数控恒流源
数控恒流源
3.1 数控恒流源数控恒流源为电阻测量提供恒定的电流。
单片机由测量所需的电流而控制输出恒定电流的大小。
实际电路中采用的三极管为TIP41，三极管本身在这里不具备控制电流大小的作用，但是起到驱动和扩流的作用。
前面是一个电压跟随，后面一个负反馈。
R9上的电压为输入的电压Vin。
理论计算I 1=VR1/R1=(Vi-V+)/R1；I 2=VR2/R2=(V+-Va)/R2；因为I+=0,得I1=I2所以Va=(V+-Vi)R2/R1+V+；I 3=VR3/R3=V-/R1；I4=VR4/R4=(VO-V-)/R4；因为I-=0,得I3= I4所以VO=V-(R3/R4+1)；从而可得R5上电压为UR5＝VO-Va=（R4/R3）×V-- （R2/R1）×V++(V--V+）+ （R2/R1）×Vi ，若R2=R1,R3=R4,且 V-＝V+则UR5＝Vi（输入电压）假设I5=IL可得VA/RL＝VI/R5，由上式的Va=(V+-V-)R2/R1+V+；及R2=R1；可得（２V+-V-）/RL＝Vi / R5 即（２V+/V-）-1＝ RL/ R5；当V+<Vi 和RL<R5，R3+R4>>R5, R3+R4>>RL,时可满足RL上电流恒定。
全国电子设计大赛-F题-数控恒流源(
word格式-可编辑-感谢下载支持数控直流电流源（F题）一、任务设计并制作数控直流电流源。
输入交流200～240V，50Hz；输出直流电压≤10V。
其原理示意图如下所示。
二、要求1、基本要求（1）输出电流范围：200mA～2000mA；（2）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≤给定值的1％+10 mA；（3）具有“+”、“-”步进调整功能，步进≤10mA；（4）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1％+10 mA；（5）纹波电流≤2mA；（6）自制电源。
2、发挥部分（1）输出电流范围为20mA～2000mA，步进1mA；（2）设计、制作测量并显示输出电流的装置(可同时或交替显示电流的给定值和实测值)，测量误差的绝对值≤测量值的0.1％+3个字；（3）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的0.1％+1 mA；（4）纹波电流≤0.2mA；（5）其他。
数控直流恒流源的设计与制作word格式-可编辑-感谢下载支持发表日期：2006年5月1日出处：本站原创【编辑录入：zouwenkun】指导老师:王贵恩博士制作人:彭浦能、梁星燎、林小涛《数控直流恒流源》《数控恒流源获奖证书》摘要：本系统以直流电流源为核心，AT89S52单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，设置步进等级可达1mA，并可由数码管显示电流设定值和实际输出电流值。
本系统由单片机程控设定数字信号，经过D/A转换器（AD7543）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电流。
单片机系统还兼顾对恒流源进行实时监控，输出电流经过电流/电压转换后，通过A/D转换芯片，实时把模拟量转化为数据量，再经单片机分析处理，通过数字量形式的反馈环节，使电流更加稳定，这样构成稳定的压控电流源。
简易数控恒压恒流电源
1（一）简易数控恒压恒流电源一、任务设计并制作简易数控电源。
输入交流200～240V，50Hz；可以在键盘切换下，分别实现恒压恒流源，其原理示意图如下所示。
二、要求1、基本要求（1）恒压源部分：a．能输出1A电流；b．输出电流为1A时，输出纹波电压小于100ｍＶ；c．使输出电流Iout从0至1A变化时，输出电压Vout=10±0.25V；d．输出电流Iout=1A时，DCDC恒压恒流部分效率≥70%；e．具有过流保护功能，动作电流Io=1.1A～1.3A。
排除过流故障后，自动回复正常工作状态。
（2）具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。
2、发挥部分在键盘的切换下，可以实现恒流源的功能恒流源部分：a.负载电阻在5欧姆至10欧姆变化时，要求输出电流Iout=1±0.025A。
b．可在键盘的切换下输出500mA和800mA的恒定电流。
c.输出电流Iout=1A，负载电阻为10欧姆时，输出纹波电压≤50mV。
d.输出电流Iout=1A，负载电阻为10欧姆时，DCDC恒压恒流部分效率≥85%。
三、说明（1）D C-DC变换器不允许使用集成场效应管的成品模块，但可使用开关电源控制芯键盘控制器DCDC恒压恒流负载显示电压、电流等检测2片，DC-DC变换器的辅助电源可以使用成品模块；（2）本题要求只能采用一个拓扑回路，分别实现恒压恒流功能；（3）本题中的输出纹波电压是指输出电压中的所有非直流成分，要求用带宽不小于20MHz模拟示波器（AC耦合、扫描速度20ms/div）测量V OPP（峰峰值）；（4）D C-DC变换器效率 =P O/ P IN，其中P O＝U O I O，P IN＝U IN I IN；（5）电源在最大输出功率下应能连续安全工作足够长的时间（测试期间，不能出现过热等故障）；（6）制作时应考虑方便测试，合理设置测试点；（7）设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果；完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果用附件给出。
高精度数控恒流源
高精度数控恒流源高精度数控恒流源是一种电子设备，其主要作用是为各种电子设备提供恒定的电流输出。
高精度数控恒流源是目前电子设备中必不可少的一种设备，特别是在半导体器件和光器件的制造过程中。
高精度数控恒流源的主要特性是稳定性好、响应迅速、输出精度高。
它可以有效地控制电子设备的功率，确保其稳定运行。
这种设备的工作原理是根据输入电信号来控制输出电流，并具备对输出电流、电压、功率等参数进行精准控制的功能。
高精度数控恒流源通过稳定的电流输出，可以为各种电子设备提供一个恒定的电流源，从而保障设备的正常运行。
高精度数控恒流源的主要应用领域是半导体器件和光器件，其中最常用的是在半导体的制造过程中。
在半导体材料的化学腐蚀、电镀、轻蚀等工艺中，高精度数控恒流源能够保证电流和电压的恒定输出，确保制造过程的正常进行。
此外，在光器件中，高精度数控恒流源还能够为激光二极管驱动、LED驱动等提供恒定的电流。
高精度数控恒流源的性能对于电子设备的稳定性和精度来说十分重要。
因此，高精度数控恒流源使用的材料、硬件、软件设计等方面都要求十分严格。
一般来说，高精度数控恒流源的设计必须符合以下几个方面的要求：1. 稳定性高精度数控恒流源必须具有良好的稳定性，这意味着其需要对其输出电流进行精准的控制和调整。
当其中任何一个元件失去稳定性时，都能对整个系统产生不良的影响，降低系统的精度和可靠性。
2. 精度高精度数控恒流源需要提供高精度电流输出，这是它的主要功能之一。
它可以通过对输出电流进行调整和控制，以保证其精度。
同时还需要提供对输出电流、电压等参数进行监测和测量的功能。
3. 响应速度在不同的应用场景中，需要高精度数控恒流源能够快速地响应变化，来满足其特定的需求。
响应速度通常是指设备需要从一个电流输出值迅速切换到另一个电流输出值时所需的时间。
4. 可靠性高精度数控恒流源需要在长时间运行中保持其良好的性能，以保证其不会因为设备故障而中断正常的运行。
数控恒压恒流源
基于msp430单片机的数控恒压恒流电源设计一．Msp430单片机简介MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器（Mixed Signal Processor）。
称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片机”解决方案。
该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中。
二．项目研究内容该电源具有两种工作模式，恒压模式和恒流模式。
在恒压模式下，按照恒压电源的特征工作；在恒流模式下，则按照恒流电源的模式工作。
两种模式具有不同的电路结构。
一种是恒压状态，按照恒压电源的特征在工作，一种是恒流状态，按照恒流电源的特征在工作。
这种电源内部有两个控制单元，一个是稳压控制单元，在负载发生变化的情况下，努力使输出电压保持稳定，前提是输出电流必须小于预先设定的恒流值。
实际上在恒压状态时，恒流控制单元处于休止状态，它不干扰输出电压和输出电流。
当由于负载电阻逐步减小，使得负载电流增加到预先设定的恒流值时，恒流控制单元开始工作，它的任务是在负载电阻继续减小的情况下，努力使输出电流按预定的恒流值保持不变，为此需要使输出电压随着负载电阻的减小而随之降低，在极端情况下，负载电阻阻值降为零（短路状态），输出电压也随之降到零，以保持输出电流的恒定。
这些都是恒流部件的功能，在恒流部件工作时，恒压部件亦处于休止状态，它不再干预输出电压的高低。
直流稳压电源，又称直流稳压器。
它的供电电源大都是交流电源，当交流供电电源的电压或负载电阻变化时，稳压器的直接输出电压都能保持稳定。
稳压器的参数有电压稳定度、纹波系数和响应速度等。
前者表示输入电压的变化对输出电压的影响。
纹波系数表示在额定工作情况下，输出电压中交流分量的大小；后者表示输入电压或负载急剧变化时，电压回到正常值所需时间。
基于单片机的数控恒流源设计
基于单片机的数控恒流源设计
基于单片机的数控恒流源设计是指利用单片机控制程序实现数字恒流源。
可以用于研究实验室中的电路测试，工厂自动化测试，航空电子测量，通讯等各种设备中对电流源做准确测量。
数控恒流源有效控制了输出电流大小，从而使电路中恒流保持在规定的电流值。
基于单片机的数控恒流源的设计，首先要选择单片机，单片机的功能越强大，能控制的电流越精确，相应的性能越好，如常用的均为大功率晶体管 MOS6553，MOSFET等。
然后确定电路，它拥有使能、放大两个部分，使能部分实现电流控制，当控制信号为高电平时，使能部分的电源开启，否则保持在空闲状态；放大部分实现电流的分配和调整，以此来调节输出的电流大小。
完成电路设计之后，根据电路原理编写单片机控制程序，使之可以按照所要求的电流进行调节，最后实现电路的连接，做好容错措施，便可以完成数控恒流源的设计。
基于单片机的数控恒流源设计不仅易于操作，而且可以精确控制输出电流，具备稳定可靠的特性，是我们在实际应用中的绝对优势之一。
数控恒压恒流电源设计
数控恒压恒流电源设计数控恒压恒流电源是一种在电子设备研发和制造工作中十分常见的装置，它能够提供稳定的电流和电压输出，广泛应用于电子元器件的测试、电子设备的加工和电子设备的研发等领域。
本文将详细介绍数控恒压恒流电源的设计原理、关键技术以及实际应用等内容。
一、设计原理当负载发生变化时，电源会检测到输出端的电压和电流的变化，然后通过反馈回路根据设定值进行调整，使输出端的电压和电流保持在设定值附近的范围内。
通过不断的反馈和调整，可以实现输出电压和电流的精确控制。
二、关键技术1.电压检测技术：设计电压检测电路，通过传感器或电路来实时检测输出端的电压。
可以使用电压分压器和运算放大器等电路来进行电压检测。
2.电流检测技术：设计电流检测电路，通过传感器或电路来实时检测输出端的电流。
可以使用电流采样电路和运算放大器等电路来进行电流检测。
3.反馈控制技术：通过比较检测到的电压和电流与设定值的差异，设计控制回路来实现恒压和恒流的输出控制。
可以使用控制芯片和电路来进行反馈控制。
4.保护技术：设计过流保护和过压保护电路，当输出端的电流或电压超过设定值时，能够及时切断输出，保护负载和电源设备的安全。
5.数控技术：设计数字控制电路，通过微处理器或可编程逻辑器件等实现对电源的数字控制和参数设定。
三、实际应用在电子设备测试中，数控恒压恒流电源可以提供稳定的电流和电压输出，用于测试电路的工作状态、负载能力等。
在电子设备加工中，数控恒压恒流电源可以提供稳定的电流和电压输出，用于控制电子设备的加工过程，确保电子设备的质量和性能。
在电子设备研发中，数控恒压恒流电源可以提供稳定的电流和电压输出，用于电路原型的调试、电路参数的测量和电路性能的验证等。
总结：数控恒压恒流电源是一种在电子设备研发和制造工作中常见的装置。
其设计原理基于电压和电流的控制回路，通过反馈控制实现稳定的恒压和恒流输出。
数控恒压恒流电源的设计涉及到多个关键技术，如电压检测、电流检测、反馈控制等。
数控恒流源
目录一方案比较、设计与论证 (2)二理论分析与计算 (5)三系统框图及电路设计 (6)四单片机软件设计 (11)五校准、测试数据及结果分析 (13)六设计总结 (15)七参考资料 (16)八附件一（系统设计总电路图） (17)摘要本数控电流源由四部分组成：CPU主控及键盘显示电路、恒流源产生电路、信号检测电路和电源电路。
采用128×64点阵LCD汉字显示使显示更为直观。
MAX531 12位D/A转换器作数控电流源控制，具用1/4096的分辨率。
采用高性能运算放大器使电流源的调节范围达到了2~2200mA，步进为1mA，最大负载电压可以大于10V，负载变化对电流无影响。
使用具有双路检测功能的16位Σ-ΔA/D转换器AD7705作为测量部件，测量精度达到了0.01%。
在信号处理时用标准表测量数据和数字恒流源显示数据相比对的方法对数控电流源的误差进行修正，从根本上消除了系统误差。
系统采用线性直流稳压电源，减小了纹波电流。
CPU 采用89C51，软件用C51编写。
整体技术指标达到了题目的全部要求并有所创新。
关键词：数控恒流源；串联稳压电源；数字校准AbstractThe NC current supply comes in four parts: CPU and keyboards circuits and displaying circuits; constant-current source; signal detecting circuits of current and voltage; power circuits. It has more intuitive displaying by using 128×64 dot matrix LCD. MAX531, 12 bits D/A converter with 1/4096 resolution, controls NC current supply. Higher performance operational amplifier adjusts current range from 2 to 2200mA, in which current step is set 1mA. The change of load does not affect current, when the maximum of load voltage less or equal to 10V. Measurement components use 16 bits Σ-Δ A/D converter AD7705 with two-way detecting function, and its accuracy arrives 0.01%. By comparing standard meter measuring data with NC current supply displaying data, the system corrects error of the NC current source in processing signals in order to eliminate systematic errors radically. The system reduces ripple current by using DC regulated power supply.The CPU uses 89C51 MCU. The software is programmed by C51. The whole technology data has met entirely the needs of this subject and has some innovation.Key Words: Numeric control constant current source; Series-wound regulated power supply; Numeric calibration一方案比较、设计与论证⒈恒流源电路的选择根据题目要求，设计一个输出电流范围在20～2000mA、负载电压在10V以内变化的受控恒流源，我们构想了如下三个方案：方案一：图1-1为固定恒流源，如果把基准源LM336-2.5 上的基准电压替换成D/A转换器上的输出电压，此恒流源就是一个受控电流源。
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摘要：本方案采用AT89S52单片机作为系统控制核心，实现数控恒流源方案。
设计采用大功率双极型三极管2SC3997以及仪表放大器等构成闭环恒流源控制电路，配以8位A/D,D/A芯片完成单片机对输出电流的实时检测与实时控制，实现了0mA~1500mA范围内步进20mA恒定电流输出的功能，保证了纹波电流小于1mA,达到了较高的稳定度。
人机接口采用4*4键盘以及LCD1602液晶显示器，控制界面直观简洁，具有良好的人机交互性。
一作品完成功能
输出电流范围：0mA～1500mA；
可设置并显示输出电流给定值，输出电流与给定值偏差的绝对值≤给定值1％+10 mA；
具有“+”、“-”步进调整功能，步进≤20mA；
纹波电流≤2mA；
自制电源
二系统方案论证
系统总设计模块
人机界面
方案论证
本系统设计关键在于恒流源模块方案，关于恒流源模块方案
电压控制的电流源模块，可采用的方案有以下三种：
① 功率集成运放，如OPA501、OPA541、PA05等； ② 运放＋晶体三极管放大； ③ 可调集成稳压模块，如LM317。
方案一：直接使用功率集成运放。
特点：使用容易、性能稳定可靠。
常用的功率集成运放一般能够输出±40V ，10～15A 的功率，性能指标也较高，完全能够满足本题要求。
功率集
DA 转换模块
恒流源模块
成运放还可以双极性输出，但本题只需单极性输出，却需要为功率集成运放配置正负双电源。
方案二：利用三端可调直流稳压集成芯片，通过调整其输出电压来实现负载的恒流特性。
特点：直接利用稳压片提供所需功率，只需要添加相应控制电路即可实现本题的大部分要求，但是，其电流调整率指标只能达到0.5%～0.15%，不满足题目要求，
方案三：采用“运放＋功率三极管”的结构构成恒流源。
特点：性能满足本题要求，同时可以通过选用功率三极管的不同容量来满足不同的应用要求。
鉴于上述原因，我们选用方案三。
另外，本方案中涉及AD,DA芯片。
AD,DA芯片的选择直接关系到系统的精度以及方案的成本。
综合考虑精度与成本，我们选择了常用的8位DA芯片DAC0832与8位AD芯片ADC0832.
三硬件结构设计及实现
压控恒流源电路及电路分析
电压控制的电流源电路如图所示。
压控电流源模块主要由给定与比较放大单元、功率放大单元和电流反馈单元组成。
给定与比较放大单元由U1（OP07）及其外围阻容器件组成，起着计算给定电流与实际输出电流偏差并进行放大的作用。
与R2并联的电容器C9起加速反馈的作用，与运放反馈电阻并
联的电容器C10起滤波作用，二极管D1起电压钳位作用，用以保护运算放大器；功率放大单元由Q1、Q2和Q3及其配套阻容器件组成，为满足最大输出容量（10V，2000mA）的要求，选取最严重工况（负载端短路且输出2000mA）计算Q3的功率损耗：（10＋5）V×2A＝30W式中，5V是考虑电流源输出10V电压，输出2A电流时，为Q3留出的ce极间电压。
为可靠起见，留有足够的功率裕量和安全系数，选择Q3的型号为2SC3997.其主要技术参数如下:800V,20A,允许管耗250W。
C14起纹波抑制作用，二极管D3用以保护功率三极管Q3，防止其承受反压而损坏；电流反馈单元由仪用放大器AD620和低噪声运放OP07构成，前者对串联在负载回路的康铜丝两端电压进行取样，康铜丝是一种温度特性佳的阻性元件，其两端电压正比于流过的电流，因此该电压的反馈就是负载电流的反馈。
仪用放大器具有极强的抗共模干扰的能力，特别适合对小信号进行放大。
OP07作为二级放大且其输入端设置一个反馈系数调节用的精密电位器，起着输出电流校正之功用。
DA转换电路
DA转换电路根据单片机指令输出控制电压，芯片采用8位DA芯片DAC0832,基准电压采用三端稳压管7805输出的+5V,DAC为负压输出，输出范围0~-5V
AD转换电路
AD转换电路采样康铜丝电阻两端电压，仪表放大器与电压跟随器组成信号调理电路，信号经过信号调理电路后送入AD 芯片转换，转换数据送入单片机处理。
AD芯片采用8位串口
芯片ADC0832,基准电压+5V，详细电路如下图所示
人机界面电路设计
键盘采用4*4键盘，键盘控制用到单片机的P1口
液晶显示采用LCD1602显示，LCD控制用到8155的PA口与PC口
自制电源电路
自制电源一套，输出+5V给单片机供电，+15V与-15V给放大器芯片以及DA芯片供电，+20V给恒流源电路供电。
+5V电源给单片机供电
+15V-15V电源给DA芯片及放大器芯片供电
+20V电源给恒流源电路供电（功能未实现）
四软件结构设计及实现
程序设计流程图
开始
系统初始化
扫描键盘
No
步进+处理步进-处理确认处理前进处理后退处理重置处理数字处理
液晶显示程序
程序代码见代码文件
五作品测试数据
（尚未测试）
六不足及今后改进方向
恒流源模块
恒流源模块线性输出范围目前只能达到0~1500毫安，分析原因可能是大功率三极管功率不够。
另外恒流源模块线路输出电流极大，导线电阻对接地点之间影响较大。
板子的整体布线及做工对精度也有影响。
这是今后改进方向。
AD,DA芯片模块
目前本方案所采用的AD,DA芯片均为8位。
这一模块改进方向自然是提高芯片位数，芯片位数直接决定整个系统精度。
事实上，一开始我们努力追求用12位的芯片以确保整个系统精度。
但是由于插件的12位芯片价格均都比较高。
南京地区此类芯片较少。
网购芯片质量又没有保证。
最终由于进度原因不得不选择8位芯片。
但是现在看来，AD,DA芯片位数虽然重要，但是这是建立在恒流源精度的基础之上的，如果恒流源电流精度不高，即使采用了12位芯片，也是难以达到理想效果。
自制电源模块
自制电源模块电路图都是固定的。
其中+15V，-15V，+5V电源是给芯片供电，输出功率不大，不必说。
最核心的是+20V 电源，给恒流源电路供电。
事实上，整个电路的电流输出都是由+20V提供的，所以+20V电源必须能够输出足够大功率，足够稳定。
首先对电路有要求，其次对变压器也有要求。
变压器应选用大功率变压器，功率至少50W。
电路里用到的器件，也多应为大功率，特殊要求的器件，由于经费问题，这部分电路虽然实现，但是功能未能实现。
仍存在诸多问题，包括稳定性以及功率问题。
目前+20V电源暂时用实验室直流源代替。
其余部分实现均比较理想，没有较大问题出现。