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1、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/RVref = 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
2、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4X4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
3、。 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。15R5+129(ULS5R43KRl I43K1： 121_C2 十CL 01甘6A uoBG2rTwoVR1Q LOE_| C4 土 51
4、00p1BG1-6277LL 八、/lOOOur-5E42Cu也匚Z1ioooUF10/160W亠Cl 0. OluUref+12V _ W电OP-OT-12VDI4 MBR20100SG3524L 31+ E1 a lOu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。MC7
5、805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：锹)+人，式中人为MC7805 的静态电流，小于10mA。当较小即输出电流较大时，可以忽略人，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。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。JIRFP460案岸电阻RS1 .2207图 1.3恒流源电路该电流源电路可以结合单片机构成
6、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。系统框图硬件连接图如图2.2，本系统中SPCE061A的IOA815, I0B
7、1215为复用端口。IQAOIOBODBSI0A1I0B1DB9I0A2I0B2DB10I0A3I0B3DB11I0A4IOBS/RESETI0A5I0B9/LDACI0A6IOB10R/WIQA7SPCE061A I0B115, DAC7625PI0B4I0A8DBOI0B5I0A9DB1I0B6IOA10DB2I0B7IO AllDB3I0B12I0A12DB4I0B13I0A13DB5I0B14I0A14DB6I0B15I0A15DB7职4键盘XDCLKADS7816 /CSOUTKIOA1310 Al 410 Al 310 Al 2I0A1110 AsIQE14I0E13jCS AO
8、R/W EP DBO DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7SPLC501液晶显示器图 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。 DCLKV+IN+IN*VREFOUTGNDCS/SDADS816U6 I0B145I0B13GND图 2.3A/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
9、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。VrefGNDI0A8VREFHVREFLOUTBVOUTCOUTftTOUTDwGNDNIC肚SETCSLDAC勲DBOOBIIWDBSDBl)DBSDB10DBJDB9OB5DBSDBJDB?U310AS4L4giQASO Tp !OAI U272625WE 424i3 0BH4-期亠31CapCap20 iOBiO19 I0B3d-J一IOBLtOAD图 2.4D/A 接口电路设D/A转换器的参考电压为忌f,键盘输入数字量为D，D/A转换输出的模拟电压用=。选择参考电压f口 _Jx
10、2500=2.5V,采样电阻1.22070。当输入数字量加1,模拟增加量AV二V=0.61mV& _ W _ 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2X1,使得电流源电路输出电流为I。然而这只是理想情况，实际电路因为种种原 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
11、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。图 2.5恒流源电路根据运放特性可得：耳二比MOSFET的电流5讯厶QUT _D/A转换器输出的控制电压加在运算放大器正输入端，控制负载中流过的电流。采样电阻选用康铜丝，以减少因温度变化而引起的采样电阻阻值的变化。采样电阻将输出电流转换为电压信号，供A/D转换用。设计中A/D、D/A转换器的参考电压都为2.5V,电路中流过的电流最大值为2000mA，因此正常情况下电阻阻值
12、应为2500mV/2000mA=1.25C。考虑到系统的步进功能，当D/A2刃0聊矿转换的数字输入加1时，其模拟输出增加量 V=，与此同时采样电阻上的电压也相应增加相同的数值，令其输出电流增加0.5mA，则计算得采样电阻阻值为:2500_4096 x 0.5mA1.2207Q运算放大器的输出控制着MOSFET的VGS，因此运算放大器输出的稳定性将直接决定系统输出电流的稳定性；同时，运算放大器还决定着系统输出电流的精度。为了满足系统的精度及纹波要 求，选用精密运算放大器OPO7C。4）键盘及LCD显示电路 系统中采用普通的4X4键盘实现电流的设计和调节。4X4键盘原理 图如图2.6所示。键盘包括
13、下列功能：S1：程序复位；S2：液晶复位；Set：设定；09预置输入；+ ：电流上调；-：电流下 调；Ent er :确认。从09预置键中输入预置电流值，确认后便可通过液晶显示出预置电流值。上调键+和下调键一分别用 来控制电流以步进1mA增减，电流变化通过液晶显示出来。12Vo15VOLI25V0邓亠OP-07C/LT4 駆动电阻VAL厘 Rg 51LIRFP460加输出100n.回采样电阻1.2207*负载国VinD/比输入30pt100n图 2.64X 4 键盘原理图液晶显示器选用凌阳公司的SPLC501液晶模组，SPLC501是128X64的点阵LCD，其内部自带驱动电路，外围电路非常简单， 因为凌阳公司提供了驱动程序，使得编程也相当简单。在本设计中用它来显示电流的给定值、实际测量值以及系统工作状态。 LCD 的接口电路如图 2.7 所示。设置电流
