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1、數(shù)控直流恒流源[2005年電子大賽二等獎(jiǎng)]文章來(lái)源：凌陽(yáng)科技教育推廣中心作者：浙江大學(xué)陳智德徐進(jìn)陶晶發(fā)布時(shí)間：2006-6-2817:56:34摘要：本設(shè)計(jì)采用凌陽(yáng)十六位單片機(jī)SPCE061A作為直流恒流源的控制、顯示和輸出電流檢測(cè)核心，實(shí)現(xiàn)了-2A到2A數(shù)控可調(diào)直流恒流源。系統(tǒng)的顯示部分采用128×64點(diǎn)陣式液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示設(shè)定電流值和實(shí)測(cè)電流值；輸出電流控制采用SPCE061A單片機(jī)的D/A口輸出模擬量；電流測(cè)量采用基本沒(méi)有溫度漂移的康錳銅電阻絲作為精密取樣電阻，利用SPCE061A的A/D輸入口進(jìn)行電流檢測(cè)和監(jiān)控。硬件電
2、路恒流部分的控制端采用多個(gè)精密運(yùn)算放大器OP07接成閉環(huán)反饋控制形式，受控部分采用達(dá)林頓管進(jìn)行擴(kuò)流、精確輸出設(shè)定電流。電源部分采用大功率變壓器供電，多級(jí)電容濾除紋波干擾；電源輸出采用三端穩(wěn)壓芯片進(jìn)行穩(wěn)壓，并且利用大功率達(dá)林頓管進(jìn)行擴(kuò)流以滿足后級(jí)功率需求。關(guān)鍵字：SPCE061A?恒流源一、方案論證 如題目要求，系統(tǒng)主要由控制器模塊、電源模塊、電流源模塊、負(fù)載模塊及鍵盤(pán)顯示模塊構(gòu)成，下面分別論證這幾個(gè)模塊的選擇。 1、控制模塊的選擇方案 方案一：采用AT89C51單片機(jī)進(jìn)行控制。本設(shè)計(jì)需要使用的軟件資源比較簡(jiǎn)單，只需要完成數(shù)
3、控部分、鍵盤(pán)輸入以及顯示輸出功能。采用AT89C51進(jìn)行控制比較簡(jiǎn)單，但是51單片機(jī)資源有限，控制輸入輸出，需要外接8279之類的芯片進(jìn)行I/O擴(kuò)展。 方案二：采用SPCE061A單片機(jī)進(jìn)行控制。SPCE061A凌陽(yáng)單片機(jī)具有強(qiáng)大功能的16位微控制器，它內(nèi)部集成7路10位ADC和2通道10位DAC，可以直接用于電流測(cè)量時(shí)的數(shù)據(jù)采集，以及數(shù)字控制輸出；I/O口資源豐富，可以直接完成對(duì)鍵盤(pán)輸入和顯示輸出的控制；存儲(chǔ)空間大，能配合LCD液晶顯示的字模數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。采用SPCE061A單片機(jī)，能將相當(dāng)一部分外圍器件結(jié)合到一起，使用方便，抗
4、干擾性能提高?！ ¤b于上面分析，本設(shè)計(jì)采用方案二?！ ?、電源模塊的選擇方案 由于該題要求輸出最大電流達(dá)2A，輸出最大電壓達(dá)到10V，且紋波電流要求很小，因此對(duì)電源的要求比較高，尤其體現(xiàn)在電源的功率和紋波電壓的要求?！ 》桨敢唬翰捎萌珮蛘骷与娙轂V波電路 該電源為正負(fù)對(duì)稱輸出，實(shí)際輸出電壓為正負(fù)20V左右，100nF、1.0uF用于濾除電源中的高頻交流成分。為了滿足大電流要求，后級(jí)濾波電容選用了10000uF?！ ∵@種電路廣泛應(yīng)用于一些要求不太高的電流直流電源中，其驅(qū)動(dòng)能力和后級(jí)的濾波電容有關(guān)，該電路顯著的特點(diǎn)就是能夠比較好
5、的滿足電流的瞬態(tài)相應(yīng)，而如果負(fù)載要求持續(xù)的大電流輸出，該電路將無(wú)能為力?！ 》桨付翰捎萌朔€(wěn)壓集成電路 一般的三端穩(wěn)壓集成塊穩(wěn)壓效果較好，但難以達(dá)到2A以上的大電流輸出，為了滿足本題需要可以采用多塊穩(wěn)壓集成塊并聯(lián)的方式來(lái)擴(kuò)流。這種電路理論上輸出電流能力為各塊集成塊輸出最大電流的和。要達(dá)到比較好的穩(wěn)壓效果，要求并聯(lián)的各穩(wěn)壓塊參數(shù)盡量接近。在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流接近理論值時(shí)，穩(wěn)壓效果急劇變差，這是由于器件的不一致性所造成的。因此，要取得好的穩(wěn)壓效果，理論輸出最大電流值要大于所需電流值，這必然造成器件的浪費(fèi)，且器件的選擇還必須參數(shù)盡
6、量接近?！ 》桨溉翰捎萌朔€(wěn)壓集成電路外接擴(kuò)流管 這種電路既利用了穩(wěn)壓集成塊優(yōu)秀的穩(wěn)壓性能，又能夠有一定的電流輸出，在一些高精度的線性穩(wěn)壓電源中被廣泛采用，其基本電路圖如圖1.1所示。采用三端穩(wěn)壓集成電路LM7812驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓管TIP127，該管最大集電極電流為8A，仿真時(shí)當(dāng)電流為3A左右時(shí)，紋波電壓僅為幾十uV，有著非常優(yōu)異的性能?！ ¤b于上面分析，本設(shè)計(jì)采用方案三。圖1.1??加入三端穩(wěn)壓電路和擴(kuò)流管的電源電路 3、電流源模塊的選擇方案 方案一：由晶體管構(gòu)成鏡像恒流源 該電路的缺點(diǎn)之一在于電流的測(cè)量精度受到兩個(gè)晶體
7、管的匹配程度影響，其中涉及到比較復(fù)雜的工藝參數(shù)。另一缺點(diǎn)在于，集電極最大輸出電流約為幾百毫安，而題目要求輸出電流為200～2000mA，因此由晶體管構(gòu)成的恒流源不適合采用。? 方案二：由運(yùn)算放大器構(gòu)成恒流電路 運(yùn)算放大器構(gòu)成的恒流電路擺脫了晶體管恒流電路受限于工藝參數(shù)的缺點(diǎn)。但是只由運(yùn)放構(gòu)成的恒流電路，輸出電流同樣只能達(dá)到幾十毫安，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)要求，因此必須加上擴(kuò)流電路?！ 》桨溉河蛇\(yùn)算放大器加上擴(kuò)流管構(gòu)成恒流電路 采用運(yùn)算放大器加上擴(kuò)流管構(gòu)成恒流電路，既能利用運(yùn)算放大器準(zhǔn)確的特性，輸出又能達(dá)到要求。采用高精度運(yùn)算放
8、大器OP07，更能增加其準(zhǔn)確的性能；采用達(dá)林頓管TP127進(jìn)行擴(kuò)流，具有很大的擴(kuò)流能力，兩者結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)比較精確的恒流電路?！ ¤b于上面分析，本設(shè)計(jì)采用方案三?！ ?、電流取樣電阻的選擇方案 產(chǎn)生電流可以采用在電阻兩端加電壓的方法，測(cè)量電流一般采用的方法是測(cè)
