高精度程控电流源的设计
浅谈高精度可调恒流源的设计
恒流源在现代检测计量领域中发挥了极其重要的作用。
在浙江虎王公司开发的“线缆自动化检测设备”系统中，恒流源是重要的组成部分。
只有开发出精度高、输出功率大、可调范围广的高精度恒流源，“线缆自动化检测设备”才能满足“精准、快速、智能地检测各类线缆”的技术要求。
因此，本文着重探讨该系统中高精度可调恒流源的设计问题。
一、系统设计高精度可调恒流源主要由两部分组成：一是电流源主电路，二是控制电路。
其中主控电路主要由两块场效应管产生输出所需的大电流，控制电路主要由ＰＷＭ控制芯片ＳＧ３５２５及运放构成闭环负反馈。
系统结构图如图１所示。
图1恒流源主电路由整流滤波、ＭＯＳ管驱动、电流输出等三部分电路模块组成。
其中ＭＯＳ管驱动电路如图２所示，图中开关管Ｑ１、Ｑ４是电压驱动全控型ＭＯＳＦＥＴ，具有输入阻抗高、驱动电路简单、驱动功率小、开关速度快及安全工作区大等优点。
半桥式逆变电路一个桥臂由开关管Ｑ１、Ｑ４组成，另一个桥臂由电容Ｃ６、Ｃ９组成。
通过调节开关管的占空比，就能改变变压器二次侧整流输出平均电压Ｖｏ，经全波变换和电感去噪后，对外输出电流。
图2场效应管选择２ＳＫ２６４８型芯片，它的最大漏极电流９ Ａ，最大功耗１５０Ｗ。
由于流过场效应管的电流较大，场效应管的发热比较严重，为保证恒流源的可靠工作，可以给场效应管加装合适大小的散热片。
恒流源控制电路由信号采样、比较放大、ＰＷＭ控制、推挽等电路模块组成，是稳定恒流输出、提高调节精度的关键所在，控制环节的好坏直接影响电路的整体性能。
如图３所示，本设计采用以ＳＧ３５２５芯片为核心的恒频脉宽调制控制方式。
ＳＧ３５２５芯片的脚５和脚７间串联一个电阻Ｒｄ，可以在较大范围内调节死区时间。
ＳＧ３５２５的振荡频率可表示为：式中ＣＴ，ＲＴ分别是与脚５、脚６相连的振荡器的电容和电阻，Ｒｄ是与脚７相连的放电端电阻值。
取值分别为浅谈高精度可调恒流源的设计文/高建强 李 博1(0.73)sT T dfC R R=+ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ812011 3ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ2011 382２２００ｐ、１０ｋ、１５０，即频率为６１ｋｈｚ。
高精度宽范围程控直流恒流源的设计与实现_刘卫华
第27卷第4期2013年08月空军预警学院学报Journal of Air Force Early Warning AcademyV ol.27No.4Aug.2013收稿日期：2013-05-03作者简介：刘卫华(1979-)，男，工程师，主要从事机载计算机硬件设计研究.高精度宽范围程控直流恒流源的设计与实现刘卫华1，祁承超2，王荣3（1.西安六三一研究所，西安710068；2.空军预警学院五系，武汉430019；3.空军预警学院科研部，武汉430019）摘要：针对串联负反馈恒流源功耗大、效率低的问题，详细分析了影响恒流源输出电流精度的各种因素，提出了一种基于功率调整管漏源电压随输出电流自动改变原理的以ADuC841单片机为控制核心的恒流源控制方案，并进行了相关的实验．实验结果表明，通过改变输入电压，采用数字PI 调节和调整管负反馈双重闭环控制，可使输出电流精度明显提高，功耗明显降低．关键词：恒流源；ADuC841单片机；Buck 变换器中图分类号：TM46文献标志码：A文章编号：2095-5839(2013)04-0293-03直流恒流源广泛应用于电测仪表、激光、传感器等领域[1]，其实现方式有串联负反馈调整[2-3]和开关变换[4]2种．串联负反馈直流恒流源输出电流较小(≤30A),功耗较大,效率低(＜70%)，但输出电流精度高、电磁兼容性较好；开关变换直流恒流源输出电流较大(≥30A)、开关损耗较小,效率高(≥90%)，但输出电流精度不高、电磁干扰较大．本文设计了一种功率调整管漏源电压随输出电流自动改变的恒流源控制方式，分析了其工作原理．实验结果表明，该恒流源具有输出电流范围宽、精度高及功耗低等优点．1串联负反馈直流恒流源串联负反馈直流恒流源是依据负反馈和晶体管集电极电流输出较平坦原理，当误差放大器同、反相端电压不相等时，电压差值经误差放大器放大后，通过改变线性调整管栅源之间的电压U GS 来改变流过调整管漏源间的电流I 0，最终实现误差放大器同、反相端基准电压与取样电阻两端电压相等，从而实现输出电流的恒定．其典型电路[1]如图1所示．恒流源输出电流为I 0=U S /R S(1)ｏ图1串联反馈直流恒流源电路1)影响输出电流的因素[1-2]．影响恒流源输出电流精度的因数包括：基准电压U S 的稳定度、取样电阻R S 阻值随温度的变化、误差放大器输入端电压漂移及噪声电压、误差放大器本身参数的变化、误差放大器输入端内阻漂移、负载电阻R L 的变化及输入端直流电压U i 纹波等．其中，基准电压U S 的稳定度、取样电阻R S 阻值随温度的变化、误差放大器输入端电压漂移及噪声电压是影响恒流源输出电流精度的主要因素；其他则是次要因素，可不考虑．2)控制方式．串联负反馈直流恒流源的控制方式有误差放大器负反馈[2-3]和PI 调节控制[5]2种．前者虽然能实现输出电流的恒定，但输出电流稳定性和负载动态性能差；后者则电流稳定性和负载动态性能均较好．PI 调节控制又分为模拟PI 调节控制和数字PI 调节控制，两者的恒流控制原理一致，都是将给定电流值与输出电流反馈值比较，电流差值经过PI 运算后控制调整管栅源之间的电压，从而改变调整管漏源间的输出电流，最终实现输出反馈电流与给定电流的无误差．3)减小调整管功耗的方法．如何降低调整管的功耗，是恒流源设计必须考虑的重要因素．根据输出功率的计算公式P OUT =U 2DS /R DS =I 2DS R DS可知，降低调整管功耗的途径有3种：①采用多只调整管并联均流方式；②采用调整管与电阻并联再串联分压方式；③控制输入电压，使调整管漏源电压恒定的方式．文献[6]采用第1种方式实现大电流恒流，但须保证并联调整管参数完全一致，且为了提高系统的可靠性，还需增加每只并联调整管电流检测及均流电路，实现方式较复DOI:10.3969/j.issn.2095-5839.2013.04.016空军预警学院学报2013年杂；文献[7]采用第2种途径来降低调整管的功耗，根据输出电流的不同，将串联调整管分别工作在饱和、线性放大及截止状态，从而将调整管的损耗转嫁到并联电阻上，该方式需增加串联调整管栅源电压U GS 控制电路．第3种途径是当输出电流大幅度调节时，调整管在很宽的电压范围内工作，很难保证调整管工作在最佳状态，同时，当输出电压调到很低乃至输出端短路时，调整管几乎承担了全部的功耗，为保证恒流源有较高的效率，同时保证输出电流的高稳定性，采用改变输入电压的方式，使调整管漏源电压U DS 维持相对恒定．4)电流取样．直流恒流源电流取样的方式有电阻取样和零磁通直流互感器取样[1,7-9]2种．前者由于电阻阻值随温度的升高而发生改变，为保证取样电流的稳定度，一般选用阻值随温度变化较小的锰铜电阻，该方式适用于恒流源输出电流较小的情况，当电流较大时，取样电阻阻值因温升必然发生改变，从而影响恒流源输出电流的稳定度；后者实际是一个直流电流比较仪，它把一次大电流精确地变换成二次小电流，而在二次电流回路中仍用标准电阻取样获得电压信号．零磁通直流互感器具有不随温度变化的优点，但当电流处于较大变化范围变化时，低端线性度较差．2程控恒流源的原理与设计实现2.1系统总体方案设计恒流源电路结构如图2所示．整个恒流源电路由Buck 变换器、串联负反馈恒流源电路、输出电流检测电路、调整管漏源电压U DS 差动放大反馈电路、ADuC841单片机系统组成．ｏｏ+-图2恒流源电路结构恒流源采用Buck 变换器与负反馈恒流源电路构成组合式的恒流源电路，通过Buck 变换器可实现输入电压随输出电流的改变而改变，确保调整管工作在最佳的线性状态及合适的功耗范围．恒流源采用软件PI 调节实现恒流．2.2工作原理1)调整管输入电压随输出电流改变原理Buck 变换器输出电压为U OUT =DU DC(2)式中，U DC 为220V AC 整流滤波后的直流电压，D 为开关管V T1的占空比．通过调节开关管V T1的占空比D 就可改变输出电压，从而改变调整管输入电压．占空比D 的控制方式采用的是增量式PI 调节方式．PI 调节公式为D n =D n -1+K P (e n -e n -1)+K I e n e n =U ref -U bak}(3)式中，U bak 为调整管漏源电压U DS 经差动放大器AD620放大后，经A/D 采样的电压值；U ref 为给定参考值；K P 、K I 分别为PI 调节的比例系数和积分系数．系统稳定后，Buck 降压电路输出电压U OUT 随给定U ref 的改变而改变．U ref 由单片机软件设定，当恒流源输出电流处于不同值时，通过对U ref 查表的方式改变Buck 变换器输出电压U OUT ，从而使调整管始终工作在较佳的线性状态和功耗状态．2)恒流原理恒流源输出电流经取样电路取样放大后，经A/D 采样得到输出电流反馈值，给定电流值与反馈电流值差值比较后，经软件PI 调节，输出值经D/A 变换后控制调整管的栅源电压，最终达到给定电流值与反馈电流值差值为零，从而实现输出电流恒定．恒流源输出电流PI 调节采用增量式PI 调节方式，同式(3)．恒流源输出电流为I o =NR 1(R 1+R 2)I refR S (4)式中，I ref 为输出电流的给定值，N 为直流电流互感器副边与原边匝比．2.3软件设计系统软件采用模块化结构，分为数据采集与处理、键盘处理与显示、PI 调节、脉宽调整等4个子程序模块．其软件流程如图3所示．图3软件流程3实验结果1)实验参数．选用MJE8055调整管，ADuC841294第4期刘卫华，等：高精度宽范围程控直流恒流源的设计与实现单片机；对输出电流取样，零磁通直流互感器，原副边匝比为1∶100，电流检测最大值为10A．高精度宽范围程控恒流源技术指标为：输入电压220V AC/50Hz，输出电流0～5A，步进2mA，输出电流最大纹波≤0.1mA，输出电压≤10V，整机效率≥80%．2)实验结果．使用FLUCK六位半数字表DF1931双输入交流低频毫安表对系统进行了测量．测试结果如表1所示．由实验结果可知：恒流源输出电流在0～5A范围内误差≤0.2%,输出电流最大纹波≤0.1mA．表1测量结果给定电流/mA 10100500200040005000负载/Ω0.51.02.00.51.02.00.51.02.00.51.02.00.51.02.00.51.02.0输出电流/mA9.9810.0010.02100.00100.10100.10499.00501.50501.601997.002001.002003.004002.004000.004004.004997.005002.005006.00纹波电流/mA0.030.060.050.040.070.060.050.020.040.070.080.060.050.070.040.080.060.08输出电压/V0.00490.01000.19000.05000.10000.19000.25000.49001.02001.00003.99003.98002.00004.01007.98002.49004.98009.9700整机效率/%90～9190～9188.2～88.587.5～88.086.4～87.085.0～86.54结论本文分析了影响恒流源输出电流精度的各种因素、所采用的控制方式及降低恒流源功耗的方式等，提出了一种以ADuC841单片机为控制核心的高精度宽范围恒流源的设计方案．该恒流源通过改变调整管输入电压，确保调整管在整个输出电流范围内均工作在较佳的工作状态下，采用直流互感器取样，数字PI调节和调整管负反馈双重闭环反馈控制，确保输出电流精度≤0.2%，调整管功耗大大降低．参考文献：[1]陈凯良，竺树声.恒流源及其应用电路[M].杭州：浙江科学技术出版社，1992:1-10.[2]汪雨林.25A恒流源系统实验研究与设计[D].长春：吉林大学，2004:1-10.[3]穆云田.基于单片机控制的直流恒流源的设计[D].石家庄：河北工业大学，2007:1-10.[4]张瑞峰,孔令杭，吕辰刚.大功率半导体激光器恒流源设计[J].激光技术，2012，36(1)：80-83.[5]张苏红,黄韬,王进华,等.基于增量式PID控制的数控恒流源[J].现代电子技术，2011,34(20):190-192.[6]才滢，苏皤.300A标准恒流源的设计[J].计测技术，2010,30(6):17-19.[7]卢玉宇.大电流电流源实现方法[J].福建农林大学学报，2008,37(3):329-333.[8]李惠英，赵新龙，斯扬华.直流互感器在恒流源中的应用研究[J].电站系统工程，2004,20(1):34-35.[9]吴伟,顾文晶,冯秀明,等.高稳定度电源设计的关键因素[J].兰州大学学报：自然科学版，2001,37(2):57-62.Design and Implementation of Programmable DC Constant CurrentSource With High-precision and Wide-rangeLIU Wei-hua1,QI Cheng-chao2,WANG Rong3(1.Xi’an No.631Institute,Xi’an710068,China；2.No.5Department,Air Force Early Wearing Academy,Wuhan430019,China；3.Division of Scientific Research,Air Force Early Wearing Academy,Wuhan430019,China)Abstract：In view of the issues of high power loss and low efficiency of the series negative feedback DC constant current source,this paper analyzes various factors that exert influences on the output current precision of the constant current source in detail,brings about a sort of control scheme of the source in which the ADuC841 single-chip is as a core and its operating principles are based on the voltage of drain node and source node of the power transistor changing automatically with the output current,and the relating experiments are performed. Experimental results show that the output current precision could be improved and the power loss lowered clearly, by changing the input voltage and employing the digital PI regulator and the power transistor with negative feedback and double closed-loop control.Key words：constant current source；ADuC841single-chip；Buck converter295。
一种低功耗高精度电流源设计
电阻 阻值要求很 小 ，以最 大程度降低 匹配 误差 。同时 ， 电源 电压必 须 比最 大输 出电压 高得 多 ，且 运 算放 大器 的共 模 抑制 比 （ＣＭＲＲ）性 能 必须 相 对 良好 。综上 所述 ，本文 中将 其结构作 出改进 ，结果 如图 ｌ所示 。
１ 设计 方案
１．１ 改进 的 Ｈｏｗｌａｎｄ电路设计 经典 Ｈｏｗｌａｎｄ结构 的优 势是 只需 四个 电阻 ，匹配
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭＳＰ４３０Ｆ５５２９ Ｌａｕｎｃｈｐａｄ ｓｙｓｔｅｍ ｂｏａｒｄ（ＭＳＰ－ＥＸＰ４３０Ｆ５５２９ＬＰ）．ｕｓｉｎｇ ＴＩ’Ｓ ｈｉｇｈ－ｐｅｒ ｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎａｌｏｇ
ｄｅｖｉｃｅｓ，ｗｅ ｄｅｓｉｇｎ ａ ｌｏｗ －ｐｏｗｅｒ ｗｉｄｅ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｈｉｇｈ－ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｏｕｒｃｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ
一种高精度数控直流电流源的设计与实现
技术创新中文核心期刊《微计算机信息》（测控自动化）２００８年第２４卷第２－１期电源技术一种高精度数控直流电流源的设计与实现ＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆａＨｉｇｈ－ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＮｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌＣｕｒｒｅｎｔＳｏｕｒｃｅ（重庆工商大学）陈明杰王向乔蔡忠见ＣＨＥＮＭＩＮＧＪＩＥＷＡＮＧＸＩＡＮＧＱＩＡＯＣＡＩＺＨＯＮＧＪＩＡＮ摘要：采用自行设计制作的高精度电压源，利用单片机、Ｄ／Ａ转换器、运算放大器等器件来控制场效应管导通状态的原理，达到了输出恒流的目的。
整个系统采用８９Ｃ５２单片机作为主控部件，实现了电流可预置、可步进调整、输出的电流信号可直接数字显示的功能。
采用硬件闭环、软件闭环、软件实时积分、实时滤波的方法，锁定输出电流，从而实现了高精度恒流源的目的。
软件对相应数据进行数据分段查值补偿采样电阻的温度变化，段间采用线性插值补偿的方法，进一步提高了输出精度。
该电流源具有精度高、结构简单、工作稳定、操作方便、成本低廉、带负载能力强等优点。
关键词：电流源；电压源；单片机中图分类号：ＴＵ２８４．７７文献标识码：ＡＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｄｏｐｔｓｓｅｌｆ－ｄｅｓｉｇｎｅｄｈｉｇｈａｃｃｕｒａｔｅｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅ，ＭｉｃｒｏＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ（ＭＣＵ），Ｄ／Ａｃｏｎｖｅｒｔｅｒａｎｄａｍｐｌｉｆｉｅｒｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｎ－ｓｔａｔｅｏｆＰｏｗｅｒＭＯＳＦＥＴ，ｔｏａｔｔａｉｎｃｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｒｅｎｔ．Ｆｉｎａｌｌｙａｃｈｉｅｖｅａｈｉｇｈ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｂｙｌｏｃｋ－ｉｎｇｏｕｔｐｕｔｗｉｔｈｃｌｏｓｅｄｈａｒｄｗａｒｅｌｏｏｐ，ｃｌｏｓｅｄｓｏｆｔｗａｒｅｌｏｏｐ，ｓｏｆｔｗａｒｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ，ｒｅａｌ－ｔｉｍｅｆｉｌｔｅｒｉｎｇ．Ｔｈｅｒｏｌｅｏｆｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｔｏｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｖａｒｉａｎｃｅｏｆｓａｍｐｌｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｓｂｙｄａｔａｓｅｇｍｅｎｔｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｌｉｎｅａｒｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｃｏｍｐｅｎｓａ－ｔｉｏｎｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｉｎｔｅｒｓｅｇｍｅｎｔｓ，ｗｈｉｃｈｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｏｕｔｐｕｔｐｒｅｃｉｓｉｏｎｆｕｒｔｈｅｒ．Ｉｔｈａｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｎｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｓｉｍｐｌｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｔａｂｌｅ，ｅａｓｙｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｌｏｗｃｏｓｔａｎｄｌｏａｄｅｄｃａｐａｂｉｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅ，ｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅ，ＭＣＵ文章编号：１００８－０５７０（２００８）０２－１－０１７８－０３１设计指标要求设计并制作数控直流电流源。
一种精密程控恒流源设计
８０ｌｌｒｃ沱
２程控恒流源电路的设计
要得到一个高质量的恒流源电路口，，必须采用动 态电阻小、温度系数低的基准电压源，精度高和稳定性 好的采样电阻，增益大、温漂小、失调小的运算放大器 等Ｈ ｏ。具有高度稳定性的程控恒流源的电路设计 如图２所示。通过对基准电压和采样电阻的正确选择 和设计，使电源在额定输出最大电流为１ Ａ时，具有稳 流系数优于５
直流放大器本身存在着失调电压和失调电流，由 于受环境温度、电源电压等影响，存在着漂移，这也使 得恒流源输出电流产生相应的漂移。因此，放大器的 输入端在基准电压巩上，相当于叠加了一个由失调 引起的等效电压ｅ，由于ｅ的不稳定性，要保证恒流源 准确度，对ｅ就要有一定限制。因此，图２所示的输出 电流，ｏ的完整形式应为：
阻网络来实现电流量程转换，改变基准电压来确定量程 范围内任意电流值。
厶＝等等
使输出电流，ｏ恒定在设定值ｕ／ｅ，ｏ，则有：
（１）
３系统误差分析
整个系统的误差主要取决于恒流源电路所产生的
ＵＮ＝吾Ｄｉ
二
（２）
误差Ｍ Ｊ，因此，有必要对恒流源电路误差进行分析。影 响恒流源输出电流准确度的误差主要有以下４种，即 电源输出电流低频噪声引起的误差、负载变化引起输 出电流变化的误差、电网波动造成的输出电流误差以 及电流源输出电流的漂移引起的误差。 根据给定的恒流源电路准确度指标，可对以上４ 项误差进行误差分配，以满足电路所要求的准确度。 ３．１电流低频噪声引起的误差６。 反映这项指标的因素主要有运算放大器的噪声和 基准电压的噪声。设噪声电压是ｃ，，它通过采样电阻 直接反映到输出电流中，噪声引起的电流相对变化为
稳定性、系统增益不稳定性、采样电阻的不稳定性对输 出电流的影响。
［２］卢永刚，陈隆道．程控隔离恒流源在仪器仪表中的应用［Ｊ］．自
高精度线性电流源的设计与实现
高精度线性电流源的设计与实现【摘要】本文通过对基本电流源的电路结构和工作原理进行分析，提出高精度电流源的设计方案，该方案采用由低噪声的运算放大器构成的反馈型电路来设计，并且给出了具体的硬件原理图。
分析了影响电流源精度的一些关键因素，实验结果表明：设计的电流源能够满足高精度航空电机的控制需求。
该电路具有高可靠性，设计方式灵活，具有很好的使用价值。
【关键词】运算放大器；电流源；V-I转换电流源驱动电路是能够对外输出可调直流的电路，在各类控制系统中，线性电流源输出驱动各种直流负载设备，这类负载对电源源的要求不同于一般电流源电路，直流驱动电路通常要求具有较高的精度且电流大小可调。
本文介绍的V-I 转换电路。
主要采用集成运放芯片和场效应管构成，电路设计简单，元器件使用种类少，电流输出精度高，满足了高精度航空电机的使用要求。
1.系统方案在本控制系统中，控制系统依据上位机发出的命令来驱动外部负载。
控制系统中的主控制器负责响应上位机命令输出控制电压信号，电流输出单元中V-I变换电路将产生一个与控制电压信号成正比的电流源，该电流源经过接口防护电路输出至电机负载。
本设计中关键电路是V-I转换电路，通常设计的V-I转换电路是采用XTR110、XTR112等国外集成芯片，通常这类芯片其输出电流大小受制于芯片体积，输出电流较小，同时这类进口元器件成本较高。
而本文设计的V-I转换电路是主要采用集成运放及场效应管构成，电路便于实现且成本较低。
图1 系统结构框图2.数字控制电路数字控制电路中主控制器完成控制命令的输出及运算功能。
D/A输出电路将控制命令转换为0～10V直流电压输出，D/A芯片选用AD公司的AD664，AD664芯片可同时产生四路相互独立控制的电压输出，输出精度选择为12位，满足控制电压输出的高精度要求。
A/D采集电路对输出的电流源进行实时监控，确保输出的电流值与上位机的指令要求一致，A/D采集芯片选用AD公司的12位并行模/数转换的单片集成电路AD1674。
一种高精度的电流源设计
第九届ICEMI国际电子测量与仪器会议ICEMI'2009一种高精度电流源的设计于鹏王彦超夏少军哈尔滨工业大学92号西大直街哈尔滨，150001，中国电子邮箱：摘要——电流源是电气测量和控制系统的关键部件之一。
然而，由温度漂移和其它干扰引入的噪声，使其成为系统误差的重要来源。
为了制定一个精度高、稳定性好的电流源，本文提出一种基于Howland的电压电流转换（V/I）电路。
电流源所使用的DSP RS-232接口是完全可编程的。
此外，还有一个采样电路，利用抽样结果，使校准进一步减少电流源输出误差。
实验结果表明，在140欧姆的恒定负载下，电流输出范围为-50mA至50mA，误差小于3 μA，并且具有较低的温度漂移和较小波形失真度。
这为设计一种精确度高、输出电流变化范围稳定的电流源提供了一种有效的方法。
关键词——电流源；Howland；校准一、引言随着科技的进步，精密的电流源在自动测试、测量以及各种应用中起着日益重要的作用。
然而，要满足高精确的目标，然而，要满足高精度的目标，并且保持输出稳定，这一点随温度的升高而变得越来越困难。
在所有的应用中，目前大部分测量领域中使用的精度高和输出稳定的电流源，都是电压控制型电流源（VCCS）。
由于超精密运算放大器的运用，使得VCCS的电流输出精度高，且稳定。
但是，电流源输出范围往往有限，而且由温度和非线性引入的误差也是一个很大的难题。
图1显示的一个电路，它也被称为Howland模型，采用电阻匹配实现反馈回路，从而使负载两端电流输出稳定[3]。
它采用了超精密运算放大器OP177生成精确和稳定的电流输出。
尽管OP177在精确度性能方面远胜其它任何运算放大器，但其输出范围只局限于-22mA〜32mA[4]。
图1——Howland电流源为了更好地解决这一难题，精度高、宽范围和输出稳定的电流源的设计便自然而然的被提出来。
由D / A模数转换器产生一个电压，然后将电压转换为电流。
一种高精度电流源的设计
电压等因素的影 响， 导致精度不 高， 线性度不好 。 本 文 介 绍 的 是 用Ｃ８ ５Ｆ ４ 控 制 的恒 流 源 ，它 具 ０ １０ ０
有 外 部 电 路简 单 、性 能 可 靠 等优 点 ，可 以实 现 自
动调整 ，并在高精度方面有广 阔的应用前景 。
２ 系统结 构
系 统 主 要 由Ｃ８ ５ Ｆ ４ 单 片 机 、键 盘 与 显 示 ０ １０ ０
Ｚｅ ｇ Ｘ ｉｎｇ ｏ ｎ ａ ｙ ｕ， Ｊ ａ ｇ Ｗ ｅ ， Ｃｈ ｎ Ｆａ ｌａ ， ＬｉＢｏ ｉｎ ｉ ｅ ｎｇ ｉ ｎｇ （ ｈ ｎＩｓ ｔｔ ｆ ｒ ｅＥｅｔ ｃＰｏ ｕｓ ｎ Ｃ Ｉ ， Ｗｕ ａ ３ ０ ４ Ｃ ｉａ Ｗｕ ａ ｔｕｅｏ ｉ ｌｃｒ ｒｐ ｌｉ ， Ｓ Ｃ ｎｉ Ｍａ ｎ ｉ ｏ ｈｎ４ ０ ６ ， ｈｎ）
４ ２
船 电技术 ｌ 用研究 应
电压 ，经ＡＤ采 样 后 给 单 片 机 处 理 ，并 在 显 示 电路 中显 示 。输 入 电流 经 Ｄ／ 换 后 作 为 电路 输 入 给 Ａ转
定。
的开 通 程 度 ， 以调 节 输 出 电 流近 似 等 于 输 入 给 定
值 。若 ＞
则 输 出正 值 ，经Ｐ调 节 器 后 ， Ｉ
电路 、Ａ Ｄ及Ｄ／ 号调 理 电路 、压 控恒 流 源 等 几 ／ Ａ信
个模块单元组成 。输入为５ ｚ ０Ｈ 交流２ ０ ４ ０ ￣２０Ｖ， 实现输 出为０ ０Ａ ～１ 可调，高精度 的恒定直流 电，
收 稿 日期 ：２ 硕士研 究生 。研 １８ 一 ， 究方 向： 电力 电子 与 电力传 动 。
＞ 则 １ 出 负值 ，经 Ｐ调 节 器 后 ，Ｑ１ 基 输 Ｉ 的 极 电流 减 小 ，使 得 Ｑ１ 通 减 小 ，从 而 驱动 ＭＯ 管 开 Ｓ Ｑ２ 通 减 小 ， 导致 输 出 电流 减 小 。这 种 闭环 调节 开 速 度 快 ，实 现 了 电路 中 电流 的 恒 定 不 变 。 在 选 元 器 件 方 面 ， Ｑ 选 用 大 功 率 ＭＯＳ管 ２ ＩＲ ４ Ｎ， 且 使 用 散 热 片 ，保 证 其 工 作 在 线 性 区 Ｆ ５０ 时 ， 实 际输 出 的恒 定 电流 仅 仅 由Ｄ Ａ输 出 的 电压 ／ 决 定 Ｌ ３ 采 样 电 阻 Ｒ 选 用 Ｒ Ｊ。 ５ ｓ公 司 的
高精度数控直流恒流源的设计与实现_黄天辰.pdf
2013 年 仪 表 技 术 与 传 感 器2013 第 6 期Instrument Techniqueand SensorNo. 6高精度数控直流恒流源的设计与实现黄天辰，贾 嵩，余建华，郎 宾( 军械工程学院，河北石家庄 050003)摘要: 设计并实现了一种基于单片机的高精度数控直流恒流源。
该电源以电流串联负反馈式压控恒流源电路为基 础，以 AT89S51 单片机为控制核实现数字化控制。
为实现高精度要求，在数控部分中，采用 12 位高精度 D /A 转换器TLV5616 控制压控恒流源的输出电流，并利用 12 位高精度 A /D 转换器 TLC2543 测量输出电流; 为方便数字化控制，采用 矩阵式键盘作为电流输出设定装置; 为达到更好的人机交互及低功耗要求，采用 LCD1602 型液晶显示屏显示设定的电流 和实际输出电流。
实践表明: 所设计的数控直流恒流源具有纹波小、精度高、稳定度强等优点，而且操作简单、价格低廉、扩展性强，具有较高的实用价值。
关键词: 数控; 直流恒流源; 单片机; 数模转换器; 模数转换器中图分类号: TM911; TP391 文献标识码: A 文章编号: 1002 － 1841( 2013) 06 － 0027 － 03Design and Realization of Digital Controlled DC Current Sourcewith High-precisionHUANG Tian-chen ，JIA Song ，YU Jian-hua ，LANG Bin ( Ordnance Engineering College ，Shijiazhuang 050003，China )Abstract : A digital controlled DC current source with high-precision based on MCU was designed and realized ． The voltage-controlled constant current source based on the current- current feedback was the foundation ，and the AT89S51 MCU was the con-trol core of digital control ． For high precision ，the output current was acquired by 12-bit digital-to-analog converter TLV5616 and measured by 12-bit analog-to-digital converter TLC2543． For the convenience of operation and the low power waste ，the matrix key-board was acted as operating equipment and LCD1602 display the current of setting and actual output ． It is proved this current source has the character of low ripple ，high precision ，output constant ，easy control ，low cost ，powerful extensibility and highpracti-cal value ．Key words : digital control ; DC current source ; MCU ; DAC ; ADC0 引言低纹波、高精度直流恒流源是一种非常重要的特种电源， 在现代科学研究和医疗、工业生产中得到了越来越广泛的应 用。
高精度数控恒流源的设计与实现
高精度数控恒流源的设计与实现宋林桂【摘要】为了满足可调温无纺布热切割机对恒流源的需求,文章阐述了一种基于单片机的高精度数控恒流源的设计和实现方法.该电源以电流串联负反馈式压控恒流源电路为基础,以AT89S52单片机为控制核实现数字化控制.为实现高精度要求,在数控部分中,要采用12位高精度数字模拟转换器(Digital Analog Converter,DAC)芯片TLV5616控制压控恒流源的输出电流,并利用16位高精度模数转换器(Analog to Digital Converter,ADC)芯片ADS1115测量输出电流.文章采用矩阵键盘设定电流输出值,采用LCD12864液晶屏显示设定的电流和负载两端电压值.测试结果表明,本恒流源在20 ～2000mA输出电流时,输出电流与给定值误差小于5mA.【期刊名称】《无线互联科技》【年(卷),期】2016(000)018【总页数】3页(P59-60,76)【关键词】AT89S52;恒流源;ADS1115;TLV5616【作者】宋林桂【作者单位】苏州健雄职业技术学院电气工程学院,江苏太仓215411【正文语种】中文高精度恒流源是一种非常重要的特种电源，在现代科学研究和医疗、工业生产中得到了越来越广泛的应用。
传统的恒流源往往用电位器调节输出电流，其精度较差，且无法实现精确步进。
目前，恒流源已朝着数字化方向发展，多采用模数和数模转换器实现数字化控制，具有高精度、高稳定性等特点［1］。
该系统主要由电源模块、恒流源电路模块、负载模块、单片机最小系统模块、键盘显示模块、ADC电路模块和DAC电路模块、LCD12864液晶显示电路以及4×4矩阵键盘电路构成，系统结构如图1所示。
2.1 电源电路系统中使用到集成运算放大器，集成运算放大器供电使用正负电源。
如图2所示，为了减少系统输出的纹波系数，系统选用±12V变压器把市电降成低压，变压器变压后经过整流滤波得到正直流电源DC+和负直流电源DC-，正电源DC+和负电源DC-为集成运算放大器提供正负电源。
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摘要 ： 采用 Ａ ｕ ８ ２单 片机作 为整机 的控 制单元 ， ＤＣ１ 通过软 件和 外 围电路设 计 ， 程控 直流 电流源具备 实时检 测 实际 使
输 出电流值的功能 ， 并通过采样将 实际输 出反馈 到单片机 中， 片机 对数据进行分析 、 单 处理后 再重新调 整 Ｄ Ａ输 出的值 ， ／ 从而达到稳流的 目的。所设计 的电流源还具有 电流可预置 、 可步进调 整以及 可 同时显示 电流预置值和 实测值 等功 能。该
系统 具 有 结 构 简单 、 作 稳 定 、 波 电 流 小 、 制 精 度 高 、 本 低 廉 、 用性 强 的特 点 。 工 纹 控 成 实 关键词 ： 流源 ；Ｄ Ｃ ｌ ； 馈 电 Ａ ｕＳ２反
中图分类号 ：Ｐ １ Ｔ ２２
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：０２—１４ （０ ２ ０ ０ ０ ０ １０ ８ １ ２ １ ）７— １５— ２
Ｄｅ ｉｎ ｆＰｒ ｇ ａ ｍ ａ ｅ Ｃｏ ｔ ｏ ｓｇ ｏ ｏ ｒ ｍ ｂｌ ｎ ｒ ｌＣｕｒ ｅ ｏ ｒ ｅ ｗｉｈ Ｈ ｉ ｈ Ａｃ ｕｒ ｃ ｒ ｎｔＳ ｕ ｃ ｔ ｇ ｃ ａ ｙ
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２０１ 正 ２
仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉ ｓｒ ｍｅ ｔ Ｔ ｃ ｎｑ ｅ ａ ｄ Ｓ ｎ ｏ ｎ ｔｕ ｎ ｅ ｈ ｉ ｕ ｎ ｅ ｓ ｒ
２０１ ２
Ｎｏ． ７
第 ７期
高 精 度 程控 电流 源 的 设计
王 丽 ， 红 明 ， 东岩 康 谢
１ ０２ ） ５ ０ ７ （ 黑龙 江 科 技 学 院 电 信 学 院 ， 龙 江 哈 尔 滨 黑
０ 引言
电流源是各种 电子设备 中不可缺少 的重要组 成部 分 ， 其 能优劣直接关 系到电子设 备 的技术 指标 及能 否安 全可 靠地 工
作。因此 ， 性能 良好 的数控恒 流器件或装 置 的研 究和开 发就具 有十分重要 的意义 。目前 ， 市场 上一般 的直流 电流源往往 固 定输 出一种 电流值或仅有 几档 电流值 ， 不便 于通用 。有 些 电流 源虽能实现数控但 存在 着 电流输 出范 围小 、 功率 较小 、 定性 稳 差等缺点 ， 而输 出功 率及 稳流精度高 、 控制精 度高 、 波纹 含量低 的直流电流源却较少 。 文 中介绍一种 数 控 电流 源 ， 可 实 现输 出 直 流 电压 ≤１ 它 ５
ｒａｊｓ ｕｐ ｔ ａ ｅｏ ／ ｆ ｒ ａ ｎｌｓ ｔ ｉｚ ｕ ｅｔＴ ｅ ｕｒｎ ｓｕｃ ， ａｉ ｄｔａ ｔｅｃｒ ｎ ｃｎｂ ｔ ｎ ｄ ｅｄｕｔ ｏｔｕ ｖｌ ｆ Ａａｔ ｔ ａａ ｉｔ ｓ ｂｌ ｅ ｒ ｎ． ｈ ｒ ｔ ｏｒｅｒ ｌｅ ｔｈ ｕ ｅｔ ａ ｅｓ ｄａ・ ｓ ｕ Ｄ ｅｄａ ｙ ｓＯ ａ ｉ ｃ ｃ ｅ ｅ ｚ ｈ ｅａ
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