一種基于單片機的數(shù)控直流恒流源的設(shè)計

標(biāo)簽：電源 數(shù)控直流恒流源 INTEL AT89C55單片機,DAC0832,紋波電流,

摘要：該數(shù)控直流恒流源采用模塊化，通過開關(guān)和按鈕的設(shè)置，配合INTEL AT89C55單片機的編程實現(xiàn)數(shù)字控制，數(shù)字顯示，同時用DAC0832實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換，輸出模擬控制電壓，再用運放和功率三極管組成電流負(fù)反饋系統(tǒng)來完成輸出電流控制及恒定。整個系統(tǒng)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(fù)反饋大大減少了輸出端的電流波動，使系統(tǒng)輸出電流誤差1mA，紋波電流≤0.2mA。

關(guān)鍵詞：數(shù)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

恒流源也稱電流源或穩(wěn)流源。能夠向負(fù)載提供恒定電流的電源稱作恒流源。理想的恒流源其輸出是絕對不變的，但實際的恒流源只能在一定范圍內(nèi)保持輸出電流的穩(wěn)定性[1-2]。目前，恒流源被廣泛用于傳感技術(shù)、電子測量儀器、現(xiàn)代通信、激光、超導(dǎo)等高新技術(shù)領(lǐng)域、并且有良好的發(fā)展前景。

2 系統(tǒng)組成和工作原理

2.1 系統(tǒng)的組成

本數(shù)控恒流源系統(tǒng)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(zhuǎn)換電路、恒流源電路、鍵盤或顯示器接口電路等幾部分組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)采用AT89C55單片機為核心，控制、比較調(diào)整單元基準(zhǔn)的變化，實現(xiàn)高精密電壓控制。交流電壓經(jīng)變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓后通過78,79系列穩(wěn)壓管輸出提供電路所需電壓，CPU根據(jù)預(yù)置開關(guān)設(shè)定的數(shù)據(jù)或鍵盤輸入的數(shù)據(jù)，計算出相應(yīng)的基準(zhǔn)電壓值，送給DAC0832轉(zhuǎn)換成模擬電壓，再送主控電路通過反饋控制，使電流穩(wěn)定輸出。在經(jīng)過ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出單片機。由按鈕選擇配合軟件分別實現(xiàn)設(shè)定值與測試值的交替顯示。

控制核心采用單片機INTEL89C55，用此來控制提高了精度，人工干預(yù)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/顯示器接口控制器8279，不僅簡化接口電路，而且還減少了軟件對鍵盤/顯示器的查詢時間，提高了CPU的利用率。

3 主要電路設(shè)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)過變壓器的變壓，整流，濾波，得到系統(tǒng)所需的三種電壓：+5V,+12V,-12V。主要是供數(shù)控部分和D/A轉(zhuǎn)換芯片使用電源，同時也是穩(wěn)壓輸出電路的主電源。系統(tǒng)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)波動為10%，所以考慮電容為4700μF/16V。因7815和7812負(fù)載重功率大，所以應(yīng)加裝散熱器;電源為了使輸出的電流紋波≤0.2mA ，在穩(wěn)壓器的輸出端都加上了濾波器，來除去電流的紋波。

圖2 變壓整流和供電部分的系統(tǒng)框圖

3.2 恒流源電路

單片機的輸出經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號后，經(jīng)過雙運放集成塊放大后，再經(jīng)過MOS管(2SK1062，N溝道)引入深度電流負(fù)反饋。引入電流負(fù)反饋可以穩(wěn)定輸出電流，提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，擴展頻帶，減小非線性失真[3]。采用場效應(yīng)管的優(yōu)點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(yīng)而輸出電阻較高，并且低噪聲抗輻射，熱穩(wěn)定性以及功耗小等優(yōu)點。電路如圖3所示

圖3 恒流源電流

場效應(yīng)管與BJT最基本的差別在于場效應(yīng)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。跨導(dǎo)定義為：

(1)

式中：Id為輸出電流 ，Vgs為輸出電壓。從柵極看進去的輸入電阻近似為無窮大，漏極電流可以忽略不計。負(fù)載電阻改變及紋波電流的抑制均由深度電流負(fù)反饋來實現(xiàn)。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之間進行改變。改變負(fù)載電阻Rf時，輸出電壓在10V以內(nèi)變化時，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4.7μF的電解電容和一個0.1μF的瓷片電容去耦。