控制启动电流以降低其危害的设计方案

元器件交易网 2011-12-22 a:0:{}

电源启动过程中瞬时电流冲击很大，对电源和器件的使用寿命有很严重的影响，采用良好的控制方法对启动电流进行控制以减小其危害，使启动过程中无瞬间冲击且能连续变化，是电源启动控制中关键的一步。电源软启动方式就是控制输出电压和电流，使负载的电压和电流渐增。对于线性时不变模型的被控对象适当整定PID 参数可获得较满意的控制效果，可以很好地解决电流过大的问题。PID 控制能很好地解决启动过程中震荡和超调的问题，可以更好地保护电源，且启动可靠、稳定性强。采用单片机作为控制器，编程灵活、性价比较高，易实现人机界面管理。利用软件调整系统的非线性，以降低实测值与设定值之间的偏差。电源电压或电流的波动、电路元件的老化、环境温度等因素都将影响电源的稳定性。为了稳定地控制电源功率，该方案采用基于单片机的高速AD、DA 数据采集系统，并采用PID算法实现大功率电源的软启动，系统采用PID 电压采样反馈控制输出电流的恒定不变，精度较高、响应速度较快、灵活性较好、稳定性较高。

　　1 大功率精密恒流源的实现

　　1.1 电源系统设计

　　以单片机为核心，完成以下功能：处理键盘输入数值，包括电路预定值和“+” 、“-” 步进; 控制数LCD 显示预定值和实际值; 控制ADC 和DAC; 根据得到的反馈信号通过程序控制算法进行偏差值补偿。由于运放OPA549 一路受D/A 转换器控制，调整运放OPA549 输入端电压，一路为比例放大电路。当DAC 输出预定值或步进值后，电流源的输出在0 ~8 A 范围内变化。输出电压经与负载串联的小电阻采样后，送入ADC，采样值与预定值在单片机内部进行计算、比较输出控制信号，对偏差值进行补偿。利用软件调整系统的非线性，以降低实测值与设定值之间的偏差。

　　1.2 电源电路设计

　　(1) 数控部分核心

　　采用单C8051F ，控制数控直流源的键盘和显示，与D/A 转换器和A/D 转换器控制输出电流。A/D 转换器的基准电压由专门±9 V 电源供电，D/A 转换器的基准电压由+20 V 电源供电，由单片机送出数据经DAC 转换输出控制电压。

　　(2) 运放OPA549 放大电路电流源。

　　OPA549 是BB 公司新推出的一种高电压大电流功率运算放大器。它能够提供极好的低电平信号、输出高电压、大电流，可驱动各种负载。该器件的主要特点：输出电流大，连续输出电流可达8 A，峰值电流可达10 A; 工作电压范围宽，单电源为+8 V~+60 V，双电源为±4 V~±60 V; 输出电压摆动大;有过热关闭功能，电流极限可调; 有使能及禁止功能; 有过热关闭指示; 转换效率( 压摆率) 最高为9 V/μs ; 工作温度范围为-40℃~+85℃。该器件主要应用于驱动工业设备、测试设备、电源、音频功率放大器等大电流负载。

　　在该电源系统中，主要为负载提供大电流，采用PID 控制算法控制负载的发光强度。输入为单片机经DAC输出的控制电压，一路为比例放大电路，如图1 所示增益G=1+R3/R2.电流型DAC 通过R1 转换成电压，控制OPA549 。输出电流经采样电阻转换为采样电压，送入A/D 转换器反馈至单片机进行偏差值补偿。

　　图1 OPA549 构成可调大电流恒流源

　　(3) 散热及抗干扰。

　　OPA549 大功率管工作时产生恒定的大电流，功耗较大，产生的热量较多，散热成为该电源急需处理的问题。一般的轴流风扇内部电机置有脉冲驱动电路，驱动时，脉冲成分很容易直接顺电机电源线“ 外溢” ，干扰其他电器设备。视频设备上干扰表现为横通斜线，音响设备上产生噪音。为此，安装大面积的铜散热片，同时用风扇对设备中的电子元器件强制散热。安装风扇时，需要在风扇电机电源线上串绕一只高频磁环以抗干扰。串绕磁环有效滤除这些干扰成分，一般只需绕上1~3 匝即可。