一種基于單片機的數控直流恒流源的設計

標簽：電源 數控直流恒流源 INTEL AT89C55單片機,DAC0832,紋波電流,

摘要：該數控直流恒流源采用模塊化，通過(guò)開(kāi)關(guān)和按鈕的設置，配合INTEL AT89C55單片機的編程實(shí)現數字控制，數字顯示，同時(shí)用DAC0832實(shí)現D/A轉換，輸出模擬控制電壓，再用運放和功率三極管組成電流負反饋系統來(lái)完成輸出電流控制及恒定。整個(gè)系統由單片機控制，輸出部分使用運算放大器和功率放大器組成深度電流負反饋大大減少了輸出端的電流波動(dòng)，使系統輸出電流誤差1mA，紋波電流≤0.2mA。

關(guān)鍵詞：數控直流恒流源,INTEL AT89C55單片機,DAC0832,紋波電流,

Abstract：The Numerical controlled Constant-Current Source，we adopted the modular design. Through the setting of switches and buttons，can accomplish digital control and digital display by INTEL AT89C55 microcontroller programming，use the DAC0832 to implement D/A converter，output the analog control voltage，is using current negative feedback system constructed by operational amplifier and power transistor to accomplish output current control and constant. The system is control by Microcontroller. Output unit is using current negative feedback system constructed by operational amplifier and power transistor，must be reduce the fluctuate of output current，the system of output current error1mA，ripple current≤0.2mA。

Keyword：Numerical Controlled Constant-Current Source;INTEL AT89C55 Microcontroller;DAC0832;Ripple Current

引 言

恒流源也稱(chēng)電流源或穩流源。能夠向負載提供恒定電流的電源稱(chēng)作恒流源。理想的恒流源其輸出是絕對不變的，但實(shí)際的恒流源只能在一定范圍內保持輸出電流的穩定性[1-2]。目前，恒流源被廣泛用于傳感技術(shù)、電子測量?jì)x器、現代通信、激光、超導等高新技術(shù)領(lǐng)域、并且有良好的發(fā)展前景。

2 系統組成和工作原理

2.1 系統的組成

本數控恒流源系統可分為單片機控制部分、變壓整流和供電部分、A/D和D/A轉換電路、恒流源電路、鍵盤(pán)或顯示器接口電路等幾部分組成。系統框圖如圖1所示。

2.2 系統工作原理

系統采用AT89C55單片機為核心，控制、比較調整單元基準的變化，實(shí)現高精密電壓控制。交流電壓經(jīng)變壓，整流，濾波，穩壓后通過(guò)78,79系列穩壓管輸出提供電路所需電壓，CPU根據預置開(kāi)關(guān)設定的數據或鍵盤(pán)輸入的數據，計算出相應的基準電壓值，送給DAC0832轉換成模擬電壓，再送主控電路通過(guò)反饋控制，使電流穩定輸出。在經(jīng)過(guò)ADC0809轉換成數字信號輸出單片機。由按鈕選擇配合軟件分別實(shí)現設定值與測試值的交替顯示。

控制核心采用單片機INTEL89C55，用此來(lái)控制提高了精度，人工干預自由度大，功能擴展，升級余地比較大，兼容性強，成本低廉，易于制作，生產(chǎn)。采樣部分使用運算放大器具有很大的電源電壓控制化，可以大大減少輸出端的紋波電流。顯示部分采用鍵盤(pán)/顯示器接口控制器8279，不僅簡(jiǎn)化接口電路，而且還減少了軟件對鍵盤(pán)/顯示器的查詢(xún)時(shí)間，提高了CPU的利用率。

3 主要電路設計與計算

3.1 變壓整流和供電部分

供電部分輸出200～240V，50HZ的交流電，經(jīng)過(guò)變壓器的變壓，整流，濾波，得到系統所需的三種電壓：+5V,+12V,-12V。主要是供數控部分和D/A轉換芯片使用電源，同時(shí)也是穩壓輸出電路的主電源。系統框圖如圖2所示。

對于濾波電容的選擇，要考慮：整流管的壓降;7812/7912/7815/7805的最小允許壓降為Ud;電網(wǎng)波動(dòng)為10%，所以考慮電容為4700μF/16V。因7815和7812負載重功率大，所以應加裝散熱器;電源為了使輸出的電流紋波≤0.2mA ，在穩壓器的輸出端都加上了濾波器，來(lái)除去電流的紋波。

圖2 變壓整流和供電部分的系統框圖

3.2 恒流源電路

單片機的輸出經(jīng)過(guò)D/A轉換為模擬信號后，經(jīng)過(guò)雙運放集成塊放大后，再經(jīng)過(guò)MOS管(2SK1062，N溝道)引入深度電流負反饋。引入電流負反饋可以穩定輸出電流，提高放大倍數的穩定性，擴展頻帶，減小非線(xiàn)性失真[3]。采用場(chǎng)效應管的優(yōu)點(diǎn)是雙極性晶體管輸出幾乎是不可取電流，而MOS管電壓與電流控制范圍好，應而輸出電阻較高，并且低噪聲抗輻射，熱穩定性以及功耗小等優(yōu)點(diǎn)。電路如圖3所示

圖3 恒流源電流

場(chǎng)效應管與BJT最基本的差別在于場(chǎng)效應管是電壓控制元件，輸出漏極電流是由輸出柵極電壓控制的?？鐚Фx為：

(1)

式中：Id為輸出電流 ，Vgs為輸出電壓。從柵極看進(jìn)去的輸入電阻近似為無(wú)窮大，漏極電流可以忽略不計。負載電阻改變及紋波電流的抑制均由深度電流負反饋來(lái)實(shí)現。輸出電流范圍在0.02～2A，如取樣電阻Rs為5Ω，則輸出電壓在0.1～10V之間進(jìn)行改變。改變負載電阻Rf時(shí)，輸出電壓在10V以?xún)茸兓瘯r(shí)，輸出電流變化范圍為≤輸出電流值1%+1mA。供電采用+12V電壓供電，用一個(gè)4.7μF的電解電容和一個(gè)0.1μF的瓷片電容去耦。