大功率数控恒流源设计
手机数控恒流源电路设计
手机数控恒流源电路设计方案一：采用开关电源的恒流源当电源电压降低或负载电阻RI降低时，采样电阻RS上的电压也将减少，则SG3524的12、13管脚输出方波的占空比增大，从而BG导通时间变长，使电压U0回升到原来的稳定值。
BG1关断后，储能元件L1、E2、E3、E保证负载上的电压不变。
当输入电源电压增大或负载电阻值增大引起UO增大时，原理与前类似，电路通过反馈系统使U0下降到原来的稳定值，从而达到稳定负载电流I1的目的。
优点：开关电源的功率器件工作在开关状态，功率损耗小，效率高。
与之相配套的散热器体积大大减小，同时脉冲变压器体积比工频变压器小了很多。
因此采用开关电源的恒流源具有效率高、体积小、重量轻等优点。
缺点：开关电源的控制电路结构复杂，输出纹波较大，在有限的时间内实现比较困难。
方案二：采用集成稳压器构成的开关恒流源MC7805为三端固定式集成稳压器，调节R-，可以改变电流的大小，其输出电流为：L=（UouT/Rw）+Iq，式中为MC7805的静态电流，小于10mA。
当R=较小即输出电流较大时，可以忽略4，当负载电阻Rz变化时，MC7805改变自身压差来维持通过负载的电流不变。
优点：该方案结构简单，可靠性高缺点：无法实现数控方案三：单片机控制电流源该方案恒流源电路由N沟道的MOSFET、高精度运算放大器、采样电阻等组成。
利用器件MOSFET的恒流特性，再加上电流反馈电路，使得该电路的精度很高。
该电流源电路可以结合单片机构成数控电流源。
通过按键预置电流值，单片机输出相应的数字信号给D/A转换器，D/A转换器输出的模拟信号送到运算放大器，控制主电路电流大小。
实际输出的电流再通过采样电阻采样变成电压信号，A/D转换后将信号反馈到单片机中。
单片机将反馈信号与预置值比较，根据两者间的差值调整输出信号大小。
这样就形成了反馈调节，提高输出电流的精度。
本方案可实现题目要求，当负载在一定范围内变化时具有良好的稳定性，而且精度较高。
数控恒流电源的设计 测控10-2 韩凯综述
课程设计大纲学院名称电气工程与自动化课程名称传感器课程设计开课系（或教研室）测控技术与仪器执笔人韩凯审定人孙凯修（制）订日期2013-1-14山东轻工业学院课程设计任务书学院电气工程与自动化专业测控技术与仪器姓名韩凯班级测控10-2 学号201002051071 题目数控恒流电源的设计主要内容：本系统以直流电流源为核心，AT89C52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LCD1602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，再经过隔离放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管积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，再经过单片机分析处理，通过数字量形式的反馈环节，是电流更加稳定。
基本要求：[1]输出电流I o可调范围：200mA～2000mA；最大输出电压U omax：10V；[2]U i从12V变到18V时，电流调整率S I ≤4%（I o＝1000mA，负载为5Ω的条件下测试）；[3]改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，负载调整率S R≤4%（U i=15V， I o＝1000mA，负载在1Ω～5Ω条件下测试）；[4]输出噪声纹波电流≤30mA（U i =15V，U o=10V，I o=2000mA）；[5]整机效率≥70%（U i=15V，U o=10V，I o=2000mA）；[6]具有过压保护功能，动作电压U oth=11±0.5 V（U i=15V，I o=1000mA）；主要参考文献：[1]王洪君单片机原理及应用山东大学出版社 2009[2]宋戈 51单片机应用开发范例大全人民邮电出版社 2010[3]阎石数字电子技术基础高等教育出版社 2005完成期限：自2013 年 1 月7日至2013年1月13 日指导教师：孙凯系（或教研室）主任：孙涛目录摘要一、系统方案设计 (4)1.1设计任务 (4)二、方案论证与选择 (5)三、模块电路设计与比较 (6)3.1恒流源方案选择 (6)3.2反馈闭环方案选择 (7)3.3控制单元方案选择 (8)3.4电源方案选择 (8)3.5过压报警功能设计 (10)四、软件设计 (10)五、元器件清单 (16)六、心得体会 (16)七、文献参考 (17)摘要本系统以直流电流源为核心，AT89C52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LCD1602显示电流设定值和实际输出电流值。
基于单片机的数控恒流源设计-----硬件设计(DOC)
典型的串联型稳压电路见下图2所示。是由调整环节，比较放大环节，基准 环节和取样环节所组成的电压负反馈闭环系统。
取样环节：由R1、R2和R组成的分压电路。它将输出电压U0的变化取回 一部分UF（称取样电压）送刀比较放大器的基极。
构成的电路来驱动。74LS164是高速硅门CMOS器件，与低功耗肖特基型TTL (LSTTL)器件的引脚兼容。74LS164是8位边沿触发式移位寄存器，串行输入 数据，然后并行输出。数据通过两个输入端(DSA或DSB)之一串行输入；任一 输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。显示电路如下：
采用模/数转换芯片MC14433和电压跟随器实现数据采集模块。为了能够更好 地实现电路隔离，电压跟随器用运算放大器来构成， 使得其输入阻抗高，几乎不 从信号源吸收电流，输出阻抗低，可视为电压源。MC14433S片的最大输出电压
有199.9mV和1.999V两档，本系统设计选择1.999V档位
2.5辅助电路由以下几部分组成：电源模块，MCI微
控制器、键盘、显示模块、D/A转换模块、恒流源模块、数据采集模块，以下就 各电路模块给出设计方案。
2.1MCU控制方案
采用单片机作为控制模块核心。单片机最小系统简单，容易制作PCB算术
功能强，软件编程灵活、 可以通过ISP方式将程序快速下载到芯片， 方便的实现 程序的更新，自由度大，较好的发挥C语言的灵活性，可用编程实现各种算法和 逻辑控制，同时其具有功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点。
最小系统的核心为STC89C52为了方便单片机引脚的使用，我们将单片机的引
一种双极性输出大功率压控恒流源设计方案
0引言在电子仪器设备中经常要用到压控电流源，并且要求在负载变化时具有很好的稳定性。
传统的恒流源制作方法可以是利用二极管、三极管、集成稳压源的特性制作的参数稳流器、串联反馈调整型稳流电源、开关稳流源等等。
参数稳流器的输出电流范围小、稳流精度不高；串联反馈调整型稳流电源的输出电流小,效率较低；开关稳流源不仅电路复杂、元器件数量多，而且输出纹波大、可靠性较差。
考虑到以上缺点，本设计采用了普通的运放，配合三极管进行电压扩展和电流扩展，既达到了提供大输出电流的目的，而且电路结构简单，成本较低，精度较高。
1电路设计图1是本设计的原理框图，由外部的控制电压信号输入到运放构成的恒流模块中。
输出的电流经电压扩展模块和电流扩展模块后提供给负载。
电流经过采样电阻进行电流采样，获得的采样信号经由电压反馈系统模块反馈到恒流模块中进行恒流。
其中由功率模块对电压扩展模块和电流扩展模块进行供电。
田1设计原理图(1)功率模块。
选择市面上常用的开关电源对电流扩展模块提供功率输出，在其输出端并接电容以消除干扰。
由于要求双极性输出，所以选用双极性输出的开关电源可节约成本并减小体积。
在实验中，我们使用标称纹波为1%勺开关电源。
使用78、79系列三端稳压器降压后提供给电压扩展模块以提高运放的输出电压。
(2)运放恒流及电压反馈模块。
图2是运放恒流模块及电压反馈模块。
由图2可见由电流输出端采集到的经分压处理后的采样反馈信号经由运放组成的跟随器及反向器后，被送到反向加法器U4的反向端与电压控制信号相加得到运放的输出电压V3.V3计算公式为：式中 m=1+R22/R23I JI (3)电压扩展及电流扩展模块。
图3所示是电压扩展模块电路图。
由运放构成差动放大器，将恒流系统生成的信号与分压处理后的输 出电压进行比较放大，形成最后的输出电压。
系统中的三极管选择对管，以达到双极性输出的目的，此系 统开环放大倍数仅由 R17与R14的比值决定， 但经R25和R24分压反馈后，相当于放大器，其放大倍数由R25与R24的比值决定。
数控恒流源
目录、方案摘要二、作品完成功能三、系统方案论证四、硬件结构设计及实现五、软件结构设计及实现六、作品测试数据七、不足及今后改进方向八、附录总设计电路图摘要:本方案釆用AT 8 9S52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2 SC 3 997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OmA~15 0 OmA 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。
人机接口釆用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1•输出电流范围:0mA"1500mA ；2.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W给定值1 %+10 mA:3. 具有“ + ”、“一”步进调整功能，步进W20mA；4. 纹波电流W2mA；5. 自制电源二系统方案论证1. 系统总设计模块DA转换模块自制电源2. 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、OPA54 1、PA 05等；②运放+晶体三极管放大；③可调集成稳压模块，如LM317o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土4OV, 10〜1 5A的功率，性能指标也较高，完全能够满足本题要求。
功率集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圧集成芯片，通过调整其输出电圧來实现负载的恒流特性。
特点:直接利用稳压片提供所盡功率，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. 5ko. 1 5%,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。
数控直流恒流源设计方案与制作
数控直流恒流源地设计与制作本数控直流恒流源系统输出电流稳定，输出电流可在20mA~2000m/范围内任意设定，不随负载和环境温度变化，并具有很高地精度，输出电流误差范围土4mA,因而可实际应用于需要高稳定度小功率直流恒流源地领域1系统原理及理论分析1.1单片机最小系统组成单片机系统是整个数控系统地核心部分，它主要用于键盘按键管理、数据处理、实时采样分析系统参数及对各部分反馈环节进行整体调整•主要包括AT89S52单片机、模数转换芯片ADC0809 12位数模转换芯片AD7543数码管显示译码芯片74LS47与74LS138等器件.b5E2RGbCAP1.2系统性能本系统地性能指标主要由两大关系所决定，设定值与A / D采样显示值（系统内部测量值）地关系.内部测量值与实际测量值地关系，而后者是所有仪表所存在地误差•1.3恒流原理数模转换芯片AD7543是12位电流输出型，其中0UT1和OUT2是电流地输出端•为了实现数控地目地，可以通过微处理器控制AD7543地模拟量输出，从而间接改变电流源地输出电流•从理论上来说，通过控制AD7543地输出等级，可以达到1mA地输出精度.但是本系统恒流源要求输出电流范围是20mA~2000mA而当器件处于2000mA地工作电流时，属于工作在大电流状态，晶体管长时间工作在这种状态，集电结发热严重，导致晶管“值下降，从而导致电流不能维持恒定.为了克服大电流工作时电流地波动，在输出部分增加了一个反馈环节来控制电流稳定，减小电流地波动，此反馈回路采用数字形式反馈，通过微处理器地实时采样分析后，根据实际输出对电流源进行实时调节.经测试表明，采用常用地大功率电阻作为采样电阻R0，输出电流波动比较大，而选用锰铜电阻丝制作采样电阻，电流稳定性得到了改善.电路反馈原理如下图所示.p1EanqFDPw2总体方案论证与比较方案一：采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选用CPLD等可编程逻辑器件.本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统地扩展，对信号处理比较困难. 方案二：采用AT89S52单片机作为整机地控制单元，通过改变AD7543地输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管地基极电压发生变化，间接地改变输出电流地大小.为了能够使系统具备检测实际输出电流值地大小，可以将电流转换成电压，并经过ADC0809进行模数转换，间接用单片机实时对电压进行采样，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地预置以及电流地步进控制,使系统硬件更加简洁,各类功能易于实现,能很好地满足题目地要求•本方案地基本原理如图 2 所示.DXDiTa9E3d3模块电路设计与比较3.1恒流源方案选择方案一：采用恒流二极管或者恒流三极管，精度比较高，但这种电路能实现地恒流范围很小，只能达到十几毫安，不能达到题目地要求• 方案二：采用四端可调恒流源，这种器件靠改变外围电阻元件参数，从而使电流达到可调地目地，这种器件能够达到1~2000毫安地输出电流.改变输出电流，通常有两种方法：一是通过手动调节来改变输出电流，这种方法不能满足题目地数控调节要求；二是通过数字电位器来改变需要地电阻参数，虽然可以达到数控地目地，但数字电位器地每一级步进电阻比较大，所以很难调节输出电流•方案三：压控恒流源，通过改变恒流源地外围电压，利用电压地大小来控制输出电流地大小•电压控制电路采用数控地方式，利用单片机送出数字量，经过D/A转换转变成模拟信号，再送到大功率三极管进行放大.单片机系统实时对输出电流进行监控，采用数字方式作为反馈调整环节，由程序控制调节功率管地输出电流恒定•当改变负载大小时，基本上不影响电流地输出，采用这样一个闭路环节使得系统一直在设定值维持电流恒定•该方案通过软件方法实现输出电流稳定，易于功能地实现，便于操作，故选择此方案•电路原理图如图3所示.3.2反馈闭环方案选择RTCrpUDGiT方案一：采样电阻丄「上地电压-■ ■亠一，可知输出电流与采样电阻存在近似线性关系，因此可以从检测电阻，［上电压地大小来直接增减反馈深度.5PCzVD7HxA方案二：从采样电阻丄上得到一个反馈电压，由于采样电阻阻值比较小，在该电阻上地压降相应也小，为了提高系统控制地灵敏度，采用一级运算放大器对采样电压进行放大，再送到ADC0809进行A/D转换•数据由单片机系统进行相应处理，为了达到1mA步进，选用12位串行D/A转换器件AD7543可以满足题目要求，而且该芯片是采用串行数据传送方式，硬件电路简单•同时反馈系统控制灵活，易于达到1mA地步进要求•3.3控制单元方案选择由于要实现人机对话，至少要有10个数字按键和两个步进按键，考虑到还要实现其它地功能键，选用16按键地键盘来完成整个系统控制•显示部分采用8位LED数码管，而且价格便宜，易于实现•考虑到单片机地I/O端口有限，为了充分优化系统，采用外部扩展一片8155来实现键盘接口与显示功能电路原理如图4所示.jLBHrnAlLg3他1•和6W CS O46 6 OI 3US3 WEBOUTIOUT2恥A-thMD553S x-fli■**j|1-1K-»U2ZK4?・■?hbl-fZSW2ADCMK-6.4DBS占CCXZ丽S<AS)LEI™RTI*)I cgcxWE建t珈£31压控恒流源电路原理亠孝兰兰土m 亠亠■一主亠亠亠uzr>UD4 k0i EW 图4键盘及显示电路3.4电源方案选择方案一：用开关稳压电源给整机供电，此方案能够完成本作品电流源地供电 ，但开关电源比较复杂，而且体积也比较大，制作不便，因而此方案难以实现• 方案二：单片机控制系统以及外围芯片供电采用 78系列三端稳压器件，通过全波整流，然后进行滤波稳压.电流源部分由于要给外围测 试电路提供比较大地功率，因此必须采用大功率器件•考虑到该电流源输出电压在 10V 以内，最大输出电流不大于 2000mA ，由公式P=U*I 可以粗略估算电流源地功耗为20W.同时考虑到恒流源功率管部分地功耗 ，需要预留功率余量，因此供电电源要求能输出 30W 以上.为了尽量减少输出电流地纹波 ， 要求供电源要稳定，因此采用隔离电源，选用由LM338构成地高精度大电流稳压电源 •此方案输出电流精度高，能满足题目要求，而且简单实用，易于自制，故选用方案二•稳压电源原理如图5所示.3.5过压报警功能设计 为了使本数控直流电流源进一步智能化 ，考虑到要求输出电压不大于 10V ，因此系统测试部分设计了一个过压报警电路，用于对电压地实时监测 一旦有过压现象，控制器响应后会发出报警控制信号 •电路原理参见图3.4软件设计 根据实际地硬件电路，为了有效地减小纹波电流，用软件方法实现去峰值数值滤波，以减小环境参数对输出控制量地影响.软件设计主程序流程图和闭环比较子程序流程图；电流设置子程序流程图；键盘中断子程 序流程图；显示中断子程序流程图 .分别如下图所示. 根据本系统地实际要求软件设计可分为以下几个功能模块：4.1主程序模块MAIN:流程图如图6 所示.主程序负责与各子程序模块地接口和检查键盘功能号4.2闭环比较子程序模块 BIHUAN 流程图如图7所示.通过调用闭环比较子程序得出实际值与设定值地差值 ，如果是实际值大于设定值则将原来 地D / A 地入口数值减去这个差值再送去D/A 转换，如果是实际值小于设定值则把原来地D / A 地入口数值加上这个差值再送去转换 .如果输出值与设 定值仍然不一致，再将差值和设定值相加送 D/A 转换，以逐步逼近地形式使实际值和设定值相一致后通过 LED 把稳定地实际值显示出来.而逐步逼近.这也是结构化程序地要点（合理设置程序地顺序结构）通过键盘设置电流地大小，因为本系统最大输出电流是 2000m A ,所以该子程序兼有电流设 本系统采用外部中断1来实现实时扫描，使程序及时响应按键请求而无需顾虑其它程序无法考虑定时刷新显示，使得该显示子程序简单灵活，适用性广 .因此对本系统进行了全面地测试 ，分别为输出电流测试、步进电流测试、工作时间测试、负载阻值变化测试、纹波电流测试 .本系统测试采用地仪表如下：当测试系统电流分别 0〜200mA 和200mA ~2000mA 时，分别采用数字表DT 9801地200mA 档和10A 档.测试电压采用数字表XB-9208B 地2V 档和20V 档.测试纹波电流采用低频毫伏表DA — 16D 来测试纹波电压，但当测量值 与对应量程相差较大时，会有一定地误差.XHAQX74J0X 过程中地实际值不送显示因此减少了实际显示值地不稳定4.3电流设置子程序模块 SETUP 流程图如图8所示. 置合法性，也就是说设置电流不能大于 2000m A . 4.4键盘中断子程序模块 KEYSCAN 流程图如图9所示. 模块运行情况. 4.5显示中断子程序模块 LED:流程图如图10所示. 本系统采用定时中断 0来实现逐位动态显示,每位显示间隔固定为 2ms,使LED 输示非常稳定 5数据测试及分析数据测试是反映系统性能地重要指标比较以上两种方案地优缺点图2系统原理框图 ,方案二简洁、灵活、可扩展性好 能达到题目地设计要求，因此采用方案二来实现.LDAYtRyKfE03L M?4iO S9寻f-itOV=J二上』启血二5如加LM7SG5l\3 30fiu5稳压电源原理图9键盘中新子程序流程图版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article in eludes some parts, in cludi ng text, pictures, and desig n. Copyright is pers onalOWn ership. rqynMZNXI用户可将本文地内容或服务用于个人学习、研究或欣赏，以及其他非商业性或非盈利性用途，但同时应遵守著作权法及其他相关法律地规定，不得侵犯本网站及相关权利人地合法权利.除此以外，将本文任何内容或服务用于其他用途时，须征得本人及相关权利人地书面许可，并支付报酬.EmxvxOtOcoUsers may use the contents or services of this article for pers onal study, research orappreciation, and other non-commercial or non-profit purposes, but at the sametime, they shall abide by the provisi ons of copyright law and other releva nt laws, and shall not infringe upon the legitimate rights of this website and its releva nt obligees. In additi on, whe n any content or service of this article is used for other purposes, written permission and remuneration shall be obtained from thepers on concerned and the releva nt obligee. sixE2yxpq5转载或引用本文内容必须是以新闻性或资料性公共免费信息为使用目地地合理、善意引用，不得对本文内容原意进行曲解、修改，并自负版权等法律责任.6ewMyirQFLReproducti on or quotati on of the content of this article must be reas on able and good-faithcitatio n for the use of n ews or in formative public free in formati on. It shall not misi nterpret ormodify the orig inal inten ti on of the content of this article, and shall bear legal liability suchas copyright. kavu42VRus。
数控恒流源的设计与实现
数控恒流源的设计与实现熊 建 (成都电子机械高等专科学校 四川 成都 610031)摘 要:恒流源在实际工程中是一种用途广泛的检测设备。
本设计基于AT89s51作为核心控制模块,通过D/A变换实现输出电流可调,采用精密运算放大器和达林顿管进行扩流,设计出了能精确输出20mA～2000mA数控可调直流恒流源。
关键词:AT89s51 恒流源 D/AAbstract:Const current s ource is a widely used detecti on facilities in engineering.This design is based AT89s51cli p as the core of contr ol,using D/A conversi on t o perfor m the trans2 fer of the out put current,adop ting p recise operati onal a mp lifier and Darlingt on transist or t o a m2 p lify the current.A t last W e designed the digital contr olled const current s ource with p recise out put fr om20mA t o2000mA.Key words:AT89s51 const s ource D/A中图分类号:T N710 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。
本文主要介绍了数控恒流源的硬件电路和软件设计,同时给出了系统测试结果,实现了在20mA～2000mA的电流范围内,电流恒定为1mA 的准确度。
1 硬件电路设计本系统的硬件部分主要包括三大部分:DA 和AD转换电路、恒流源电路和键盘电路。
大功率精密恒流源系统设计
大功率精密恒流源系统设计作者：耿振野鲍学良陈广秋来源：《中国新技术新产品》2010年第13期摘要:本文采用嵌入式控制器设计并制作了一智能化的数控直流电流源,该电流源在工频输入,输出直流电压小于10V的情况下,通过调整加键和减键可使输出电流在200mA～2000mA范围内连续可调,且在改变负载电阻的情况下输出电流的精度可达到0.05%,纹波电流小于2mA;所设计的电流源具有输出稳定,精度高,使用操作简单,功能扩展方便,效率高等特点。
关键词:嵌入式控制器;过流保护;接口电路;键盘显示1 概述恒流亦可叫稳流,意思相近,一般可以不加区别。
与恒压的概念相比,恒流的概念就难于理解一些了,因为日常生活中恒压源是多见的,蓄电池、干电池是直流恒压电源,而220V交流电,则可认为是一种交流恒压电源,因为它们的输出电压是基本不变的,是不随输出电流的大小而大幅变化的。
恒流源性能的主要参数如下:1.1 稳流系数Si:在负载和环境温度保持不变的条件下,输出电流的变化量与输入电压的变化量之比称为恒流源的稳流系数,并以Si表示。
输出电阻Ro:在输入电压和环境温度保持不变的条件下,输出电流的变化量和输出电压的变化量之比的倒数称为恒流源的输出电阻(即等效内阻)并用Ro表示。
1.2 电流温度系数 I:在输入电源电压和负载电阻保持不变的条件下,输出电流的变化量和环境温度的变化量之比值称为恒流源的电流温度系数,并记以 I表示。
1.3 电流稳定度Yi:上述定义的三个参数外,在使用中,对恒流源质量最直接的评述标准应该是输出电流自身的相对变化(当上述三个条件不变的情况下),叫电流稳定度,记作Y(i)。
2 系统组成和工作原理本文所设计的数控直流稳流电源由整流滤波,调整电路,输出电压电流取样电路,电压比较放大电路,控制器,数字电位器等几部分组成,原理方框图如图1所示:具体的工作原理为:输入交流电经变压器降压,整流滤波和三端稳压器稳压后产生12伏输出作为辅助电源,提供给运放及后续电路使用,当输入电压由于电源电压或负载电流变化引起变动时,则变动的信号经稳压取样电路与基准电压相比较,其所得误差经比较放大器放大后,再经放大电路控制调整管使输出电压调整为给定值。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
２０１０．１
九江职业技术学院学报
（彭雪峰：大功率数控恒流源设计）
大功率数控恒流源设计
彭雪峰，严春平
（九江职业技术学院，江西九江３３２００７）
摘要：恒流源在实际工程中是一种用途广泛的检测设备。以ＡＴ８９Ｓ５２作为核心控制模块，通过Ｄ／Ａ
变换实现输出电流可调，采用精密运算放大器和达林顿管进行扩流，设计出能精确输出
２０ｍＡ一２０００ｍＡ数控可调直流恒流源。
关键词：恒流源；ＡＴ８９ｓ５２；Ｄ／Ａ
中图分类号：ＴＭ９３３文献标识码：＾文章编号：１００９—９５２２（２０１０）０ｌ一００２７一０２
本文主要介绍了数控恒流源的硬件电路和软件设计，同时给出系统测试结果，在２０ｍＡ一２０００ｍＡ范围内，电流恒定为ｌｍＡ的准确度。１、硬件电路设计本系统的硬件部分主要包括三大部分：ＤＡ和ＡＤ接口电路、键盘与液晶显示电路、恒流源电路、信号放大和调理电路。本系统的设计框图如下。图ｌ系统总体框图通过键盘对电流值进行预置，单片机输出相应的数字信号，经过Ｄ／Ａ转换，信号放大，压控恒流源输出相应大小的电流信号。压控恒流源部分是一个闭环负反馈系统，适当地选择器件参数可以使系统达到稳定，从而实现恒流。实际输出的电流值通过采样放大，Ａ／Ｄ转换，将信号反馈到单片机中，在输出电压过大的时候可以控制继电器实现保护。液晶显示屏同时显示预设值和实际输出值。（１）电压调整方式常见的电压调整方式有多种选择，而ＤＡ芯片的稳定性好精度高，ＰＷＭ滤波模拟ＤＡ的电路电压稳定性不好，而
且输出电压还受单片机电源影响，所以选择专用１２位ＤＡ
芯片ＭＡＸ５３９，外接高稳定电压基准源，输出电压稳定，并
且三线的ＳＰＩ接口占用口线少。图２中Ｖｏｕｔ输出调整电压。
图２ＤＡ输出调整电压
（２）闭环反馈
实现稳压的反馈常用有两种，宁愿选择模拟运放反馈
的，电压调整率好。更稳定。采用１２位串行ＡＤ转换芯片
ＭＡＸｌ８７对输出电压值采样。图３为ＡＤ采样电路。
４
孵
蕊Ｚ凹堡
Ｇｏ∞盯．璺业．丛妒
…Ｍ啦！旷１一
图３ＡＤ采样电路
收稿日期：２００９—０９—２０
作者简介：彭雪峰（１９７９一），硕士，九江职业技术学院电气工程学院教师。
万方数据
２８九江职业技术学院学报Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ
Ｊｉｕｊｉａｎｇ
Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ＆Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ
Ｃｏｌｌｅｇｅ
２０１０．１
（３）保护功能
实验用的电源，负载不确定，经常会出现短路，必须要
加短路保护功能。采用限流式断路保护电路，就是当负载阻
抗很小时，把电流限制在设定的数值上，短时间工作在大电
流恒流状态，这样启动电流大的负载也能稳定的工作，如果
输出电流一直大，那么功率管会很快温度升高，当升高到预
Ｎ
定保护值时，温度保护启动，强制关断电源。
（４）恒流源电路设计
压控恒流源是系统的重要组成部分，它的功能是通过控
制电压的变化来控制电流，它的性能决定了本恒流源的性
能。这部分是将控制部分送来的电流控制字数据转换成稳定
电流输出。它由误差放大器ＴＬ０８２、低通滤波网络（Ｒｌ、
Ｃ１、ＣＰｌ组成）、调整管￥８０５５、负载电阻ＲＬ和采样电阻
Ｒ３组成。根据负载是否接地，功率运放组成的压控电流源
有两种基本形式：浮动负载电流源和接地负载电流源。负载
接地的电流源实际上是取样输入信号和反馈误差信号的差分
放大器，由于负载接地，所以有很好的稳定性。图４为恒流
源部分输出原理图。
图４恒流源部分输出
２、系统软件设计
（１）主程序
在系统通电后，主程序首先完成系统初始化，其中包括
ＭＡＸｌ８７、ＭＡＸ５３９、定时／计数器等工作状态的设定，给系
统变量赋初值等。然后定时扫描获取键值，判断确认键是否
按下，执行相应的功能子程序。根据预置值计算对应输出的
数字量送给Ｄ／Ａ，进而控制压控电流源输出，再采集实际
的电流输出值送给Ａ／Ｄ。达到对输出的电流值进行闭环控
制的目的。软件的主程序流程图如图５所示。
（２）子程序
图５主程序流程图
包括预置、调整和显示等子程序。预置子程序的主要功能
是根据用户的要求设置该电流源的输出值，通过键盘上的数字
键完成；调整子程序的功能是实现输出电流值的步进和步退，
通过键盘上的步进键和步退键完成；显示子程序的功能是把用
户的预置值和电流源的实际输出值送到液晶显示器显示。
３、实验结果
影响输出电流稳定的参数很多，如电源的变化（源效应），
负载的变化（负载效应），采样电阻的变化，Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ的影
响，环境温度的变化，噪声（纹波），运放的漂移等等。经过对
制作出的样机进行实际的测试，当给定某一设定的电流值时，
输出电流稳定且误差控制在１％以内。测试结果见表１。
表１电流源的测试结果
４、结论
系统以ＡＴ８９Ｓ５２为核心，采用模块化设计数控直流恒
流源，可根据用户需要输出恒定的电流值。输出参数较精
确，由于Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ均采用了１２位，电流输出步进小于
ｌｍＡ，纹波几乎为０。
Ｄｅｓｉｇｎ
ｏｆＨｉｇｈＰｏｗｅｒＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄ
Ｃｏｎｓｔａｎｔ
ＣｕｒｒｅｎｔＳｏｕｒｃｅ
ＰＥＮＧ
Ｘｕｅ—Ｆｅｎｇ，ＹＡＮＣｈｕｒｌ—Ｐｉｎｇ
（ＪｉｕｊｉａｎｇＶｏｃａｔｉｏｎａｌａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉｕｊｉａｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ，３３２００７）
Ａｈ出穗ｃｔ：ｃｏｎｓｔａｎｔ
ｃｕｒｒｅｎｔ
８０ｌｌｉｖ，，，ｅ
ｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｄｅｖｉｃｅｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｔｈｉｓｄｅｓｉｇｎ，ｕｓｉｎｇＡＴ８９Ｓ５２ｔｈｅ
ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｃｏｒｅ，ａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｏｕｔｐｕｔｂｙＤ／ＡＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，ａｎｄａｍｐｌｉｆｙｉｎｇｔｈｅｃ：ｕｒｒｅＩｌｔｂｙｐｒｅｃｉｓｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌａｍｐｌｉｆｉｅｒ
ａｎｄＤａｒｌｉｎｇｔｏｎｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ。ｃａｎｇｉｖｅｏｕｔｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔｔｈａｔｂｅｐｒｅｃｉｓｅｌｙａｄｊｕｓｔｅｄｆｒｏｍ２０ｍＡｔｏ２０００ｍＡ．
Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｓｔａｎｔ
ｃｕｒｒｅｎｔ
ｓｏｕｒ（圯，ＡＴ８９Ｓ５２，Ｄ／Ａ
万方数据
大功率数控恒流源设计
作者：彭雪峰， 严春平， PENG Xue-Feng， YAN Chun-Ping
作者单位：九江职业技术学院,江西九江,332007
刊名：
九江职业技术学院学报
英文刊名：JOURNAL OF JIUJIANG VOCATIONAL AND TECHNICAL COLLEGE
年，卷(期)：2010(1)
1. 李婷婷.李洪波.LI Ting-ting.LI Hong-bo 数控大功率精密恒流源设计[期刊论文]-通信电源技术2006,23(5)
2. 李相锋.郭前岗.孟彦京.邓震峰.LI Xiang-feng.GUO Qian-gang.MENG Yan-jing.DENG Zhen-feng 基于
dsPIC30F4012数字信号控制器PWM功能的数控恒流源设计[期刊论文]-陕西科技大学学报（自然科学版）2008,26(1)
3. 吴志祥.徐磊.方晓毅.彭颖.WU Zhi-xiang.XU Lei.FANG Xiao-yi.PENG Ying 数控恒流源设计[期刊论文]-常州
工学院学报2006,19(4)
4. 耿振野.鲍学良.陈广秋 大功率精密恒流源系统设计[期刊论文]-中国新技术新产品2010(13)
5. 黄雷.贾兴.于治国.赵娟.Huang Lei.Jia Xing.Yu Zhiguo.Zhao Juan 高稳定度大功率交流恒流源设计[期刊论
文]-国外电子测量技术2009,28(3)
6. 钟乃元.高飞.Zhong Naiyuan.Gao Fei 大电流高精度恒流源[期刊论文]-电子测量技术2007,30(9)
7. 刘晓娟.赵庆明.唐君明.刘颜琼.王明哲.于晓微.Liu Xiaojuan.Zhao Qingming.Tang Junming.Liu Yanqio.
Wang Mingzhe.Yu Xiaowei 基于单片机的数控恒流源设计[期刊论文]-哈尔滨师范大学自然科学学报2008,24(6)
8. 薛小铃.XUE Xiao-ling 新型高精度数控恒流源的设计[期刊论文]-闽江学院学报2010,31(5)
9. 欧阳明星.OUYANG Ming-xing 多路输出精密电镀恒流源设计[期刊论文]-电测与仪表2007,44(12)
10. 王明哲 基于单片机的数控恒流源设计[期刊论文]-黑龙江科技信息2010(30)
引用本文格式：彭雪峰.严春平.PENG Xue-Feng.YAN Chun-Ping 大功率数控恒流源设计[期刊论文]-九江职业技术
学院学报 2010(1)