几种简单的恒流源电路

几种简单的恒流源电路

恒流电路应用的范围很广，下面介绍几种由常用集成块组成的恒流电路。

1.由7805组成的恒流电路，电路图如下图1所示：

电流I＝Ig＋VOUT/R，Ig的电流相对于Io是不能忽略的，且随Vout，Vin及环境温度的变化而变化，所以这个电路在精度要求有些高的场合不适用。

2.由LM317组成的恒流电路如图2所示，I＝Iadj＋Vref/R（Vref＝1.25）,Iadj的输出电流是微安级的所以相对于Io可以忽略不计，由此可见其恒流效果较好。

3.由PQ30RV31组成的恒流电路如图3所示，I＝Vref/R(Vref＝1.25),他的恒流会更好，另外他是低压差稳压IC。

摘要：本文论述了以凌阳16位单片机为控制核心，实现数控直流电流源功能的方案。设计采用MOSFET和精密运算放大器构成恒流源的主体，配以高精度采样电阻及12位D/A、A/D转换器，完成了单片机对输出电流的实时检测和实时控制，实现了10mA～2000mA 范围内步进小于2mA恒定电流输出的功能，保证了纹波电流小于0.2mA，具有较高的精度与稳定性。人机接口采用4×4键盘及LCD 液晶显示器，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能。

关键字：数控电流源 SPCE061A 模数转换数模转换采样电阻

一、方案论证

根据题目要求，下面对整个系统的方案进行论证。

方案一：采用开关电源的恒流源

采用开关电源的恒流源电路如图1.1所示。当电源电压降低或负载电阻Rl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BG1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、E4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U0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Il的目的。

图 1.1 采用开关电源的恒流源

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

系统电路构成如图1.2所示。MC7805为三端固定式集成稳压器，调节，可以改变电流的大小，其输出电流为：

，式中为MC7805的静态电流，小于10mA。当较小即输出电流较大时，可以忽略，当负载电阻变化时，MC7805改变自身压差来维持通过负载的电流不变。

图 1.2 采用集成稳压器件的恒流源电路

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，其电路原理图如图1.3所示。利用功率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。

图1.3 恒流源电路

该电流源电路可以结合单片机构成数控电流源。通过键盘预置电流值，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。

基于上述方案比较和题目的要求，采用了方案三。

二、详细软硬件设计

根据题目要求和上述论证，确定的系统框图如图2.1。

图2.1 系统框图

硬件连接图如图2.2，本系统中SPCE061A的IOA8～15，IOB12～15为复用端口。

图2.2 系统硬件连接图

1、硬件设计

（1）单片机控制电路

本系统采用SPCE061A单片机作为控制核心。SPCE061A是16位单片机，指令周期短，工作速率快，功耗低，具有丰富的片上资

源，集成了可编程音频处理电路，可以在线下载，易于调试。尤其是其语音播放功能对增加语音报警功能提供了很大的方便。

（2）A/D，D/A接口设计

根据题目要求，数控直流恒流源的精度为1mA，所以至少需要11位的A/D转换器和D/A转换器。

A/D转换采用BB公司的ADS7816构成的转换电路，如图2.3。ADS7816是12位串行模/数转换器，采样频率高达200kHz，转换所需时间短，转换精度高。ADS7816转换器将采样电阻上的电压转换成数字信号反馈给单片机，单片机将此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。同时，A/D采样回来的电流经过单片机处理传送到LCD，可以显示当前的实际电流值。

图2.3 A/D接口电路

D/A转换采用12位DAC7625P构成的转换电路，如图2.4。DAC7625P具有较高的精度。D/A转换电路主要负责把单片机输出的控制信号送给高精度运算放大器，控制电流源输出电流大小。

图2.4 D/A接口电路

设D/A转换器的参考电压为，键盘输入数字量为D，D/A转换输出的模拟电压 =。

选择参考电压 =2.5V，采样电阻 1.2207。当输入数字量加1，模拟增加量

△V= V=0.61mV

则输出电流变化

=0.5mA

即D/A转换器数字输入量每增加数值1，恒流源输出电流增加0.5mA。因此为实现步进功能，每按一次步进"+"键，单片机送给D/A转换器的输入数字量D加2，从而输出电流加1mA，实现了电流步进1mA的要求。步进减1mA同理。当键盘设置输出电流大小为I时，单片机送给D/A转换器的数字量为2×I，使得电流源电路输出电流为I。然而这只是理想情况，实际电路由于种种原因，实际输出电流不会完全等于理论计算值，此时电流反馈控制起了关键作用。单片机通过分析A/D转换的数值，得到电路实际输出的电流大小，对D/A转换器的给定数字量进行调整，使得输出电流大小更精确。

（3）恒流源电路

恒流源电路是系统的重要组成部分，其电路原理图如图2.5所示。主要由高精度运算放大器，MOSFET，采样电阻等组成。