王益明—数控直流电流源

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1、F题：数控直流电流源摘要本设计采用了以大功率三端稳压器78P05和单片机为核心的稳压电源的设计方案。在设计中采用了单片机闭环控制、PID算法、DC-DC变换技术，使纹波、精度、步进、稳定度的性能指标达到了题目的要求。关键词：电流源，数控，三端稳压器设计任务设计、制作数控直流电流源。输入交流200~240V，50Hz；输出直流电流电压≤10V。一、设计技术指标1、基本要求(1)、输出电流范围：200mA~2000mA；(2)、可设置、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%+10mA；(3)、具有+/-步进调整功能，步进<10mA;(4)、改变负

2、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<1%+10mA;(5)、纹波电流<2mA;(6)、电源自制。2、发挥部分(1)、输出电流范围为20mA~2000mA,步进1mA;(2)、设计、制作测量并显示输出电流的装置（可同时显示电流的给定值和实测值），测量误差的绝对值 <测量值的0.1%+3个字；(3)、改变负载电阻，输出电流在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值<输出电流值的0.1%+1mA;(4)、纹波电流<0.2mA;(5)、其他。二、方案设计分析电流源的设计通常用镜向电流源、开关电源和集成运放反馈型恒流几种。方案一：镜像电流源方案。该方案

3、利用参数完全对称的晶体管或者CMOS管获得稳定的电流，因为输出电流过小，用改进后的比例电流源。原理如下：Re1=Re2，两管输入有对称性，所以：图1镜像电流源及其等效电路≈如果Io与IR接近，或IR较大，则ΔVBE10可忽略。≈即只要合理选择两T射极电阻的比例，可得合适的Io、Ro。优点:输出电流稳定，温度稳定度高，输出电阻大。缺点：输出电流受电源的影响很大，且输出电流较小，不能满足题目对大电流（最大输出2A）的要求。方案二：直接开关电源方案。该方案用220V交流电经整流、滤波后输出，开关管再采用PWM方式控制后，输出电流的纹波电压可以满足基本要求。优点：电路简单，控制

4、方便（有的单片机带有PWM输出）。缺点：纹波不易控制，且高速的PWM控制会对进行系统控制的单片机系统产生很强的电磁干扰。故在此不予采纳。方案三：线性稳压器加单片机控制方案。该方案用三端稳压器7805稳定输出电压，DA输出控制输出电压；在输出部分用采样电阻测量输出电流值，反馈给单片机，经处理后的数据输入DA,从而形成了闭环控制，改善了系统的稳定性。优点：纹波小；闭环控制提高精度与稳定度并使电流精确可控。缺点:效率不高；电路较复杂；高速、高精度的AD、DA成本较高。方案四：集成运放反馈型恒流源。该方案利用运放工作在深度负反馈状态时的稳定性进行稳压。其缺点是输出电流受电源影响

5、很大，基准电压、放大器零点漂移和噪声电压以及采样电阻的温度系数都会影响系统的精度。优点：实现方便，电路简单。缺点：对运放和电路其他元件的要求苛刻。综合考虑，舍弃方案一、方案二采用方案三。一、详细设计1、电路子系统设计（1）、稳流电路的设计该部分的电路设计如下：电路核心为大功率三端稳压器78P05,该器件的技术参数如下：1078P05的接地端连接DA的输入，利用DA的输出电压控制输出：当DA输出为-5V时，78P05输出0V;当DA输出为5V时，78P05输出电压约为10V。通过A/D采集用康铜丝制作的小值采样电阻两端的电压，经PID整定后形成反馈，调节采样电阻两端的电压

6、值即可获得预期电流。输出电流计算公式为：，（为采样电阻两端电压）设计输出电流为2A时78P05输出端电压为10V。理论上，当输出端电压在0~10V变化时，输出电流在0~2A变化。（2）、AD采集电路的设计该部分的电路设计如下：AD采集电路主要影响系统的精度。经计算AD转换芯片采用AD公司的AD7892-2芯片。该芯片分辨率高、转换时间快、功耗低，其主要技术指标如下：电源电压：单电源+5V供电分辨率：12位转换时间：1.47微秒未经调整误差：+1LSB模拟电压输入范围：0~2.5V功耗：1.25mW在Vo变化范围为0~10V时，精度可以达到0.48828mA。（3）、DA

7、转换电路的设计该部分的电路设计如下：10DA转换芯片采用AD公司的AD565AJ。该芯片，主要技术指标如下：电源电压：VCC,+11.4~+16.5V;VEE,-11.4~-16.5V分辨率：12位满量程误差：+1/4LSB~+1/2LSB功率功耗：180mW在满量程10V时，步进电压为2.0441mV，对应每一步电流为0.4883mV，可以满足1mA步进的要求。（4）、61最小系统凌阳十六位单片机是一款具有很强数字处理能力的16位单片机。有两个16位的I/O借口，易于系统扩展。利用其较强的浮点运算能力可以达到很快的数据处理速度，从而实现