三電平Cuk調(diào)壓恒流源及其運(yùn)行方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的技術(shù)方案涉及通過輸出電流的反饋調(diào)節(jié)從而實(shí)現(xiàn)輸出電流恒定的交流電源，具體地說是三電平Cuk調(diào)壓恒流源及其運(yùn)行方法。
【背景技術(shù)】
[0002]恒流源作為在電路中向負(fù)載提供恒定電流的電源，在很多系統(tǒng)電路中都是關(guān)鍵部件之一，它的電氣特性及其性能直接影響到整個系統(tǒng)的電氣特性，而且在計(jì)量、半導(dǎo)體元器件的校驗(yàn)和性能測試諸多領(lǐng)域中都有著十分關(guān)鍵的作用，它的精確度以及穩(wěn)定性直接影響到整個系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果。
[0003]CN102185481B.CN102882389A 和 CN202177842U 均講述了恒流源的總體機(jī)械結(jié)構(gòu)。CN102185481B和CN102882389A所公開的恒流源的總體機(jī)械結(jié)構(gòu)都是通過整流電路來實(shí)現(xiàn)交流到直流電的轉(zhuǎn)換，只能應(yīng)用于LED照明中，并且兩個現(xiàn)有技術(shù)都是通過對高頻開關(guān)信號進(jìn)行處理實(shí)現(xiàn)電流的恒定，調(diào)節(jié)過程慢。CN202177842U所公開的技術(shù)的作用是，當(dāng)電流出現(xiàn)較大波動時只能通過斷電對負(fù)載進(jìn)行保護(hù)，不能對電流進(jìn)行實(shí)時反饋調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供三電平Cuk調(diào)壓恒流源及其運(yùn)行方法，以單片機(jī)為核心構(gòu)成控制部分，能直接自動檢測負(fù)載電流的瞬時值并與設(shè)定值所對應(yīng)的瞬時值進(jìn)行邏輯判斷，當(dāng)負(fù)載電流的瞬時值發(fā)生了變化，通過調(diào)節(jié)電壓的變化來實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流的恒定，從而克服了現(xiàn)有恒流源對電流的恒定調(diào)節(jié)過程慢、穩(wěn)定度不高和體積大的缺點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:三電平Cuk調(diào)壓恒流源，包括控制部分和執(zhí)行部分組成，其中控制部分包含單片機(jī)、三電平Cuk調(diào)壓電路、PID控制、按鍵、485通訊硬件電路、電壓過零點(diǎn)檢測電路、電流過零點(diǎn)檢測電路和電流瞬時值采集電路；執(zhí)行部分包含PWM信號發(fā)生電路、IGBT驅(qū)動電路和顯示器；上述部件的連接方式為，在控制部分中:單片機(jī)與PID控制、按鍵、485通訊硬件電路、電壓過零點(diǎn)檢測電路、電流過零點(diǎn)檢測電路和電流瞬時值采集電路均有連接；在執(zhí)行部分中:PWM信號發(fā)生電路與IGBT驅(qū)動電路連接；在控制部分與執(zhí)行部分之間:控制部分中的單片機(jī)與執(zhí)行部分的PWM信號發(fā)生電路連接，控制部分的三電平Cuk調(diào)壓電路與執(zhí)行部分的IGBT驅(qū)動電路連接，控制部分的PID控制與執(zhí)行部分的PWM信號發(fā)生電路連接，控制部分的485通訊硬件電路與執(zhí)行部分的顯示器連接。
[0006]上述三電平Cuk調(diào)壓恒流源，所述單片機(jī)中存儲的三電平Cuk調(diào)壓恒流源的整體運(yùn)行程序的流程為:開始一初始化一設(shè)定電流值及定時時間h—輸入電壓是否過零點(diǎn)？--否一返回輸入電壓是否過零點(diǎn)？；--是一開定時器T1定時t i并使能中斷一PWM
脈寬調(diào)制一輸入電流是否過零點(diǎn)？ 一一是一返回PWM脈寬調(diào)制；一一否一檢測輸出電流過零點(diǎn)并開定時器T3— A/D采樣輸出電流值一實(shí)際值與設(shè)定值是否相等？ 一一否一PID控制—返回PWM脈寬調(diào)制； 是一定時器！\是否廣生中斷？ 否一返回定時器T1是否廣生中斷？； 是一結(jié)束。
[0007]上述三電平Cuk調(diào)壓恒流源，所述單片機(jī)中存儲的電流瞬時值采集子程序的流程為:開始一A/D轉(zhuǎn)換初始化一定時器T3初始化一T 3中斷標(biāo)志位清零一A/D轉(zhuǎn)換是否完成？ 否一返回A/D轉(zhuǎn)換是否完成？； 是一清出A/D中斷標(biāo)志位一讀取電流值一PID調(diào)節(jié)一返回T3中斷標(biāo)志位清零。
[0008]上述三電平Cuk調(diào)壓恒流源，所述單片機(jī)中存儲的電壓過零點(diǎn)檢測子程序的流程為:開始一初始化一打開中斷一是否捕捉到中斷？ 否一返回是否捕捉到中斷？；
是一啟動PWM模塊一結(jié)束。
[0009]上述三電平Cuk調(diào)壓恒流源，所述單片機(jī)為dsPIC30F6010A，顯示器為液晶顯示器OCMJ48C-3，IGBT 為 IGW75N60H3 的隔離驅(qū)動器。
[0010]上述三電平Cuk調(diào)壓恒流源，其中所涉及的零部件均是本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知并可以商購獲得的，所涉及的元器件和電路的連接方法是本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的。
[0011]上述三電平Cuk調(diào)壓恒流源的運(yùn)行方法，是一種實(shí)現(xiàn)電流恒定的過程:通過按鍵輸入所需電流的設(shè)定值，并在以此值作為有效值和以輸入電壓周期T為周期的正弦電流信號上每隔T/20取20個點(diǎn)，形成數(shù)組儲存在單片機(jī)中，作為設(shè)定好的電流瞬時值，電壓過零點(diǎn)檢測電路連接電源輸出的電壓，電壓過零點(diǎn)檢測電路將電源輸出的正弦電壓信號轉(zhuǎn)變成方波信號，輸入到單片機(jī)中，單片機(jī)對接收到的方波信號進(jìn)行如下處理:已經(jīng)工作在CCP捕捉模式的單片機(jī)，當(dāng)捕捉到電壓的上升沿時，則產(chǎn)生中斷；在捕捉到單片機(jī)中的CCP產(chǎn)生的中斷之后，主電路中雙向晶閘管啟動；電流過零點(diǎn)檢測電路連接到電源，以檢測電路中電流的過零點(diǎn)，電路中的電流值經(jīng)過電流過零點(diǎn)檢測電路，電路中的正弦電流波形轉(zhuǎn)變成方波波形輸入到單片機(jī)中，單片機(jī)對接收到的方波信號進(jìn)行如下處理:已經(jīng)工作在CCP捕捉模式的單片機(jī)當(dāng)捕捉到電流的上升沿和下降沿的時候均產(chǎn)生中斷；捕捉到單片機(jī)中的CCP中的上升沿產(chǎn)生的中斷之后，單片機(jī)初始化PWM模塊，調(diào)節(jié)PWM信號發(fā)生電路，輸出在電流大于零的開關(guān)模式下的PWM脈沖組合；捕捉到單片機(jī)中CCP下降沿產(chǎn)生的中斷之后，單片機(jī)初始化PWM模塊，調(diào)節(jié)PWM信號發(fā)生電路，輸出在電流小于零狀態(tài)下的PWM脈沖組合；由驅(qū)動芯片1ED020I 12構(gòu)成的IGBT驅(qū)動電路來驅(qū)動IGBT的開斷，使電壓經(jīng)過三電平Cuk調(diào)壓電路，將原有的正弦交流電變成諧波含量少和較穩(wěn)定的電壓；電流信號流向升流器，將小電流信號，調(diào)節(jié)成符合電路要求的大電流信號；電流信號經(jīng)過電流過零點(diǎn)檢測電路，電流過零點(diǎn)檢測電路將電路中的正弦電流信號轉(zhuǎn)變成方波信號，輸入到單片機(jī)中，單片機(jī)對接收到的方波信號進(jìn)行如下處理:已經(jīng)工作在CCP捕捉模式的單片機(jī)，當(dāng)捕捉到電流的上升沿時，則產(chǎn)生中斷；當(dāng)捕捉到單片機(jī)中的CCP產(chǎn)生的中斷后，單片機(jī)啟動定時器以T/20為時間間隔，采集經(jīng)過電流瞬時值采集電路的電流；通過查表法將設(shè)定的電流值與采集到的瞬時值進(jìn)行比較，當(dāng)兩個值相等時則不做變化，當(dāng)兩個值不相等時，則單片機(jī)驅(qū)動PID控制，對PWM脈沖序列進(jìn)行調(diào)節(jié)改變負(fù)載電壓的大小，直到設(shè)定的電流值與采集到的電流瞬時值相等，從而能夠達(dá)到電路中電流值不變，實(shí)現(xiàn)電流恒定的目的；單片機(jī)經(jīng)由485通訊硬件電路與顯示器連接將電流的設(shè)定值顯示出來，形成人機(jī)交互模塊。
[0012]上述三電平Cuk調(diào)壓恒流源的運(yùn)行方法，所述單片機(jī)中的PWM模塊驅(qū)動PWM信號發(fā)生電路輸出PWM脈沖組合的方式，根據(jù)流過三電平Cuk調(diào)壓電路中電流大于零和小于零而分為電流大于零和電流小于零兩種模態(tài)；
[0013]PWM信號發(fā)生電路輸出PWM脈沖組合的方式在電流大于零的模態(tài)為:在一個工作周期內(nèi)有以下八種開關(guān)模式:
[0014]開關(guān)模式1:P麗脈沖信號驅(qū)動IGBT驅(qū)動電路，三點(diǎn)平Cuk調(diào)壓電路中的IGBT開關(guān)S3b、S4b導(dǎo)通，S P S2、S3a和S 4a關(guān)斷，在三點(diǎn)平Cuk交流變換器中，電感L i通過L 1、C1, S4b、D2、S3b、D4、C2構(gòu)成回路為電容C JP C 2充電，而電感L 2通過S 4b、D2、S3b、隊(duì)和負(fù)載構(gòu)成的回路為負(fù)載續(xù)流，此時輸出的電平為零；
[0015]開關(guān)模式2:P麗脈沖信號驅(qū)動IGBT驅(qū)動電路，三點(diǎn)平Cuk調(diào)壓電路中的IGBT開關(guān)Sp S3b和S 4b導(dǎo)通，S 2、S3a和S 4a關(guān)斷，設(shè)置為死區(qū)；
[0016]開關(guān)模式3:P麗脈沖信號驅(qū)動IGBT驅(qū)動電路，三點(diǎn)平Cuk調(diào)壓電路中的IGBT開關(guān)S1' S3b導(dǎo)通，S 2、S3a、S4a和S 4b關(guān)斷，在三點(diǎn)平Cuk交流變換器中，電感L i通過L0S1, S3b、D4、C2構(gòu)成回路為電容C2充電，而電容C1通過S PS3b、D4、負(fù)載和L2構(gòu)成的回路為電感LjP負(fù)載供電，此時輸出的電平為U;
[0017]開關(guān)模式4:P麗脈沖信號驅(qū)動IGBT驅(qū)動電路，三點(diǎn)平Cuk調(diào)壓電路中的IGBT開關(guān)Sp SjP S 3b導(dǎo)通，S 3a、S4a和S 4b關(guān)斷，設(shè)置為死區(qū)；
[0018]開關(guān)模式5:PWM脈沖信號驅(qū)動IGBT驅(qū)動電路，三點(diǎn)平Cuk調(diào)壓電路中的IGBT開關(guān)S1、S2導(dǎo)通，S 3a、S3b、S4a和S 4b關(guān)斷，在三點(diǎn)平Cuk交流變換器中，電感L i通過L P S1、&構(gòu)成回路為電感L1儲能，而電容C 1、C2通過C 1、S1、S2、C2、負(fù)載和L2構(gòu)成的回路為電感L 2和負(fù)載供電，此時輸出的電平為2U;
[0019]開關(guān)模式6:P麗脈沖信號驅(qū)動IGBT驅(qū)動電路，三點(diǎn)平Cuk調(diào)壓電路中的IGBT開關(guān)Sp SjP S 4b導(dǎo)通，S 3a、S3b和S 4a關(guān)斷，設(shè)置為死區(qū)；
[0020]開關(guān)模式7:P麗脈沖信號驅(qū)動IGBT驅(qū)動電路，三點(diǎn)平Cuk調(diào)壓電路中的IGBT開關(guān)s2、S4b導(dǎo)通，S 1、S3a、S3b和S 4a關(guān)斷，在三點(diǎn)平Cuk交流變換器中，電感L i通過L 1、C1, S4b、D2、S2構(gòu)成回路為電容C i充電，而電容C 2通過負(fù)載、L 2、S4b、D2