电子竞赛数控电流源

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1、北华大学电气信息工程学院测控技术研究室M&C—MX数控直流电流源1方案论证在自动控制和测量系统中,经常需要使用性能良好的可调电源。电源设备更是电子仪器的一个重要组成部分，通常有直流电压源、电流源、交流电压源、电流源等。随着信息时代的飞速发展，电源设备也逐渐向数字化方向发展,本次设计题目为数控直流电流源。1.1任务分析1.1.1任务设计并制作数控直流电流源。输入交流200~240V，50Hz；输出直流电压≤10V。其原理示意图如下所示。显示器控制器负载电流源键盘电源1.1.2要求1、基本要求（1）输出电流范围：200mA~2000mA

2、；（2）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%+10mA；（3）具有“+”、“-”步进调整功能，步进≤10mA；（4）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%+10mA；（5）纹波电流≤2mA；（6）自制电源。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（可同时或交替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，输出电压在10V以内变化时，要求输

3、出电流变化的绝对值≤输出电流的0.1%+1mA；（4）纹波电流≤0.2mA；（5）其他。25北华大学电气信息工程学院测控技术研究室M&C—MX数控直流电流源1.2方案比较一般电子设备在工作时，都需要稳定的直流电压或电流，电网通常是220V、50Hz，电压波动可达±10%，甚至更高，而且可能含有尖端、浪涌或高频干扰。因此直流稳压电源需要完成以下任务：AC-DC高效转换、输出电压或电流稳定、抑制电网上的干扰、较小的传导发射及电磁辐射。从基本原理上讲，可选择线性电源及开关电源两种形式。（1）线性稳压电源并联型线性稳压电源：利用并联稳压二极

4、管的方法吸收额外的电流，要求输入电源具有较高内阻，只适用于负载电流较小的场合，电路简单，但效率较低。串联型线性稳压电源：在输入电源及负载之间串联电压调整管，正由于在输入电源及负载之间串联电压调整管，将（Vin-Vout）转换为调整管上的发热，而调整管必须工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率很低（一般只有45%左右）；另外，由于调整上消耗较大的功率，所以需要采用大功率的调整管及体积很大的散热器。（2）开关电源开关电源的原理是以脉冲形式将输入直流电源的能量储存到

5、电感或电容中，再用整流滤波方法将电感或电容两端的电压转换为直流电压，由于调压器件工作于开关方式，因此效率极高（一般90%），所以电源功耗很小，机内温升低，从而提高了整机的稳定性和可靠性，且体积很小。但开关电源的缺点是由于调压器件工作于开关方式，因此dV、dI都很大，容易产生较强的传导发射及辐射发射，另外由于高低电位段具有不同的对地阻抗，而且地线网络对高频有较大阻抗，使两条线对大地形成不同的阻抗，即对高频差模电压产生不同的相移，则这种差模电压会转化为共模电压，从而产生干扰，共模干扰一旦产生，就很难滤除。综上所述，线性电源的优点是电路简

6、单、输出纹波小、不产生辐射干扰，缺点是效率低、体积较大、输入电压范围较窄；开关电源的优点是效率高、小巧、输入电压范围很宽，缺点是输出纹波大，容易产生电磁干扰和共模干扰。1.3总体设计方案的确定根据题目要求，设计的关键在于负载变化时恒流输出以及输出纹波小。比较上述两种电源，设计原理决定采用串联型线性稳压电源。针对线性电源的不足，电路器件使用MOS管，以其在极小的压差（100mV）下工作，来减小损耗，提高效率。同时设计为数控电源，在控制方案上采用电压、电流双闭环控制，硬件电路实现PI运算，来稳定输出电流，使系统的静态误差满足要求。并协调

7、选择CPU、D/A、A/D等主要部件，使设计达到要求。电源系统的总体框图如图1-1所示。25北华大学电气信息工程学院测控技术研究室M&C—MX数控直流电流源图1-1电源系统的总体框图应当指出，目前虽然开关电源发展很快，但很多对高频干扰比较敏感的电器设备，如音响、逆变器、UPS等，从性能价格比上考虑，仍然使用的是线性电源。2系统硬件设计随着集成D/A转换器价格的降低，目前已广泛采用D/A转换器构成的程控电压源和电流源来驱动感性负载(如控制偏转线圈等所需的电流)。性价比可以满足要求。D/A转换器是单片机的重要接口之一，只有通过D/A转换

8、器把经过单片机处理的数字信号转换成模拟信号才能实现对各类模拟量的控制、调节和显示。依据前述的方案论证，电源的硬件设计采用16位分辨率的数模转换芯片AD5662结合单片机系统实现数控直流电流源的方案。该方法同时可设定、显示电流值。2.1