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Cómo utilizar un microcontrolador para crear una fuente de corriente constante

Diseño de fuente de corriente constante controlada por programa basada en STC89C52

La fuente de alimentación de corriente constante controlada por programa de alta precisión tiene una amplia gama de aplicaciones en los campos de instrumentación, tecnología de sensores y pruebas. En el pasado, la mayoría de los circuitos de fuente de corriente constante controlados por programa usaban el modo de pulso PWM. Aunque es fácil de controlar y ajustar, la precisión es difícil de garantizar. Además, el rango de ajuste del ciclo de trabajo de la forma de onda del modo PWM es limitado, lo que lo dificulta. para cumplir con los requisitos de corriente grande continuamente ajustable. Este artículo presenta una solución que utiliza el microcontrolador STC89C52 para controlar una fuente de corriente constante controlada por voltaje y realiza el control del programa de la fuente de corriente constante a través de un circuito de expansión de corriente. El valor de la corriente de salida puede alcanzar 2A.

La composición y principio de funcionamiento de la fuente de corriente constante controlada por programa

El circuito de fuente de corriente constante controlada por programa consta de un circuito de control de voltaje, un circuito de expansión de corriente y un control numérico circuito. La estructura se muestra en la Figura 1.

Figura 1? Diagrama de bloques del circuito de fuente de corriente constante controlado por programa

Este circuito de fuente de corriente constante utiliza STC89C52 para controlar el circuito de conversión D/A para generar una señal de control de voltaje. que está controlado por un voltaje lineal de precisión. La fuente de corriente y el circuito de expansión de corriente generan el valor de corriente requerido, el circuito de muestreo toma muestras de los datos y los lee a través de la conversión A/D mediante el circuito de control numérico, y luego los envía al control de pantalla; circuito para visualización; al mismo tiempo, el circuito de muestreo proporciona retroalimentación negativa de corriente a la fuente de corriente controlada por voltaje para estabilizar aún más la salida de corriente.

Diseño de circuito de fuente de corriente constante controlado por programa

1? Diseño de circuito de control numérico

El circuito de control numérico adopta el sistema mínimo de microcomputadora de un solo chip Compuesto por STC89C52 para ser responsable de D/A, control A/D, respuesta clave y pantalla LED. Los circuitos digitales y los circuitos analógicos del módulo están alimentados por circuitos estabilizadores de voltaje independientes para reducir el impacto de la corriente máxima de alta frecuencia del circuito digital en el circuito analógico, lo que puede reducir en gran medida el voltaje de ondulación de la salida D/A. .

El circuito de conversión D/A en este diseño utiliza MAX531, utilizando su fuente de referencia interna de 2.048 V. La resolución de la conversión D/A es de 0,5 mV, que se puede agregar a la resistencia de muestreo de 1 Ω. corriente de 0,5 mA (en pasos de 0,5 mA).

El circuito de conversión A/D utiliza MAX1241, que utiliza la misma fuente de referencia que MAX531. La resolución de la conversión A/D es de 0,5 mV. Cuando la resistencia de muestreo es de 1 Ω, la resolución de la corriente de medición es de 0,5 mA (el número de dígitos de los convertidores D/A y A/D se puede seleccionar de acuerdo con los requisitos reales del paso. y precisión de la medición y voltaje de referencia).

Para lograr el diálogo hombre-máquina, se requieren al menos 10 teclas numéricas y 2 teclas de paso. Teniendo en cuenta que se deben implementar otras teclas de función, lo más apropiado es utilizar un teclado de 16 teclas para completar todo. control del sistema. La parte de la pantalla utiliza un tubo digital LED de 8 bits, que es económico y fácil de implementar. Teniendo en cuenta que los puertos de E/S del microcontrolador son limitados, para optimizar completamente el sistema, se utiliza una pieza de expansión externa de 8155 para realizar la interfaz del teclado y las funciones de visualización.

2? Diseño de fuente de corriente controlada por voltaje

La parte de amplificación de retroalimentación negativa de la fuente de corriente controlada por voltaje tiene un amplificador no inversor compuesto por un amplificador operacional de precisión, que introduce retroalimentación negativa de corriente profunda, estabilizando así la salida de corriente a la carga, como se muestra en la Figura 2. Cuando el amplificador operacional funciona normalmente en el estado de amplificación no inversora, el voltaje en la resistencia de muestreo se puede conocer a partir del principio de la tierra virtual del amplificador operacional: U2=Uin, entonces I2=U2/R2=Uin/R2. Debido a que se utiliza un amplificador con alta impedancia de entrada, la corriente en el terminal de entrada inversora es aproximadamente cero y la corriente de carga IL=I2=Uin/R2. Siempre que el rendimiento del circuito de expansión de corriente sea bueno, la precisión de la corriente de salida depende completamente de la precisión de la resistencia de muestreo.

Figura 2? Diagrama de principio del circuito de fuente de corriente controlado por voltaje

3? Diseño del circuito de expansión de corriente

El circuito de expansión de corriente utiliza un amplificador de potencia clase S El principio es el que se muestra en la figura 3. Su característica es que un amplificador de control de voltaje y un amplificador de control de corriente forman un puente, de modo que el amplificador de voltaje funciona en un estado sin carga (la corriente de salida es cero), mientras que la etapa posterior funciona en un estado seguidor controlado por voltaje. haciendo que sea fácil lograr un buen efecto de seguimiento. Para la carga, las etapas delantera y trasera salen en paralelo y la retroalimentación negativa se extrae de la resistencia de muestreo y se envía de regreso al preamplificador. Por tanto, la calidad del amplificador Clase S depende del preamplificador.

Figura 3: Diagrama de principio del circuito de expansión de corriente del amplificador de potencia Clase S

El núcleo del circuito del amplificador de potencia Clase S es un amplificador de accionamiento de corriente con una gran capacidad de carga, que pasa a través del puente. enganche. Suponiendo que la ganancia de bucle abierto del amplificador es cercana al infinito, los voltajes en los dos terminales de entrada del amplificador serán extremadamente cercanos, expresado por la fórmula: I1R1=I2R2, I3R3=I4R4.

Si la impedancia de entrada del amplificador es infinita y la corriente en los dos terminales de entrada del amplificador es aproximadamente cero, entonces I2=I4, podemos obtener, I1=I2R2R3/R4R1; equilibrado, R2R3=R4R1, entonces I1=I2, por lo tanto I1=0.

Basado en la derivación anterior, muestra que cuando el circuito amplificador de potencia Clase S funciona de manera estable, el circuito amplificador de etapa frontal funciona en un estado sin carga o con carga ligera, y la corriente requerida por el La carga es proporcionada completamente por el circuito amplificador impulsado por corriente de la etapa trasera. De esta manera, el circuito no tiene altos requisitos en cuanto a la carga de la fuente de corriente controlada por voltaje de la etapa frontal.

En resumen, siempre que elija un chip amplificador de potencia con un alto rendimiento de entrada y una gran capacidad de carga, el cambio en la salida está completamente determinado por la etapa frontal. La etapa frontal funciona sin carga y su rendimiento es básicamente independiente de los cambios en la carga. De esta manera, al diseñar la etapa frontal, puede dejar de lado la consideración de la capacidad de carga y utilizar directamente un amplificador operacional de alta precisión y bajo desplazamiento al diseñar la etapa trasera, porque la salida depende de la etapa frontal, no; No tiene que preocuparse de que la adición de una carga afecte su rendimiento de trabajo. La selección se vuelve más amplia.

Basado en los principios de diseño del circuito amplificador de potencia Clase S, para garantizar la confiabilidad y el rendimiento suficiente del circuito, se utiliza un chip amplificador de potencia LM3886 de alta calidad. Sus propiedades eléctricas son muy similares. El amplificador ideal y tiene suficiente potencia de salida.

Los resultados de la prueba muestran que ya sea una corriente grande o pequeña, los cambios en la resistencia de carga tienen un impacto relativamente pequeño en el sistema, lo que indica que el sistema cumple con el requisito básico de corriente constante.

Conclusión

La característica principal de esta fuente de corriente constante controlada por programa es el uso de un circuito amplificador de control de retroalimentación de clase S para lograr un control de corriente preciso. Tiene las ventajas de una fácil operación. , estabilidad y confiabilidad, y su rendimiento ha sido probado mediante pruebas reales superiores.