CN114740935B - 一种直流电流反馈调节控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电流调节技术领域，具体公开了一种直流电流反馈调节控制电路，包括MCU、数字电位计、驱动模块、负载、采样模块以及反馈模块，MCU分别与数字电位计和驱动模块连接，驱动模块、负载、采样模块以及反馈模块依次连接，反馈模块还分别与数字电位计和驱动模块连接；MCU输出开关量控制信号，同时将参考电流转换成数字信号后输出至数字电位计；驱动模块接收到开关量控制信号后驱动负载通路；采样模块采集负载通路的电流，并转换成反馈电压后输出；数字电位计将数字信号转换成参考电压并输出；反馈模块用于依据参考电压和反馈电压对驱动模块的前端进行控制。本发明提供的直流电流反馈调节控制电路，可以实现复杂的电流控制。
Description
技术领域
本发明涉及电流调节技术领域，更具体地，涉及一种直流电流反馈调节控制电路。
背景技术
常见调节电流的方法有两种：软件PID调节和硬件反馈调节。软件调节受到模数转换速度和软件运行速度的影响，响应速度较慢，无法快速改变电流，从而生成复杂的电流波形。硬件控制虽然响应速度快，但不能灵活改变参数，同样无法生成任意的电流波形。
发明内容
为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种直流电流反馈调节控制电路，可以实现复杂的电流控制。
作为本发明的第一个方面，提供一种直流电流反馈调节控制电路，包括MCU、数字电位计、驱动模块、负载、采样模块以及反馈模块，所述MCU分别与所述数字电位计和驱动模块连接，所述驱动模块、负载、采样模块以及反馈模块依次连接，所述反馈模块还分别与所述数字电位计和驱动模块连接；
所述MCU，用于输出开关量控制信号给所述驱动模块，同时将设定的参考电流转换成数字信号后输出至所述数字电位计；
所述驱动模块，用于接收到所述开关量控制信号后，驱动负载通路；
所述采样模块，用于采集负载通路的电流，并将负载通路的电流转换成反馈电压，以及将所述反馈电压输出至所述反馈模块；
所述数字电位计，用于将接收到的所述数字信号转换成参考电压，并将所述参考电压输出至所述反馈模块；
所述反馈模块，用于接收所述参考电压和反馈电压，并将两者进行对比以得到对比结果，并将对比结果输出至所述驱动模块，以对所述驱动模块的前端进行控制。
进一步地，所述驱动模块包括栅极驱动器U1、电阻R1、R2以及场效应管Q1，所述栅极驱动器U1的第二引脚分别连接电阻R1的一端、电阻R2的一端以及所述反馈模块，所述电阻R1的另一端接所述开关量控制信号，所述电阻R2的另一端接地，所述栅极驱动器U1的第七引脚通过电阻R4连接所述场效应管Q1的栅极，所述场效应管Q1的源极接负载通路，所述场效应管Q1的漏极接24V电源；
MCU提供的开关量控制信号经过电阻R1、R2分压后，传输给所述栅极驱动器U1，其中，所述栅极驱动器U1的前端和后端电平保持一致；
当MCU输出高电平信号时，所述栅极驱动器U1的pin2引脚接收高电平信号，所述栅极驱动器U1的pin7引脚输出也为高电平信号，此时场效应管Q1导通，负载通路接通；
当MCU输出低电平信号时，所述栅极驱动器U1的pin2引脚接收低电平信号，所述栅极驱动器U1的pin7引脚输出也为低电平信号，此时场效应管Q1截止，负载通路断开；
HS为反馈模块的钳位回路，当反馈模块输出低电平信号时，会将所述栅极驱动器U1的pin2引脚由高电平信号拉低成低电平信号，此时场效应管Q1也会截止；反之，则HS回路将不会导通，所述栅极驱动器U1不受影响。
进一步地，所述采集模块包括运算放大器U2、电阻Rx1、Rb1、Ra1以及采样电阻Rs1，所述运算放大器U2的反相输入端通过电阻Rx1分别连接所述采样电阻Rs1和负载通路，所述运算放大器U2的同相输入端分别连接电阻Rb1的一端和电阻Ra1的一端，所述电阻Rb1的另一端接地，所述运算放大器U2的输出端分别连接所述电阻Ra1的另一端和反馈模块；
其中，负载通路的电流经过所述采样电阻Rs1形成压降Urs，压降Urs输入给所述运算放大器U2的pin2引脚，经过运算放大器U2放大20倍形成反馈电压V3，反馈电压V3由运算放大器U2的pin1引脚输出，传输给所述反馈模块。
进一步地，所述反馈模块包括电压比较器U3、上拉电阻R8、滤波电容C4以及快速二极管D2，所述快速二极管D2的正极连接所述驱动模块，负极分别连接电压比较器U3的输出端、上拉电阻R8的一端以及滤波电容C4的一端，所述上拉电阻R8的另一端接电源电压VCC，所述滤波电容C4的另一端接地，所述电压比较器U3的同相输入端通过电阻R6接反馈电压，所述电压比较器U3的反相输入端接参考电压；
当反馈电压小于参考电压时，所述电压比较器U3的pin1引脚输出高电平,此时由于所述驱动模块的栅极驱动器U1正在驱动所述场效应管Q1，所述栅极驱动器U1前端也是高电平，这样快速二极管D2的两端都是高电平，快速二极管D2截止；
当反馈电压大于参考电压时，所述电压比较器U3的pin1引脚电平翻转为低电平，此时快速二极管D2正端导通，将所述栅极驱动器U1前端的高电平拉成低电平。
进一步地，所述MCU用于将设定的参考电流转换成数字信号后，通过SPI总线输出至所述数字电位计。
本发明提供的一种直流电流反馈调节控制电路具有以下优点：
(1)在嵌入式系统中使用栅极驱动器IR2101S，配合场效应管、数字电位计和运放实现复杂的电流控制；
(2)硬件反馈控制，响应时间为微秒级；
(3)多级级联，无缝对接，配合软件设置，构成任意变化的电流波形；
(4)本电路为一个单片机和极少的外围硬件电路组成，元器件皆为市面上通用元器件，采购难度低；外围元器件价格低廉，经济实惠；电路参数灵活，可调节性高。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
图1为本发明提供的直流电流反馈调节控制电路的原理框图。
图2为本发明提供的驱动模块的电路图。
图3为本发明提供的采集模块的电路图。
图4为本发明提供的反馈模块的电路图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的直流电流反馈调节控制电路其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。显然，所描述的实施例为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
在本实施例中提供了一种直流电流反馈调节控制电路，如图1所示，所述直流电流反馈调节控制电路包括MCU、数字电位计、驱动模块、负载、采样模块以及反馈模块，所述MCU分别与所述数字电位计和驱动模块连接，所述驱动模块、负载、采样模块以及反馈模块依次连接，所述反馈模块还分别与所述数字电位计和驱动模块连接；
所述MCU，用于输出开关量控制信号给所述驱动模块，同时将设定的参考电流转换成数字信号后输出至所述数字电位计；
所述驱动模块，用于接收到所述开关量控制信号后，驱动负载通路；
所述采样模块，用于采集负载通路的电流，并将负载通路的电流转换成反馈电压，以及将所述反馈电压经过滤波和放大后，输出至所述反馈模块；
所述数字电位计，用于将接收到的所述数字信号转换成参考电压，并将所述参考电压输出至所述反馈模块；
所述反馈模块，用于接收所述参考电压和反馈电压，并将两者进行对比以得到对比结果，并将对比结果输出至所述驱动模块，以对所述驱动模块的前端进行控制。
具体地，MCU可以与上位机通讯，从而可以进行人机交互操作。
优选地，如图2所示，所述驱动模块包括栅极驱动器U1、电阻R1、R2以及场效应管Q1，所述栅极驱动器U1的第二引脚分别连接电阻R1的一端、电阻R2的一端以及所述反馈模块，所述电阻R1的另一端接所述开关量控制信号，所述电阻R2的另一端接地，所述栅极驱动器U1的第七引脚通过电阻R4连接所述场效应管Q1的栅极，所述场效应管Q1的源极接负载通路，所述场效应管Q1的漏极接24V电源；
MCU提供的开关量控制信号经过电阻R1、R2分压后，传输给所述栅极驱动器U1，其中，所述栅极驱动器U1的前端和后端电平保持一致；
当MCU输出高电平信号时，所述栅极驱动器U1的pin2引脚接收高电平信号，所述栅极驱动器U1的pin7引脚输出也为高电平信号，此时场效应管Q1导通，负载通路接通；
当MCU输出低电平信号时，所述栅极驱动器U1的pin2引脚接收低电平信号，所述栅极驱动器U1的pin7引脚输出也为低电平信号，此时场效应管Q1截止，负载通路断开；
HS为反馈模块的钳位回路，当反馈模块输出低电平信号时，会将所述栅极驱动器U1的pin2引脚由高电平信号拉低成低电平信号，此时场效应管Q1也会截止；反之，则HS回路将不会导通，所述栅极驱动器U1不受影响。
优选地，如图3所示，所述采集模块包括运算放大器U2、电阻Rx1、Rb1、Ra1以及采样电阻Rs1，所述运算放大器U2的反相输入端通过电阻Rx1分别连接所述采样电阻Rs1和负载通路，所述运算放大器U2的同相输入端分别连接电阻Rb1的一端和电阻Ra1的一端，所述电阻Rb1的另一端接地，所述运算放大器U2的输出端分别连接所述电阻Ra1的另一端和反馈模块；
其中，负载通路的电流经过所述采样电阻Rs1形成压降Urs，压降Urs输入给所述运算放大器U2的pin2引脚，经过运算放大器U2放大20倍形成反馈电压V3，反馈电压V3由运算放大器U2的pin1引脚输出，传输给所述反馈模块。
优选地，如图4所示，所述反馈模块包括电压比较器U3、上拉电阻R8、滤波电容C4以及快速二极管D2，所述快速二极管D2的正极连接所述驱动模块，负极分别连接电压比较器U3的输出端、上拉电阻R8的一端以及滤波电容C4的一端，所述上拉电阻R8的另一端接电源电压VCC，所述滤波电容C4的另一端接地，所述电压比较器U3的同相输入端通过电阻R6接反馈电压，所述电压比较器U3的反相输入端接参考电压；
当反馈电压小于参考电压时，所述电压比较器U3的pin1引脚输出高电平,此时由于所述驱动模块的栅极驱动器U1正在驱动所述场效应管Q1，所述栅极驱动器U1前端也是高电平，这样快速二极管D2的两端都是高电平，快速二极管D2截止；
当反馈电压大于参考电压时，所述电压比较器U3的pin1引脚电平翻转为低电平，此时快速二极管D2正端导通，将所述栅极驱动器U1前端的高电平拉成低电平。
优选地，所述MCU用于将设定的参考电流转换成数字信号后，通过SPI总线输出至所述数字电位计。
优选地，栅极驱动器U1的型号为IR2101S，场效应管Q1的型号为IRFR4615，运算放大器U2的型号为LM258，电压比较器U3的型号为LM293，快速二极管D2的型号为IN4148。
如图1-4所示，本发明提供的直流电流反馈调节控制电路，其工作原理如下：
(1)MCU的开关量引脚输出高电平信号给栅极驱动器U1，栅极驱动器U1驱动场效应管Q1打开，此时场效应管Q1导通，24V传输给外接的负载；
(2)负载通路上的电流经过采样电阻RS产生一个压降Urs，压降Urs经过采集模块的运算放大器U2放大后传输给反馈模块；
(3)反馈模块的电压比较器U3接收来自运算放大器U2的反馈信号后，与参考电压进行比较，电压比较器U3输出电平对驱动模块的栅极驱动器U1前端进行控制；数字电位计的参考电压接电压比较器U3负输入端，反馈信号接正输入端。状态一，反馈信号小于参考电压，电压比较器U3输出高电平，栅极驱动器U1前端的高电平不受影响，负载电流增大；状态二，反馈信号大于参考电压，电压比较器U3输出端翻转为低电平，此时快速二极管D2导通，将栅极驱动器U1前端的高电平信号拉成低电平，场效应管Q1关断，负载电流减小。整个通电期间，负载电流控制是状态一和状态二交替往复的，电流波形微小呈锯齿状。
本发明提供的直流电流反馈调节控制电路，用于驱动喷油器时，调节驱动电流的大小。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种直流电流反馈调节控制电路，其特征在于，包括MCU、数字电位计、驱动模块、负载、采样模块以及反馈模块，所述MCU分别与所述数字电位计和驱动模块连接，所述驱动模块、负载、采样模块以及反馈模块依次连接，所述反馈模块还分别与所述数字电位计和驱动模块连接；
所述MCU，用于输出开关量控制信号给所述驱动模块，同时将设定的参考电流转换成数字信号后输出至所述数字电位计；
所述驱动模块，用于接收到所述开关量控制信号后，驱动负载通路；
所述采样模块，用于采集负载通路的电流，并将负载通路的电流转换成反馈电压，以及将所述反馈电压输出至所述反馈模块；
所述数字电位计，用于将接收到的所述数字信号转换成参考电压，并将所述参考电压输出至所述反馈模块；
所述反馈模块，用于接收所述参考电压和反馈电压，并将两者进行对比以得到对比结果，并将对比结果输出至所述驱动模块，以对所述驱动模块的前端进行控制；
其中，所述驱动模块包括栅极驱动器U1、电阻R1、R2以及场效应管Q1，所述栅极驱动器U1的第二引脚分别连接电阻R1的一端、电阻R2的一端以及所述反馈模块，所述电阻R1的另一端接所述开关量控制信号，所述电阻R2的另一端接地，所述栅极驱动器U1的第七引脚通过电阻R4连接所述场效应管Q1的栅极，所述场效应管Q1的源极接负载通路，所述场效应管Q1的漏极接24V电源；
MCU提供的开关量控制信号经过电阻R1、R2分压后，传输给所述栅极驱动器U1，其中，所述栅极驱动器U1的前端和后端电平保持一致；
当MCU输出高电平信号时，所述栅极驱动器U1的pin2引脚接收高电平信号，所述栅极驱动器U1的pin7引脚输出也为高电平信号，此时场效应管Q1导通，负载通路接通；
当MCU输出低电平信号时，所述栅极驱动器U1的pin2引脚接收低电平信号，所述栅极驱动器U1的pin7引脚输出也为低电平信号，此时场效应管Q1截止，负载通路断开；
HS为反馈模块的钳位回路，当反馈模块输出低电平信号时，会将所述栅极驱动器U1的pin2引脚由高电平信号拉低成低电平信号，此时场效应管Q1也会截止；反之，则HS回路将不会导通，所述栅极驱动器U1不受影响。
2.根据权利要求1所述的一种直流电流反馈调节控制电路，其特征在于，所述采样模块包括运算放大器U2、电阻Rx1、Rb1、Ra1以及采样电阻Rs1，所述运算放大器U2的反相输入端通过电阻Rx1分别连接所述采样电阻Rs1和负载通路，所述运算放大器U2的同相输入端分别连接电阻Rb1的一端和电阻Ra1的一端，所述电阻Rb1的另一端接地，所述运算放大器U2的输出端分别连接所述电阻Ra1的另一端和反馈模块；
其中，负载通路的电流经过所述采样电阻Rs1形成压降Urs，压降Urs输入给所述运算放大器U2的pin2引脚，经过运算放大器U2放大20倍形成反馈电压V3，反馈电压V3由运算放大器U2的pin1引脚输出，传输给所述反馈模块。
3.根据权利要求2所述的一种直流电流反馈调节控制电路，其特征在于，所述反馈模块包括电压比较器U3、上拉电阻R8、滤波电容C4以及快速二极管D2，所述快速二极管D2的正极连接所述驱动模块，负极分别连接电压比较器U3的输出端、上拉电阻R8的一端以及滤波电容C4的一端，所述上拉电阻R8的另一端接电源电压VCC，所述滤波电容C4的另一端接地，所述电压比较器U3的同相输入端通过电阻R6接反馈电压，所述电压比较器U3的反相输入端接参考电压；
当反馈电压小于参考电压时，所述电压比较器U3的pin1引脚输出高电平,此时由于所述驱动模块的栅极驱动器U1正在驱动所述场效应管Q1，所述栅极驱动器U1前端也是高电平，这样快速二极管D2的两端都是高电平，快速二极管D2截止；
当反馈电压大于参考电压时，所述电压比较器U3的pin1引脚电平翻转为低电平，此时快速二极管D2正端导通，将所述栅极驱动器U1前端的高电平拉成低电平。
4.根据权利要求1所述的一种直流电流反馈调节控制电路，其特征在于，所述MCU用于将设定的参考电流转换成数字信号后，通过SPI总线输出至所述数字电位计。
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