loading基于单片机的数控恒流源的设计
摘要:该数控恒流源基于单片机控制 ,采用模块化设计, 提高了恒流源的输出精度和稳定度。通过开关和键盘 来设置输出电流值,配合 INTELAT89C55单片机的编程实现数字控制和显示;同时用 DAC0832实现 D/A转换, 输出模拟控制电压,再由运算放大器和功率三极管组成的深度电流负反馈系统来实现输出电流的恒定。经过 实验及 MATLAB仿真分析, 测出系统的输出电流误差小于 1mA,纹波电流不大于 0.2mA。
张玉宝1 ,曹会云1 ,张滨2
(1.内蒙古科技大学, 内蒙古包头 014010;2.哈尔滨电工仪表研究所, 哈尔滨 150081)
关键词 :数控直流恒流源;运算放大器 ;DAC0832
中图分类号 :TM932 文献标识码:B
文章编号:1001 -1390(2011)06 -0075 -04
Abstract:Thenumericalcontrolconstantcurentsourceusesmicrocontroler' digitalcontrolanddisplaywithINTELAT89C55 converterwiththeDAC0832
microcontroler'
scontrolandmodularity'
sdesigntoim-itachievesD/A
proveitsoutputaccuracyandstability.Itusestheswitchandthekeyboardtosettheoutputcurentvaluetoachieve
sprogramming.Atthesametime,
tooutputanalogcontrolvoltagethenthedepthofthecurrentnegativefeedbacksystem
TheDesignofNumericalControlConstantCurrentSource
BasedonMicrocontroler
ZHANGYu-bao, CAOHui-yun, ZHANGBin
(1.InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology, Baotou014010, InnerMongolia, China.
2.HarbinResearchInstituteofElectricalInstrumentation, Harbin150081, China)
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composedbyoperationalamplifierandpowertransistortoachieveaconstantoutputcurrent.Throughexperimentsand MATLABsimulation, itmeasuresthesystemoutputcurenterorlessthanonemiliampereandripplecurrentlessthan 0.2 miliampere.
Keywords:numericalcontroledconstant-currentsource, operationalamplifier, DAC0832
0 引 言
波后的纹波对输出影响比较大。开关电源调整方式 的恒流源,
采用了开关电源来实现输出电压调整, 由于它工 作在饱和区和截止区 ,因而本身功耗小, 电源效率高, 但相对调整管方式, 开关电源存在纹波大的特 点 。本方案采用了单片机控制 , 使电流档数增 多,控制方便,提高了输出精度和稳定度。
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恒流源也称电流源或稳流源。能够向负载提供 恒
定电流的电源称作恒流源。理想的恒流源其输出 是绝对不变的,但实际的恒流源只能在一定范围内保 持输出电流的稳定性 ,只有有限的几档电流值 , 稳定 性比较低, 通用性不强 。目前, 恒流源被广泛用 于传感技术、电子测量仪器、现代通信、激光、超导等 高新技术领域、并且有良好的发展前景。
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恒流源有多种设计方法 ,其中最简单的恒流源电
1 系统组成和工作原理
本数控恒流源系统可分为单片机控制部分、变
路是由 FET或恒流二极管构成 , 它的电流值比较有 限而且稳定度比较差。传统的恒流源电路采用调整 管 ,主要特点在于它输出采用线性调压电源 , 以改变 其基准电压的方式来使步进增加或减少, 这样整流滤
压 整流和供电部分、A/D和 D/A转换电路、恒流源电 路、键盘或显示器接口电路等几部分组成。系统框图 如图 1所示。
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图 1 数控恒流源系统框图
Fig.1 Functionalblockdiagramofthenumerical
controlconstantcurrentsource
系统采用 AT89C55单片机为核心 ,控制、比较调
整单元基准的变化,实现高精密电压控制。交流电压 经变压 ,整流 , 滤波, 稳压后输出电路所需电压, CPU 根据预置开关设定的数据或键盘输入的数据 ,计算出 相应的基准电压值,送给 DAC0832转换成模拟电压 , 再送主控电路通过反馈控制 ,使电流稳定输出。在经 过 ADC0809转换成数字信号输入单片机。由按钮选 择配合软件分别实现设定值与测试值的交替显示。
控制核心采用单片机 INTEL89C55, 用此来控
制 提高了精度 ,人工干预自由度大 ,功能扩展,升级余地 比较大 ,兼容性强, 成本低廉, 易于制作, 生产。采样 部分使用运算放大器具有很大的电源电压控制化,可 以大大减少输出端的纹波电流。显示部分采用键盘 / 显示器接口控制器 8279,不仅简化接口电路, 而且还 减少了软件对键盘 /显示器的查询时间 , 提高了 CPU 的利用率。
2 主要电路设计与计算 2.1 变压整流和供电部分
供电部分输出 200 ～ 240V, 50Hz的交流电 , 经过 变压器的变压 , 整流, 滤波 , 得到系统所需的三种电 压 :+5V、 +12V和 -12V。主要是供数控部分和 D/ A转换芯片使用电源 ,同时也是稳压输出电路的主电 源。系统框图如图 2所示。
对于滤波电容的选择 , 要考虑 :整流管的压降 ;
7812/7912/7815 /7805的最小允许压降为 Ud;电网波 动为 10% ,所以考虑电容为 4700μF/16V。因 7815
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和 7812负载重功率大, 所以应加装散热器;电源为了 使输出的电流纹波 ≤0.2mA, 在稳压器的输出端都 加上了滤波器,来除去电流的纹波。
2.2 恒流源电路
单片机的输出经过 D/A转换为模拟信号后 ,经
图 2 变压整流和供电部分的系统框图 Fig.2 Systemchartofthetransformer
rectifierandpowersection
过双运放集成块放大后 ,再经过 MOS管 (2SK1062, N 沟道 )引入深度电流负反馈。引入电流负反馈可以稳 定输出电流 ,提高放大倍数的稳定性,扩展频带 ,减小 非线性失真 。采用场效应管的优点是双极性晶 体管输出几乎是不可取电流, 而 MOS管电压与电流 控制范围好 ,因而输出电阻较高,并且低噪声抗辐射, 热稳定性以及功耗小等优点。电路如图 3所示。
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图 3 恒流源电路
Fig.3 Constant-currentsourcecircuit 采样电阻 Rs的反馈信号送到 A3 放大器的同相
端 ,经放大后输出作为反馈电压 Uf送入 A2 的反相
端 , A2 的同相端为 D/A送来的控制信号经 A1 放大 后的信号, 两个信号进行比较, 对 MOS管的栅极电压 进行调整, 进而对输出电流调整 ,实现了输出电流稳 定的目的。如果输出电流 IO增大 ,则采样电阻上的 采样电压 URS也增大, 反馈电压 Uf增大, 运放 A2的反 相端电压 U2-增大,同相端 U2+不变 ,运放 A2 的输出 电压 UO2 =U2+ -U2- =K(UO1 -Uf), 因此 , A2 的输 出端电压 UO2下降, MOS管的栅极电压 UG下降 ,栅源
电压 UGS =UG -US也下降, 从而使输出电源下降, 则 输出电流保持稳定, 实现了恒流作用。
根据运放虚短路原理 ,可以推出:
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