一种基于单片机的数控直流恒流源的设计-AET-电子技术应用

一种基于单片机的数控直流恒流源的设计

张玉宝,曹会云,张恩慧

摘要： 该数控直流恒流源采用模块化，通过开关和按钮的设置，配合INTELAT89C55单片机的编程实现数字控制，数字显示，同时用DAC0832实现D/A转换，输出模拟控制电压，再用运放和功率三极管组成电流负反馈系统来完成输出电流控制及恒定。成深

关键词： 电源管理恒流源 D/A 手动复位测试方法场效应管

Abstract：

Key words :

引言

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^[1-2]。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。

2 系统组成和工作原理

2.1 系统的组成

本数控恒流源系统可分为单片机控制部分、变压整流和供电部分、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。

2.2 系统工作原理

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，稳压后通过78,79系列稳压管输出提供电路所需电压，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转换成数字信号输出单片机。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。

3 主要电路设计与计算

3.1 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,-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。

图2 变压整流和供电部分的系统框图

3.2 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^[3]。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，应而输出电阻较高，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

图3 恒流源电流

场效应管与BJT最基本的差别在于场效应管是电压控制元件，输出漏极电流是由输出栅极电压控制的。跨导定义为：

(1)

式中：I_d为输出电流，V_gs为输出电压。从栅极看进去的输入电阻近似为无穷大，漏极电流可以忽略不计。负载电阻改变及纹波电流的抑制均由深度电流负反馈来实现。输出电流范围在0.02～2A，如取样电阻R_s为5Ω，则输出电压在0.1～10V之间进行改变。改变负载电阻R_f时，输出电压在10V以内变化时，输出电流变化范围为≤输出电流值1%+1mA。供电采用+12V电压供电，用一个4.7μF的电解电容和一个0.1μF的瓷片电容去耦。

3.3 数控部分

89C51单片机基本系统：数控核心采用89C55单片机与EEPROM ,RAM，地址锁存器74LS373组成单片机的基本系统，并对P2口的P2.0经74LS138地址译码后作为8279的选通信号。在89C51引脚X1和X2接入晶振Y1和微调电容C₅,C₆就构成了时钟电路，值为12MHZ^[4-5]。