开关恒流电源

一、前言

为了进一步优化之前串联式恒流源的电路。下面设计基于半桥式 PWM 恒流源电路设计。通过软件形成恒流闭环控制。从而减少电路的功耗，提高工作效率。

二、电路设计

测试电路原理图 包括一个G030单片机，使用 IR2181s 驱动一个MOS 管半桥电路。从负载下边反馈电流电压，由单片机完成恒流输出闭环控制。铺设单面PCB，一分钟之后得到测试电路板。

▲ 图1.2.1 测试电路原理图

▲ 图1.2.2 测试PCB

  焊接电路板，清洗之后进行调试。其中的单片机是之前实验板上拆卸下来的单片机，现在它已经开始工作。测量现在两路MOS栅极电压波形。可以看到它们是相反的电压驱动波形。

三、电流波形

使用一个50欧姆的功率电阻作为负载，为了平滑电流波形，使用一个 2mH的电感与它串联。下面的电流采样电阻为 两个 10欧姆电阻的并联，5欧姆。示波器显示输出电压波形以及电流波形。上面是占空比为50% 的电压波形，下面是负载上的电流波形。

▲ 图1.3.1 2mH串联下，50欧姆负载对应的电流波形

四、占空比测量

接下来测量不同PWM 占空比下，采样电阻得到的电压以及单片机ADC采样数值。电流采样值通过一个 1k欧姆和 10微法电容滤波之后连接到单片机 ADC端口，使用 FLUKE45测量实际电压值，单片机通过串口发送对应的ADC采样数值。这里给出了不同占空比下，电流采样实际电压值。可以看到在占空比比较小的时候，输出电压有一个死区，这是因为 PWM 输出的时候有相应的死区设置，MOS管导通也有一定的时间延迟造成的。单片机ADC采样与电压成正比。这是512个数据平均值后的ADC采样值。

▲ 图1.4.1 采样电阻为5欧姆情况下测量的不同占空比对应的电流电压

▲ 图1.4.2 采样电阻为5欧姆情况下测量的不同占空比对应ADC数值

▲ 图1.3.2 PWM与电压

▲ 图1.3.3 PWM与ADC

五、恒流控制

下面编写恒隆调节程序。在主程序中，每隔 1 ms 调用该程序一次，对电流采集到的ADC进行 PI调节，使得ADC的数值等于设定的数值。可以看到输出的PWM 波形在抖动调节过程中。改变设定电流ADC数值，输出的占空比也随之改变。

改变输出PWM的电压幅值，在恒流调解下，可以看到 单片机输出的PWM 占空比在随之改变。始终保持负载电流恒定。

下面通过编程，控制半桥输出电压从10V上升到 12V，测量电流采样电阻上的电压变化。由此来验证恒流控制精度。从测量结果来看，电流采样电阻上的电压变化小于 1mV。说明单片机调整输出电流稳定精度非常好。

▲ 图1.5.1 不同工作电压下对应的电流电压

※ 总  结 ※

本文初步验证了基于半桥式开关恒流电路的原理。测试了电路的拓扑结构，验证软件恒流控制的效果。后面将该电路集成到之前使用串联式恒流电路中。