数控恒流源的设计与实现 - 图文(3)

能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节，有效的解决了电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大的提高了生产效率和产品的可维护性[9]。 1.3 研究的意义

数控恒流源是电子技术常用的仪器设备，广泛的应用于教学、工业和科研等领域，是电子实验员、电子设计人员及电路开发部门进行实验作和科学研究所不可缺少的电子仪器。恒流源是模拟系统中广泛使用的一种单元电路或测试平台，在实际工程中也有广泛的用途，是电导测量、开关电源、功放等场合不可替代的检测设备。在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源来供电。而整个稳压过程是由电源变压器、整流、滤波、稳压等四部分组成[10]。然而这种传统的直流稳压电源功能简单、不好控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。

随着电子技术的发展，数字电路应用领域的扩展，现今社会，产品智能化、数字化已成为人们追求的一种趋势，设备的性能，价格，发展空间等备受人们的关注，尤其对电子设备的精密度和稳定度最为关注。性能好的电子设备，首先离不开稳定的电源，电源稳定度越高，设备和外围条件越优越，那么设备的寿命更长。基于此，人们对数控恒定电流器件的需求越来越迫切。 2 任务分析与方案论证 2.1 设计任务

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设计制作数控恒流源，输出电流通过键盘预置，显示精度小数点1位。具体参数如下： (1).输入交流电压220V； (2).输出直流电压不大于10伏； (3).输出电流范围：50-500mA;

(4).可设置并显示输出电流给定值，要求输出电流与给定值偏差的绝对值小于5mA；

(5).具有“+”、“-”步进调整功能，步进小于1mA;

(6).改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出的电流变化的绝对值小于10mA； (7).纹波电流小于2mA; (8).自制电源。 2.2 设计方案

本项目要求设计一种电流源，要想实现电流源必须先设计一个稳定的电压源，其次再设计一个恒流源，因此电压源、恒流源是本项目的核心硬件基础。本项目同时要求电流源可数控，实现数控的常规方法有：数字逻辑器件构成、可编程器件、单片机等。具体方案的对比和选择如下。

2.2.1 总体方案设计、比较与论证

本课题所研究的数控直流电流源应该包括如下模块：电流源模块、测量模块和数控模块等。电流源模块采用了集成运放和大功率复合管构成的闭环电流深度负反馈电路。由单片机控制高精度D/A转

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换器的输出电压送入电流源模块，可完成对输出电流的小步进控制。测量模块是由双积分型高精度A/D来测量取样电阻上的电压值进而转化为电流值来完成。

方案一：采用单片机作为核心控制器，用键盘设置所需的输出电流值，数/模转换器D/A与其右边部分的电路构成恒流源，D/A输出电压作为恒流源的参考电压，运算放大器IC与三个晶体管组成达林顿电路构成电压跟随器，利用晶体管平坦的输出特性即可得到恒流源输出，如图2.1所示。该方案硬件电路简单，容易实现，但其输出精度不高。

光耦TLP-521LEDat89c52键盘DACTLV5618电流流模块

图2.1 方案一系统原理图

方案二：采用AT89C52单片机作为整机的控制单元，通过改变D/A的输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电流的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电流值的大小，可以将电流通过取样电阻转换成电压，并经过A/D转换器进行模/数转换，间接用单片机对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。此系统比较灵活，采用软件方法来解决数据的预置以及电流的步进控制，使系统硬件更加简洁，而且采用高精度A/D转换器对取样电阻上的电压值进行采样反馈给单片机，与预置值进行

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差值比较，调整D/A输出电压，这样就形成反馈调节，使输出电流更加精确，能很好地满足题目的要求。本方案的基本原理如图2.2所示。

DA转换电路V/I取样电路调整电路AD转换电路at89c52液晶显示电路电源模块键盘控制电路取样电路

图2.2 方案二系统原理框图

综上分析，总体方案设计采用方案二。 2.2.2 数控模块

方案一：数控模块可采用可编程逻辑器件(如FPGN门阵列)构成的控制电路。但是此方案价格昂贵。

方案二：采用以AT89C52单片机为核心的单片机最小系统。单片机系统具有灵活的接口和在线编程的能力，容易实现题目中的有关键盘设置、显示以及测量功能等。故本方案采用了以AT89C52单片机为核心对整个电路的控制。 2.2.3 电流源模块

在小电流输出的电流源中，可采用晶体管构成的镜像电流源、微电流源等。本设计中要求的输出电流为50～500mA。在实现方案上场采用如下三种方案。

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方案一：以可调直流稳压电源为基础，如图2.3所示。

图2.3 采用可调稳压器实现恒流源

当R2固定时，可保证流过负载的电流恒定，通过调节R2的大小，即可以实现改变负载电流的目的。但是该方案输出较大的电流，极易引起电流失控，无法实现高精度步进要求，更难于实现电源数控的要求。

方案二：采用基于PWM控制的电流源，该方案采用脉冲宽度调制技术，通过改变控制脉冲的占空比实现输出电流的控制，该方案的优点是效率高，可输出的电流大。但由于功率管工作在开关状态，因此交流纹波较高。

图2.4 带有电流负反馈的直流电流源 D/A转换器 带有电流负反馈的直流电流源 方案三：采用基于运算放大器和晶体管构成的电流深度负反馈电路。该方案不仅在电路中引入了深度电流负反馈，可以保证输出电流

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