]PWM發(fā)生器外接的相位校正電路由電阻R1、R2、電容Cl組成，兩端分別連接TL494芯片的2腳和3腳，用于調(diào)整電路中因大量的電感性負(fù)載而造成的電流和電壓相位的不同。
[0051]其中TL494芯片15腳接收14腳輸出的基準(zhǔn)電壓經(jīng)調(diào)整電位計(jì)RR2的調(diào)整得到的參考電壓，用于設(shè)定最大電流值；16腳接收采樣電流，與15腳輸入的最大電流進(jìn)行比較，若采樣電流大于最大電流，則關(guān)閉脈沖，保護(hù)電路，反之繼續(xù)輸出脈沖。
[0052]采樣濾波放大模塊
[0053]如圖8所示，為基于有源RC濾波的信號(hào)處理放大電路，包括LM358雙運(yùn)放芯片及電阻R5、R7、R8，電容C4及電位計(jì)RR4，實(shí)現(xiàn)濾除噪聲和信號(hào)放大功能，圖示電路為一階低通濾波電路，其中截止頻率f如公式(3)，增益G如公式(4)所示，在此選擇電阻R5為3.3K，R7為1.5K(用于限流)，R8為100K, C4為0.1uF，RR4為10K的電位計(jì)。
[0054]f=l/(2 31 XR8XC4)(3)
[0055]G=1+RR4/R5(4)。
[0056]本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)是:①電路中通過(guò)電位計(jì)實(shí)現(xiàn)升壓可調(diào)、反饋電壓可調(diào)、過(guò)流保護(hù)范圍可調(diào)及PWM占空比最大值可調(diào)，實(shí)現(xiàn)輸出電流范圍、控制電壓范圍及保護(hù)范圍的可調(diào)；②采用短路塊模塊，設(shè)計(jì)多個(gè)選擇模塊，如圖1中SW1/SW2/SW3模塊，分別為反向電壓輸入選取、傳感器供電電壓選擇及采樣元件選擇。
【權(quán)利要求】
1.一種基于BUCK電路的電流驅(qū)動(dòng)器，特征在于:是由電源電路、BUCK回路模塊、占空比可調(diào)的PWM產(chǎn)生模塊和采樣濾波放大模塊組成，電源模塊是由XL6009芯片、LM2575-12V穩(wěn)壓芯片、MAX765反相芯片及其外圍電路組成；BUCK回路模塊是由二極管、電感、電容及MOS管組成；占空比可調(diào)的PWM產(chǎn)生模塊是由TL494芯片及其外圍電路組成；采樣濾波放大模塊由CS010LX、采樣電阻、LM358芯片及其外圍電路組成；升壓芯片XL6009為升壓型直流電源變換器芯片，通過(guò)控制電位計(jì)RR3，即可控制BUCK回路高端電壓，以完成最高輸出電流的選擇； 電源模塊是基于XL6009的升壓電路、基于LM2575-12的穩(wěn)壓電路及基于MAX765芯片組成的-12V產(chǎn)生電路；電源模塊為負(fù)載和芯片提供穩(wěn)壓正向電源；在輸入電壓非12V時(shí)，電源模塊提供穩(wěn)定12V正向電壓；電源模塊為霍爾電流傳感器提供-12V穩(wěn)定電壓；電源模塊根據(jù)輸出電流去求，提供高于輸入電壓的高壓； BUCK回路模塊中的電感L和電容C組成低通濾波器，BUCK回路模塊還具有霍爾式的電流傳感器CS010LX及采樣電阻；CS010LX為霍爾效應(yīng)的開環(huán)電流傳感器，能在電隔離條件下測(cè)量直流、交流，脈沖以及各種不規(guī)則波形的電流；電流傳感器放到MOS管D極與電源間，令其始終處于回路，實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)，采樣電阻采用2728-0.1R為大功率的貼片采樣電阻，采樣電阻一端與參考地連接，另一端與MOS管源極連接； 占空比可調(diào)的PWM產(chǎn)生模塊選用TL494CN芯片，該TL494CN芯片I腳連接采樣放大電路的輸出端，接收經(jīng)過(guò)濾波放大后的采樣電流信號(hào)即反饋信號(hào)；2腳通過(guò)連接外部輸入控制電壓；3腳外接相位校正電路，用于調(diào)整電路中因大量的電感性負(fù)載而造成的電流和電壓相位的不同；4腳接地；5腳、6腳外接振蕩電容C6和振蕩電阻R6，用于產(chǎn)生鋸齒波電壓，該電壓與I腳反饋信號(hào)和2腳控制信號(hào)的差值進(jìn)行比較，生成PWM信號(hào)；7腳接地；8腳、11腳連接MOS管門極，用于輸出PWM信號(hào)；9腳、10腳接地；12腳接車載12V電源，用于TL494芯片供電；13腳接地，用于TL494芯片采用并聯(lián)輸出；14腳為內(nèi)部5V基準(zhǔn)電壓輸出，用于設(shè)置基準(zhǔn)電壓；15腳經(jīng)調(diào)整電阻連接14腳；16腳連接BUCK電路中采樣電阻輸出端；占空比可調(diào)的PWM產(chǎn)生模塊外接的相位校正電路由電阻R1、R2、電容Cl組成，兩端分別連接TL494芯片的2腳和3腳，用于調(diào)整電路中因大量的電感性負(fù)載而造成的電流和電壓相位的不同；其中TL494芯片15腳接收14腳輸出的基準(zhǔn)電壓經(jīng)調(diào)整電位計(jì)RR2的調(diào)整得到的參考電壓，用于設(shè)定最大電流值；16腳接收采樣電流，與15腳輸入的最大電流進(jìn)行比較，若采樣電流大于最大電流，則關(guān)閉脈沖，保護(hù)電路，反之繼續(xù)輸出脈沖； 采樣濾波放大模塊為基于有源RC濾波的信號(hào)處理放大電路，包括LM358雙運(yùn)放芯片及電阻R5、R7、R8，電容C4及電位計(jì)RR4，實(shí)現(xiàn)濾除噪聲和信號(hào)放大功能，其中的電阻R5、電阻R7為限流電阻，R8、C4、RR4組成電位計(jì)。
【文檔編號(hào)】H02M3/156GK104270006SQ201410098705
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】王子涵, 李靜, 曹振, 韓佐悅, 禚帥帥, 馬堯 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)