大功率数控恒流源设计

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。

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。

系统需要多个电源，单片机、D/A使用+5V稳压电源，运放需要+15V稳压电 源。此外，主电源+VC（要为负载提供电流与电压，需要具有较大输出功率。 方案一：分立元件构成直流电压源
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

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。

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. 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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。

目录1 选题介绍 (1)1．1 指选题背景 (1)1．1.1 电流源简介 (1)1．1.2 数控电流源的重要性 (1)1．1.3 数控电流源的可行性 (1)1．2 指导思想..................................................................... 错误!未定义书签。

1．3 方案论证.. (3)1．4 基本设计任务 (3)2 电路设计 (4)2.1 总体方框图 (4)2.2 工作原理 (4)3 各主要电路及部件工作原理 (5)3.1 555单稳态触发电路 (5)3.2 D/A转换器 (6)3.3 恒流源电路 (7)3.4 译码器及显示电路 (8)3.4.1总电路图 (8)3.4.2 数码管 (9)3.4.3 CD4511 (10)4 原理总图.......................................................................... 1错误!未定义书签。

5 元器件清单........................................................................ 1错误!未定义书签。

6 调试过程及测试数据........................................................ 1错误!未定义书签。

6.1 测试仪器............................................................ 1错误!未定义书签。

6.2.指标测量............................................................ 1错误!未定义书签。

7 小结 .................................................................................... 1错误!未定义书签。

代码：LG-3-本-D2021年TI杯四川省大学生电子设计竞赛设计报告书设计题目：高效数控恒流电源〔D题〕参赛队代码：LG-3-本-D竞赛时间：2021-7高效数控恒流电源〔D题〕摘要本数控恒流源系统主要由恒流源控制电路、DC/DC变换电路和单片机控制局部三个功能模块组成。

恒流源控制电路由硬件闭环稳流电路实现输出电流的稳定控制。

DC/DC转换模块采用单端正激式DC/DC变换电路，可实现降压和升压的功能，扩大输入电压范围至8-20V。

单片机控制模块以MSP430单片机为控制核心，结合键盘、DAC和LCD实现系统的控制和显示功能。

一、总体方案设计1、方案论证与比拟〔1〕恒流源电路方案方案1：采用软件闭环控制方式。

键盘预置电流值，经MCU处理后送入DAC将其转换为电压信号从而控制输出电流。

采样电路采集实际输出电流值，再经过ADC转换送回单片机，与预置电流值进行比拟并通过适当的控制算法，调整输出电流值使其与设定电流值相等，从而构成闭环控制系统。

方案2：采用硬件闭环控制。

硬件的闭环稳流的典型电路如图1所示，根据集成运放的虚短概念，可得到：I L≈Vi/R1式中I L为负载电流，R1为取样电阻，Vi为运算放大器同相端输入信号。

假设固定R1，那么I L完全由V i决定，此时无论Vcc或是R L发生变化，利用反应环的自动调节作用，都能使I L保持稳定。

方案1最大的问题是：假设输入电源电压或负载发生变化，都需要经过一段时间调整后才能使电流稳定。

而方案2硬件电路不仅简单而且又能快速得实现稳定的电流输出，故本系统采取方案2。

图1 硬件闭环稳流电路〔2〕DC/DC电压转换电路方案最根本的斩波电路如图2所示，斩波器负载为R。

当开关S合上时，U out=U r=U in，并持续t1时间。

当开关切断时U out＝U r＝0，并持续t2时间，T＝t1＋t2为斩波器的工作周期，斩波器的输出波形如图1〔b〕所示。

定义斩波器的占空比D＝t1／T，t1为斩波器导通时间，T 为通断周期。

智能大功率软启动恒流源的设计
 电源启动过程中瞬时电流冲击很大，对电源和器件的使用寿命有很严重的影响，采用良好的控制方法对启动电流进行控制以减小其危害，使启动过程中无瞬间冲击且能连续变化，是电源启动控制中关键的一步。

电源软启动方式就是控制输出电压和电流，使负载的电压和电流渐增。

对于线性时不变模型的被控对象适当整定PID 参数可获得较满意的控制效果，可以很好地解决电流过大的问题。

PID 控制能很好地解决启动过程中震荡和超调的问题，可以更好地保护电源，且启动可靠、稳定性强。

采用单片机作为控制器，编程灵活、性价比较高，易实现人机界面管理。

利用软件调整系统的非线性，以降低实测值与设定值之间的偏差。

电源电压或电流的波动、电路元件的老化、环境温度等因素都将影响电源的稳定性。

为了稳定地控制电源功率，该方案采用基于单片机的高速AD、DA 数据采集系统，并采用PID算法实现大功率电源的软启动，系统采用PID 电压采样反馈控制输出电流的恒定不变，精度较高、响应速度较快、灵活性较好、稳定性较高。

1 大功率精密恒流源的实现
1.1 电源系统设计
以单片机为核心，完成以下功能：处理键盘输入数值，包括电路预定值和”+” 、”-” 步进；控制数LCD 显示预定值和实际值；控制ADC 和。

大功率恒流源的设计设计要求：1. 输出功率达600W,输出电压可调的恒流源；2. 输出电压有效值：24～48V （之间随意值均可）；对应输出电流：25～12.5A ；3. 输出电压频率：f ＝50～100Hz （可设置，分辨率为1 Hz ）；4. PWM ，D 类功放；5. 单片机控制LCD 显示电压电流值。

系统原理框图：D 类功放模块方案方案一：首先产生50～100Hz 正弦波信号，将其与频率为数十千赫的三角波信号分别加到电压比较器的正反相输入端进行调制，产生脉宽可变的调制波，调制波的包络线为50～100Hz 的正弦波形。

将调制波进行开关放大，输出功率信号，最后滤波电路，得到低频率的50～100Hz 大功率电压信号。

信号发生器 D 类功放 负载测量MCU 控制及LCD 显示 大功率电源H桥也可用单电源供电要想达到600W的输出功率，大功率电源必须可以提供600W的功率才行，要实现输出电压可调，则需要VCC可调，此处打算采用电压可调的开关电源供电。

单电源供电可生成±VCC的高频脉冲信号；双电源供电则可生成±2VCC的高频脉冲信号，便于得到更大的功率。

此方案的问题是：通过四个大功率开关管组成的H桥后，负载电阻上的电压是浮着的，从测量安全考虑需要有接地端。

负载输出问题有两个方案:1.可以采用分压的方式来进行转换，并联上大电阻就可以忽略其分流作用，这样输出端子的电压和负载两端的电压还需要一个倍数转化的关系。

2.利用变压器进行隔离，使输出有接地端。

差分比例运算电路（极性转换）本设计采用变压器进行浮地转换。

系统测量模块：电流测量：通过电流互感器。

电压测量：分压之后进行采样。

数控恒流源的设计与制作一，解析课题设计并制作一个数控恒流源电路，数控恒流源电路原理图如下图所示。

数控恒流源是指在给定的数字量控制下，负载电阻阻值在一定范围内调节变化时输出电流恒定不变，改变控制数字量，输出恒定电流不随负载改变。

二，设计原理四，单元电路元器件选择（1）计数器采用74HC161计数器。

74HC161的主要功能：1，异步清零功能：当CLR 的反为零时，不论有无时钟脉冲CLK和其他信号输入，计数器被清零，即Qd～Qa都为0。

2，同步并行置数功能：当CLR的反=1，LOAD的反=0时，在输入时钟脉冲CLK上升沿的作用下，并行输入的数据dcba被置入计数器，即Qd～Qa=dcba。

3，计数功能：当LOAD的反=CLR的反=ENP=ENT=1，当CLK端输入计数脉冲时，计数器进行二进制加法计数4，保持功能：当LOAD的反=CLR 的反=1时，且ENP和ENT中有”0“时，则计数器保持原来状态不变。

（2）驱动译码器采用74HC4511芯片。

74HC4511将输入BCD标准代码变换成驱动七段数码管所需的码信号，其中四线A～D为BCD码输入端，高电平有效，A为低位输入端，D为高位端，七段a～g输出高电平以驱动共阴极数码管发光。

LE为锁存控制端，高电平时能够锁存输入的BCD码。

LT为灯测试反相控制端，BI为消隐反相控制端。

（3）数模转换器DAC0832是采样频率为8位的D/A转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要（如要求多路D/A异步输入、同步转换等）。

DAC0832中有两级锁存器，第一级锁存器称为输入寄存器，它的锁存信号为ILE;第二級锁存器称为DAC 寄存器，它的锁存信号为传输控制信号。

因为有两级锁存器，DAC0832可以工作在双缓冲器方式，即在输出模拟信号的同时采集下一个数字量，这样能有效地提高转换速度。

此外，两级锁存器还可以在多个D/A转换器同时工作时，利用第二级锁存信号来实现多个转换器同步输出。

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。

高效数控恒流源设计报告一、引言数控恒流源（Numerical Control Constant Current Source）是一种广泛应用于电子设备和工业生产中的电源设备，主要用于稳定输出恒定的电流信号。

在很多应用场景中，对电流的精确控制和稳定性要求较高。

本文将介绍一种高效数控恒流源的设计方案，并详细讨论其工作原理、电路结构和性能指标。

二、设计方案2.1 工作原理数控恒流源的工作原理基于负反馈机制，通过对输出电流进行监测并与设定值进行比较，调整反馈回路中的控制信号，使输出电流保持在设定值附近。

典型的数控恒流源由四个主要部分组成：直流电源、电流检测电路、比较器和功率调节器。

2.2 电路结构本设计方案采用基本的电流控制回路，电路结构如下：电路示意图电路示意图主要组成部分包括：•直流电源：提供基准电压以供电路工作。

•电流检测电路：通过高精度电流传感器对输出电流进行实时监测，并输出检测信号。

•参考电流源：提供设定值参考电流作为比较器的输入。

•比较器：将检测信号与设定值参考电流进行比较，并产生误差信号。

•误差放大器：对比较器输出的误差信号进行放大，以提供足够的调节信号给功率调节器。

•功率调节器：根据误差信号的大小和方向，控制输出电流的大小和稳定性。

2.3 性能指标为了评估数控恒流源的性能，我们需要考虑以下指标：•稳定性：输出电流的稳定性是衡量数控恒流源性能的重要指标，要求输出电流在设定值附近波动幅度小。

•精度：指数控恒流源输出的电流与设定值之间的偏差程度，要求尽可能小。

•响应速度：数控恒流源对于设定值的改变能够快速响应并调整输出电流，要求响应速度较快。

•效率：数控恒流源的电能转换效率，要求尽可能高。

三、实验步骤3.1 集成电路选择和布局设计为了实现高效的数控恒流源设计，我们首先需要选择适合的集成电路并进行布局设计。

考虑到稳定性和性能需求，我们选择了XXX型号的集成电路，并根据电路结构进行布局设计。

3.2 元器件选型和连接根据设计方案，选择适合的元器件，并根据电路结构进行连接。

高效数控恒流源设计报告最终版本报告主要介绍了一种高效数控恒流源的设计方案，该方案采用了一种基于集成电路控制的恒流源电路，其具有响应速度快、精度高、稳定性好等优点，可以用于正负载电压变化大的场合，能够有效地提高恒流源的输出精度和稳定性。

本报告结合具体设计实例，详细介绍了该恒流源电路的设计原理、电路结构、参数选择等关键技术，以及在实验验证中的性能表现。

本文旨在为电子工程师和研究人员提供参考，供其在设计和应用过程中参考。

一、方案设计原理在电子设备中，恒流源作为一种重要的电源单元，通常用于需要稳定电流输出的场合，例如电池充电、LED 灯驱动、电流测量等等。

传统的恒流源通常采用电阻调节电流大小，但这种方式存在电流漂移大、电阻热耗大、温度漂移大等缺陷。

为解决这些缺陷，本设计方案采用了一种基于集成电路控制的电路方案。

该电路的基本原理是利用采样电阻将负载电流转化为一个电压信号，然后经过运算放大器等电路进行放大，再利用控制器对输出电压进行控制，以保证输出电流的大小。

其中，控制器可以选用数字型或模拟型，数字型采用微处理器或FPGA芯片，更能提高设备的灵活性和精度；而模拟型则采用集成运算放大器，实时控制输出电流。

这种电路方案具有响应速度快、精度高、稳定性好等优点，能够满足大部分恒流源的应用需求。

二、方案设计细节1. 采样电阻的选取采样电阻是恒流源电路中的重要元器件之一，它起到将负载电流转化为电压信号的作用。

为保证其响应速度和精度，需要选用阻值尽可能小、精度尽可能高的采样电阻。

同时，为避免采样电阻过小导致的功耗过大和温度漂移过大，还需根据负载电流和制程工艺等因素进行合理的选择。

2. 运算放大器的设计由于采样电阻的阻值较小，其输出电压也相应很小，需要经过放大才能得到较大的量级。

因此，在电路中采用高精度的运算放大器进行放大，并对其负载容量、增益稳定等因素进行严格控制，以保证输出电压与输入电流之间的比值达到恒定。

3. 控制器的选取恒流源的控制器可以选择数字型或模拟型，其中数字型采用微处理器或FPGA 芯片，更能提高设备的灵活性和精度；而模拟型则采用集成运算放大器，实时控制输出电流。

一种数控恒流源电路的设计
0 引言
恒流源是能够向负载提供恒定电流的电源，也称作稳流源或者电流源。

当前，数控恒流源的应用，随着电子技术的发展使用范围越来越广，在电子测量仪器、激光、传感技术、超导、现代通信等高新技术领域，恒流源都被广泛应用，且发展前景较为良好。

同时，也不仅局限于此，目前，急需迫切解决的工业需求是，数字化在工业生产中采集的模拟信号量，并将其作为控制信号的恒定电流，并参与到下一级生产的控制当中。

1 系统的结构与原理
变压整流、单片机控制部分、D/A 与A/D 转换电路、供电部分、显示器或键盘接口电路、恒流源电路等，本数控恒流源便由以上的几个部分组成。

该系统还能实现人机交流，主要是通过LED 数码管和小键盘来实现的，LED 数码管显示电流值以及一些相对应功能，而小键盘则可以实现人为的来控制恒流源输出，即当未小键盘控制下的状态时，用户的输入状态会被显示，而当为A/D 采样控制时，主要控制部分器件包括：模数转换芯片、键盘显示接口芯片、单片机、驱动芯片、8 位数模砖和芯片等。

核心的控制芯片采用AT89C51 通用单片机，主要因为其功能完备、性能较为稳定，具有较低的成本，是首选的小型控制系统核心控制芯片。

利用A/D 采样处理交由D/A 输出，可以在键盘与电路之间进行通信，而8279 管理键盘与电路，使得处理器的负担减轻，单片机的口线和时间被显示电路与键盘过多占用的问题，也能够得到结局。

系统总体框图(如图1)。