摘要:本文采用嵌入式控制器设计并制作了一智能化的数控直流电流源,该电流源在工频输入,输出直流电压小于10V的情况下,通过调整加键和减键可使输出电流在200mA～2000mA范围内连续可调,且在改变负载电阻的情况下输出电流的精度可达到0.05%,纹波电流小于2mA;所设计的电流源具有输出稳定,精度高,使用操作简单,功能扩展方便,效率高等特点。
关键词:嵌入式控制器;过流保护;接口电路;键盘显示
1 概述
恒流亦可叫稳流,意思相近,一般可以不加区别。与恒压的概念相比,恒流的概念就难于理解一些了,因为日常生活中恒压源是多见的,蓄电池、干电池是直流恒压电源,而220V交流电,则可认为是一种交流恒压电源,因为它们的输出电压是基本不变的,是不随输出电流的大小而大幅变化的。恒流源性能的主要参数如下:
1.1 稳流系数Si:在负载和环境温度保持不变的条件下,输出电流的变化量与输入电压的变化量之比称为恒流源的稳流系数,并以Si表示。
输出电阻Ro:在输入电压和环境温度保持不变的条件下,输出电流的变化量和输出电压的变化量之比的倒数称为恒流源的输出电阻(即等效内阻)并用Ro表示。
1.2 电流温度系数 I:在输入电源电压和负载电阻保持不变的条件下,输出电流的变化量和环境温度的变化量之比值称为恒流源的电流温度系数,并记以 I表示。
1.3 电流稳定度Yi:上述定义的三个参数外,在使用中,对恒流源质量最直接的评述标准应该是输出电流自身的相对变化(当上述三个条件不变的情况下),叫电流稳定度,记作Y(i)。
2 系统组成和工作原理
本文所设计的数控直流稳流电源由整流滤波,调整电路,输出电压电流取样电路,电压比较放大电路,控制器,数字电位器等几部分组成,原理方框图如图1所示:
具体的工作原理为:输入交流电经变压器降压,整流滤波和三端稳压器稳压后产生12伏输出作为辅助电源,提供给运放及后续电路使用,当输入电压由于电源电压或负载电流变化引起变动时,则变动的信号经稳压取样电路与基准电压相比较,其所得误差经比较放大器放大后,再经放大电路控制调整管使输出电压调整为给定值。因为比较放大器由集成运算放大器组成,增益很高,因此输出端有微小的电压变动,通过单片机控制D/A,可以改变直流电流的输出,再经过调整管的调整,达到高稳定输出目的。
3 电流源的电路设计与实现
3.1 整流滤波电路设计
输入的220V,50Hz交流市电,经变压器降压后分别供给主回路整流器和辅助电源整流器。主回路整流器是通过变压器绕组选择电路(即调整管功率损耗电路)接到与输出电压相对应的变压器绕组上。整流滤波电路由V7~V10,C6所构成,采用桥式整流,大容量电容滤波,因此输出的直流电压交流成分较少。如图2所示。
3.2 基准电压电路
基准电压电路是由辅助电源产生的+12V电压经过限流电阻及带有温度补偿的三端可调分流基准源产生,输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从2.5伏到36伏范围内的任何值该器件的典型动态阻抗为0.2欧,在很多应用中可以用它代替齐纳二极管。
3.3 稳压稳流取样及比较放大电路
输出电压取样、电压比较放大器是由电压比较器和有关电阻电容等组成。取样电压直接取自输出接线端子,接到电压比较放大器的反相端。基准电压经由电阻,电位器分压后接到电压比较器的同相端。由于是二级稳压且带有温度补偿,因此该基准电压具有很好的稳定性。
4 系统软件设计
本系统的软件部分主要有键盘显示部分和单片机控制部分,具体的软件流程如图3所示。
5 结论
本设计充分使用了电子线路技术,单片机技术等,使系统的抗干扰性能大大提高。从最终的测试结果来看,输入交流200～240V,50Hz;输出直流电压≤10V;输出电流范围:200mA～2000mA;可设置并显示输出电流给定值,要求输出电流与给定值偏差的绝对值≤给定值的1%+10 mA;具有“+”、“-”步进调整功能,步进≤10mA;改变负载电阻,输出电压在10V以内变化时,要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1%+10 mA;纹波电流≤2mA。
参考文献
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