基于微处理器和mos管的动态直流电压控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于微处理器和MOS管的动态直流电压控制系统，它包括微处理器、第一级MOS管控压单元、第二级MOS管控压单元、滤波单元、电压测量反馈单元和负载电流监测单元；所述微处理器与外部通信接口连接，所述微处理器包括一个PWM波发生器和一个两通道A/D转化器，所述第一级MOS管控压单元包括N沟道增强型MOS管Q1和电阻R1，所述MOS管Q1的栅极与所述PWM波发生器的输出端连接，所述MOS管Q1的漏极连接所述电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端与电源正极连接，所述MOS管Q1的源极连接接地端。通过本实用新型其输出的直流电压具有较高的驱动能力和较宽的变化范围。
【专利说明】
基于微处理器和MOS管的动态直流电压控制系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及电子测控技术领域，具体涉及一种基于微处理器和MOS管的动态直流电压控制系统。
【背景技术】
[0002]在基于微处理器的控制电路设计中，经常需要产生一个自主可变的直流电压来对后续电路进行控制。目前实现可变直流电压的方式主要有两种:一种是使用数字模拟转换器(D/Α芯片)和放大器;另一种是使用数字电位计和可调直流电压转换芯片。但是这两种方式都有各自的不足之处:使用数字模拟转换器(D/Α芯片)和放大器的不足之处是输出电压的驱动能力不足，一般只有几十毫安的最大驱动电流;使用数字电位计和可调直流电压转换芯片的不足之处是输出电压的可调范围窄，一般为(Vin-0.5V)?Vin/2(Vin是可调直流电压转换芯片的输入电压)。
[0003]针对这一情况，设计了一套基于微处理器和MOS管的动态直流电压控制系统，该系统能够很好地改善以上两种方式的不足之处，输出的直流电压具有较高的驱动能力和较宽的变化范围。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种基于微处理器和MOS管的动态直流电压控制系统，旨在改善可变直流电压传统实现方式的不足之处，可调范围窄和驱动能力弱的缺点，为要求宽范围、高电流的线性直流电压调节器提供技术解决方案。
[0005]考虑到现有技术的上述问题，根据本实用新型公开的一个方面，本实用新型采用以下技术方案:
[0006]—种基于微处理器和MOS管的动态直流电压控制系统，它包括微处理器、第一级MOS管控压单元、第二级MOS管控压单元、滤波单元、电压测量反馈单元和负载电流监测单元;所述微处理器与外部通信接口连接，所述微处理器包括一个PWM波发生器和一个两通道Α/D转化器，所述第一级MOS管控压单元包括N沟道增强型MOS管Ql和电阻Rl，所述MOS管Ql的栅极与所述PWM波发生器的输出端连接，所述MOS管Ql的漏极连接所述电阻Rl的一端，所述电阻Rl的另一端与电源正极连接，所述MOS管Ql的源极连接接地端;所述第二级MOS管控压单元包括P沟道增强型MOS管Q2和N沟道增强型MOS管Q3，所述MOS管Q2的栅极、MOS管Q3的栅极和MOS管Ql的漏极相连接，所述MOS管Q2的源极连接电源正极，所述MOS管Q2的漏极连接MOS管Q3的漏极，所述MOS管Q3的源极连接接地端;所述滤波单元包括电感L和电容C，所述电感L的一端与所述MOS管Q2的漏极连接，所述电感L的另一端与所述电容C的正极和输出电压的正极连接，所述电容C的负极连接接地端;所述电压测量反馈单元包括电阻R2和电阻R3，所述电阻R2—端与输出电压的正极连接，所述电阻R2另一端与所述Α/D转化器的输入端和电阻R3—端连接，所述电阻R3另一端与接地端连接;所述负载电流监测单元包括电阻R4，所述电阻R4—端连接输出电压的负极和所述Α/D转化器的输入端，所述电阻R4另一端与接地端连接。
[0007]与现有技术相比，本实用新型的有益效果之一是:
[0008]本实用新型的一种基于微处理器和MOS管的动态直流电压控制系统，其输出的直流电压具有较高的驱动能力和较宽的变化范围，具体:1)可输出O?50V的直流电压;2)输出电压的最大驱动能力约为20A;3)控制输出电压的精度为±0.01V;4)输出电压跟随目标值所用时间短，在I Oms内稳定输出目标电压。
【附图说明】
[0009]为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。
[0010]图1示出了根据本实用新型一个实施例的基于微处理器和MOS管的动态直流电压控制系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0012]如图1所示，图1示出了根据本实用新型一个实施例的基于微处理器和MOS管的动态直流电压控制系统结构示意图，一种基于微处理器和MOS管的动态直流电压控制系统，它包括微处理器1、第一级MOS管控压单元2、第二级MOS管控压单元3、滤波单元4、电压测量反馈单元5和负载电流监测单元6;所述微处理器I与外部通信接口 7连接，所述微处理器I包括一个PWM波发生器和一个两通道Α/D转化器，所述第一级MOS管控压单元2包括N沟道增强型MOS管Ql和电阻Rl，所述MOS管Ql的栅极与所述HVM波发生器的输出端连接，所述MOS管Ql的漏极连接所述电阻Rl的一端，所述电阻Rl的另一端与电源正极连接，所述MOS管Ql的源极连接接地端;所述第二级MOS管控压单元3包括P沟道增强型MOS管Q2和N沟道增强型MOS管Q3，所述MOS管Q2的栅极、MOS管Q3的栅极和MOS管Ql的漏极相连接，所述MOS管Q2的源极连接电源正极，所述MOS管Q2的漏极连接MOS管Q3的漏极，所述MOS管Q3的源极连接接地端;所述滤波单元4包括电感L和电容C，所述电感L的一端与所述MOS管Q2的漏极连接，所述电感L的另一端与所述电容C的正极和输出电压的正极连接，所述电容C的负极连接接地端;所述电压测量反馈单元5包括电阻R2和电阻R3，所述电阻R2—端与输出电压的正极连接，所述电阻R2另一端与所述Α/D转化器的输入端和电阻R3—端连接，所述电阻R3另一端与接地端连接;所述负载电流监测单元6包括电阻R4，所述电阻R4—端连接输出电压的负极和所述Α/D转化器的输入端，所述电阻R4另一端与接地端连接。
[0013]优选地，所述微处理器包括一个PWM波发生器和一个两通道Α/D转化器;所述MOS管Ql采用M0SFET-N(N沟道增强型)型；所述MOS管Q2采用MOSFET-P (P沟道增强型)型；所述MOS管Q3采用M0SFET-N(N沟道增强型)型。
[0014]工作原理:
[0015]微处理器从外部接口接收输出电压的目标值，通过电压测量反馈电路和A/D转换器获得输出电压的当前值，运行PID控制算法程序，通过PWM发生器输出具有一定占空比的PffM波;PWM波控制两级MOS管控压电路输出具有一定占空比的驱动方波;驱动方波再经滤波电路得到直流输出电压。如此反复使直流输出电压的当前值接近目标值，并将误差控制在一定的范围内。
[0016]本系统的特点如下所述:
[0017]I)直流输出电压不仅能够准确、快速地跟随目标值的变化，而且具有长时间的稳定性。因为系统使用了微处理器，微处理器运行的PID控制算法程序会时刻根据输出电压的目标值来调节直流输出电压。使用微处理器设计电子测控系统，不仅可以简化电路设计，而且可以减小电路板的尺寸和系统的功耗。本系统使用的微处理器需要集成一个PWM波发生器和一个两通道Α/D转换器。
[0018]2)直流输出电压具有很宽的变化范围，O?VCC(驱动电源电压)。因为系统使用了PWM波作为控制源来调节直流输出电压，PWM波的占空比与直流输出电压值具有很好的线性关系，而且微处理器可以在全量程范围内任意调节PWM波的占空比。
[0019]3)直流输出电压具有很强的驱动能力。因为系统使用了两级MOS管控压电路，第一级MOS管控压电路作为第二级MOS管控压电路的驱动控制源，第二级MOS管控压电路与负载直接相连。在第一级MOS管控压电路中，Rl对负载电流具有很大程度的限制，而且会减小整个电路的功率系数;而第二级MOS管控压电路中除了 MOS管外没有其他电子元件，所以负载电流只取决于MOS管漏极和源极间所能承受的最大电流，且对整个电路的功率系数影响很小。
[0020]4)本系统不仅能够输出宽范围、高电流的线性直流电压，而且还可以实时监测直流输出电压的数值和负载电流的数值。
[0021]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。
[0022]在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。
[0023]尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
【主权项】
1.一种基于微处理器和MOS管的动态直流电压控制系统，其特征在于它包括微处理器(I)、第一级MOS管控压单元(2)、第二级MOS管控压单元(3)、滤波单元(4)、电压测量反馈单元(5)和负载电流监测单元(6);所述微处理器(I)与外部通信接口(7)连接，所述微处理器(I)包括一个PWM波发生器和一个两通道Α/D转化器，所述第一级MOS管控压单元(2)包括N沟道增强型的MOS管Ql和电阻Rl，所述MOS管Ql的栅极与所述PffM波发生器的输出端连接，所述MOS管Ql的漏极连接所述电阻Rl的一端，所述电阻Rl的另一端与电源正极连接，所述MOS管Ql的源极连接接地端;所述第二级MOS管控压单元(3)包括P沟道增强型的MOS管Q2和N沟道增强型的MOS管Q3，所述MOS管Q2的栅极、MOS管Q3的栅极和MOS管Ql的漏极相连接，所述MOS管Q2的源极连接电源正极，所述MOS管Q2的漏极连接MOS管Q3的漏极，所述MOS管Q3的源极连接接地端;所述滤波单元(4)包括电感L和电容C，所述电感L的一端与所述MOS管Q2的漏极连接，所述电感L的另一端与所述电容C的正极和输出电压的正极连接，所述电容C的负极连接接地端;所述电压测量反馈单元(5)包括电阻R2和电阻R3，所述电阻R2—端与输出电压的正极连接，所述电阻R2另一端与所述Α/D转化器的输入端和电阻R3—端连接，所述电阻R3另一端与接地端连接;所述负载电流监测单元(6)包括电阻R4，所述电阻R4—端连接输出电压的负极和所述Α/D转化器的输入端，所述电阻R4另一端与接地端连接。
【文档编号】G05B11/42GK205594491SQ201620435177
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】刘琦, 杨芳, 陆蔺辉, 官德斌, 刘瑜嘉, 刘斌
【申请人】中国工程物理研究院化工材料研究所