CN103516215A

CN103516215A - 一种精确的电流闭环控制电路

Info

Publication number: CN103516215A
Application number: CN201310502012.XA
Authority: CN
Inventors: 白思春; 褚全红; 孟长江; 王孝; 智海峰; 曹春芳; 杨薇; 赵玲玲; 邢璐; 况涪洪
Original assignee: China North Engine Research Institute Tianjin
Current assignee: China North Engine Research Institute Tianjin
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2033-10-23
Also published as: CN103516215B

Abstract

本发明涉及一种精确的电流闭环控制电路，该电路包括跟随器U1、驱动器U2、放大器U3、第一比较器U4A、第二比较器U4B、触发器U5、第一反相器U6、逻辑门U7、第二反相器U8、蓄能电容C1、第一滤波电容C2、第二滤波电容C3、第三滤波电容C4、第四滤波电容C5，整流二级管D1、蓄流二极管D2、恒流二极管Z1，本控制电路通过一个恒流管电路设置目标控制电压的回差，通过双比较器的方式完成采样电压值和目标电压值的比较，运用带记忆的D型触发器完成控制PWM，本发明能够很好地保证整个工作电流范围内的目标电流的一致性和稳定性，有效提高执行机构的控制品质。

Description

一种精确的电流闭环控制电路

技术领域

本发明属于发动机电控系统领域，具体涉及一种精确的电流闭环控制电路。

背景技术

在发动机电控系统中，执行机构的驱动需要利用电流闭环控制，常用的控制方式是把电流采样后的电压和目标控制电压通过比较输出PWM控制脉宽，为了防止比较器出现振荡，采用正反馈的方式设置一个比较滞回电压，达到对目标电流的闭环控制；这样的控制方式，控制电流的回差受到滞回电压的影响，因为比较器正反馈的固有特性，不同的目标控制电流会对应不同的电流回差，而且电流的回差不能设置的太小，控制电流不能达到精确的控制目标值，锯齿波的情形较严重，执行机构的控制在整个工作电流范围内的一致性和稳定性不能够保证。

发明内容

本发明就是为解决现有技术中存在的问题而提供了一种精确的电流闭环控制电路。

本发明采用的技术方案：一种精确的电流闭环控制电路，该电路包括跟随器U1、驱动器U2、放大器U3、第一比较器U4A、第二比较器U4B、触发器U5、第一反相器U6、逻辑门U7、第二反相器U8、蓄能电容C1、第一滤波电容C2、第二滤波电容C3、第三滤波电容C4、第四滤波电容C5，整流二级管D1、蓄流二极管D2、恒流二极管Z1，电压信号Vi连接到跟随器U1的正输入端3脚，跟随器U1的负输入端2脚和输出端1脚相连，输出信号V1；跟随器U1的1脚同时和限流电阻R1的一端、第三滤波电容C4的一端、第二比较器U4B的负输入端2脚相连，第三滤波电容C4的另一端连接到GND；电阻R1的另一端和恒流二极管Z1的正输入端、第四滤波电容C5的一端、比较器U4A的负输入端2脚相连，第四滤波电容C5的另一端连接到GND，恒流二极管Z1的负输入端GND；驱动器U2的输入端IN连接到逻辑门U7的输出端3脚；驱动器U2的VCC脚连接到＋12V、整流二级管D1的正端，整流二级管D1的负端连接到U2的VB脚、蓄能电容C1的一端，驱动器U2的COM脚连接到GND，蓄能电容C1的另一端、驱动器U2的CS脚、VS脚、蓄流二极管D2的负端、MOS管的S脚和负载RL的一端相连，驱动器U2的HO脚连接到限流电阻R3的一端，R3的另一端连接到MOS的G脚，MOS的D脚连接到驱动电压信号BAT上；电流采样电阻R2的一端和续流二极管正脚相连到GND，R2的另一端和负载电阻RL另一端、滤波电阻R5的一端相连，R5的另一端和第一滤波电容C2的一端、放大器U3的正输入端3脚相连，第一滤波电容C2的另一端连接到GND；放大器U3的负输入端连接到接地电阻R4的一端、反馈电阻R5的一端，R4的另一端连接到GND，R5的另一端和放大器U3的输出端1脚、滤波电阻R6的一端相连，放大器U3的8脚连接到＋5V，放大器U3的4脚连接到GND；电阻R6的另一端连接到第二滤波电容C3的一端、第二比较器U4B的正输入端3脚、第一比较器U4A的正输入端3脚，第二滤波电容C3的另一端连接到GND；第二比较器U4B的输出端1脚和上拉电阻R7的一端、第二反相器U8的输入端相连，R7的另一端连接到＋5V；第一比较器U4A的输出端1脚和上拉电阻R8的一端、第一反相器U6的输入端相连，R8的另一端连接到＋5V；第一反相器U6的输出端和D触发器U5的S端相连，触发器U5的R脚、D脚连接到GND，触发器U5的CLK脚连接到第二反相器U8的输出端、逻辑门U7的2脚，触发器U5的Q脚连接到逻辑门U7的1脚。

本发明的有益效果：本控制电路通过一个恒流管电路设置目标控制电压的回差，通过双比较器的方式完成采样电压值和目标电压值的比较，运用带记忆的D型触发器完成控制PWM，在保证系统不发生振荡的同时，能够把目标控制电流的回差限定到一个固定回差值，同时该回差值可以根据控制精度的需求设置的很小，输出的目标控制电流锯齿波小，而且锯齿波的电流波动幅度不会随着目标控制电流的大小发生变换，能够很好地保证整个工作电流范围内的目标电流的一致性和稳定性，有效提高执行机构的控制品质。另一方面，整个电路采用高端驱动的方式，能够有效预防对外引线错误搭地短路时对控制电路功率器件造成永久性损坏。

附图说明

图1为本发明稳压电路的结构示意图；

图2为图1电路的控制时序图。

具体实施方式

如图1所示，一种精确的电流闭环控制电路，该电路包括跟随器U1、驱动器U2、放大器U3、第一比较器U4A、第二比较器U4B、触发器U5、第一反相器U6、逻辑门U7、第二反相器U8、蓄能电容C1、第一滤波电容C2、第二滤波电容C3、第三滤波电容C4、第四滤波电容C5，整流二级管D1、蓄流二极管D2、恒流二极管Z1，电压信号Vi连接到跟随器U1的正输入端3脚，跟随器U1的负输入端2脚和输出端1脚相连，输出信号V1；跟随器U1的1脚同时和限流电阻R1的一端、第三滤波电容C4的一端、第二比较器U4B的负输入端2脚相连，第三滤波电容C4的另一端连接到GND；电阻R1的另一端和恒流二极管Z1的正输入端、第四滤波电容C5的一端、比较器U4A的负输入端2脚相连，第四滤波电容C5的另一端连接到GND，恒流二极管Z1的负输入端GND；驱动器U2的输入端IN连接到逻辑门U7的输出端3脚；驱动器U2的VCC脚连接到＋12V、整流二级管D1的正端，整流二级管D1的负端连接到U2的VB脚、蓄能电容C1的一端，驱动器U2的COM脚连接到GND，蓄能电容C1的另一端、驱动器U2的CS脚、VS脚、蓄流二极管D2的负端、MOS管的S脚和负载RL的一端相连，驱动器U2的HO脚连接到限流电阻R3的一端，R3的另一端连接到MOS的G脚，MOS的D脚连接到驱动电压信号BAT上；电流采样电阻R2的一端和续流二极管正脚相连到GND，R2的另一端和负载电阻RL另一端、滤波电阻R5的一端相连，R5的另一端和第一滤波电容C2的一端、放大器U3的正输入端3脚相连，第一滤波电容C2的另一端连接到GND；放大器U3的负输入端连接到接地电阻R4的一端、反馈电阻R5的一端，R4的另一端连接到GND，R5的另一端和放大器U3的输出端1脚、滤波电阻R6的一端相连，放大器U3的8脚连接到＋5V，放大器U3的4脚连接到GND；电阻R6的另一端连接到第二滤波电容C3的一端、第二比较器U4B的正输入端3脚、第一比较器U4A的正输入端3脚，第二滤波电容C3的另一端连接到GND；第二比较器U4B的输出端1脚和上拉电阻R7的一端、第二反相器U8的输入端相连，R7的另一端连接到＋5V；第一比较器U4A的输出端1脚和上拉电阻R8的一端、第一反相器U6的输入端相连，R8的另一端连接到＋5V；第一反相器U6的输出端和D触发器U5的S端相连，触发器U5的R脚、D脚连接到GND，触发器U5的CLK脚连接到第二反相器U8的输出端、逻辑门U7的2脚，触发器U5的Q脚连接到逻辑门U7的1脚。

工作原理：输入电压信号Vi决定本电路的目标控制电流，该信号通过跟随器U1输出有驱动能力的电压信号V1，V1信号作为目标控制电流上限对应的电压值；V1信号通过限流电阻R1、恒流二极管Z1到地，形成一个比V1电压小一个固定值的电压信号V2，V2信号作为目标控制电流下限对应的电压值，调整电阻R1的电阻值，能够使目标电流控制在一个精确的范围内，V1、V2信号分别通过第三滤波电容C4和第四滤波电容C5滤波后进入第二比较器U4B、第一比较器U4A的负输入端，用于和电流采样、滤波、放大后的电压信号V4相比较。驱动器U2通过整流二级管D1、蓄能电容C1在其VB脚上形成一个比功率电源电压BAT大一个控制门限电压的电压信号，用于从HO脚输出来控制MOS管T1的通断，限流电阻R3对MOS的G脚电流进行限制，用于保护MOS管。MOS的通断控制电压信号BAT在负载RL的通断，利用RL的感性特性，通过蓄流二极管D2，在RL中形成一个持续的控制电流信号，控制电流信号通过采样电阻R2形成采样电压信号V3，电压信号V3利用滤波电阻R5、第一滤波电容C2完成对高频干扰信号的滤波处理，进入比较器的正输入端，接地电阻R4、反馈电阻R5决定放大器U3的增益，经放大后的信号通过滤波电阻R6、第二波电容C3进行滤波处理，形成电压信号V4，用于和目标控制电压V1、V2进行比较。第二比较器U4B和第一比较器U4A的输出信号为V5、V6，电阻R7、R8是比较器开路输出所需要的上拉电阻，V5、V6信号通过第二反相器U8和第一反相器U6，控制D触发器U5动作，形成信号V7、V8，再经逻辑门U7形成驱动器的控制逻辑信号V9，完成对目标电流的闭环控制。控制逻辑如图2所示，V3是采样信号，V4是放大后的信号，和V1、V2进行比较；控制开始时，电流为零，V3、V4，V5、V6为低电平，V7为高电平，V6信号经反相器进入D触发器，置位Q端输出高电平信号V8，V9为高电平，控制MOS通，负载RL的电流逐步上升。当电压信号V4到设定值下限时，V6输出高电平；当电压信号V4到设定值上限时，V5输出高电平，V7输出低电平，V9输出低电平，控制MOS端开，通过负载RL的电流逐步下降，同时V5又会变成低电平，V7变成高电平，出现一个上升沿，使触发器U5的Q输出信号V8变成低电平；当电压信号下降到下限电压V2时，V6输出低电平信号，通过第一反相器U6置位触发器U5的Q输出信号V8为高电平，逻辑门U7的输出信号V9变成高电平，控制MOS管通，负载RL的电流又开始上升，如此进行周期性的信号翻转，把采用电压V4控制在上限电压V1、下限电压V2之间，实现对通过负载RL的电流精确的闭环控制。

Claims

1.一种精确的电流闭环控制电路，该电路包括跟随器U1、驱动器U2、放大器U3、第一比较器U4A、第二比较器U4B、触发器U5、第一反相器U6、逻辑门U7、第二反相器U8、蓄能电容C1、第一滤波电容C2、第二滤波电容C3、第三滤波电容C4、第四滤波电容C5，整流二级管D1、蓄流二极管D2、恒流二极管Z1，其特征是电压信号Vi连接到跟随器U1的正输入端3脚，跟随器U1的负输入端2脚和输出端1脚相连，输出信号V1；跟随器U1的1脚同时和限流电阻R1的一端、第三滤波电容C4的一端、第二比较器U4B的负输入端2脚相连，第三滤波电容C4的另一端连接到GND；电阻R1的另一端和恒流二极管Z1的正输入端、第四滤波电容C5的一端、比较器U4A的负输入端2脚相连，第四滤波电容C5的另一端连接到GND，恒流二极管Z1的负输入端GND；驱动器U2的输入端IN连接到逻辑门U7的输出端3脚；驱动器U2的VCC脚连接到＋12V、整流二级管D1的正端，整流二级管D1的负端连接到U2的VB脚、蓄能电容C1的一端，驱动器U2的COM脚连接到GND，蓄能电容C1的另一端、驱动器U2的CS脚、VS脚、蓄流二极管D2的负端、MOS管的S脚和负载RL的一端相连，驱动器U2的HO脚连接到限流电阻R3的一端，R3的另一端连接到MOS的G脚，MOS的D脚连接到驱动电压信号BAT上；电流采样电阻R2的一端和续流二极管正脚相连到GND，R2的另一端和负载电阻RL另一端、滤波电阻R5的一端相连，R5的另一端和第一滤波电容C2的一端、放大器U3的正输入端3脚相连，第一滤波电容C2的另一端连接到GND；放大器U3的负输入端连接到接地电阻R4的一端、反馈电阻R5的一端，R4的另一端连接到GND，R5的另一端和放大器U3的输出端1脚、滤波电阻R6的一端相连，放大器U3的8脚连接到＋5V，放大器U3的4脚连接到GND；电阻R6的另一端连接到第二滤波电容C3的一端、第二比较器U4B的正输入端3脚、第一比较器U4A的正输入端3脚，第二滤波电容C3的另一端连接到GND；第二比较器U4B的输出端1脚和上拉电阻R7的一端、第二反相器U8的输入端相连，R7的另一端连接到＋5V；第一比较器U4A的输出端1脚和上拉电阻R8的一端、第一反相器U6的输入端相连，R8的另一端连接到＋5V；第一反相器U6的输出端和D触发器U5的S端相连，触发器U5的R脚、D脚连接到GND，触发器U5的CLK脚连接到第二反相器U8的输出端、逻辑门U7的2脚，触发器U5的Q脚连接到逻辑门U7的1脚。