最新數(shù)控恒流源-文庫吧
2025-07-17 19:29 本頁面
【正文】 采用數(shù)字閉環(huán)之前，設(shè)定值與內(nèi)部測量值的關(guān)系只能通過反復(fù)測量來得出它們的關(guān)系（要送多大的數(shù)才能使Ｄ/Ａ輸出與設(shè)定電流值相對應(yīng)的電壓值），再通 過單片機乘除法再實現(xiàn)這個關(guān)系，基本實現(xiàn)設(shè)定值與內(nèi)部測量值相一致。但由于周圍環(huán)境等因素的影響，使設(shè)定值與內(nèi)部測量值的關(guān)系改變，使得設(shè)定值與內(nèi)部測量 值不一致，有時會相差上百毫安，只能重新測量設(shè)定值與Ａ/Ｄ采樣顯示值的關(guān)系改變Ｄ/Ａ入口數(shù)值的大小才能重新達到設(shè)定值與內(nèi)部測量值相一致，也就是說還 不穩(wěn)定。 在采用數(shù)字閉環(huán)后。通過比較設(shè)定值與Ａ/Ｄ采樣顯示值，得出它們的差值，再調(diào)整Ｄ/Ａ的入口數(shù)值，從而使Ａ/Ｄ采樣顯示值逐步逼近設(shè)定值最終達到一致。而 我們無須關(guān)心Ｄ/Ａ入口數(shù)值的大小，從而省去了原程序中雙字節(jié)乘除的部分，使程序簡單而不受周圍環(huán)境等因素的影響。內(nèi)部測量值與實際測量值的誤差是由于取樣電阻與負(fù)載電阻和晶體管的放大倍數(shù)受溫度的影響和測量儀表的誤差所造成的，為了減少這種誤差，一定要選用溫度系數(shù)低的電阻來作采樣電阻，因此本系統(tǒng)選用錳銅電阻絲來做采樣電阻。數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD7543是12位電流輸出型，其中OUT1和OUT2是電流的輸出端。電流的輸出級別可這樣計算DX= 式中：DX是控制級數(shù) 電壓由集成運算放大器U8A的1腳輸出，根據(jù)T型電阻網(wǎng)絡(luò)型的D/A轉(zhuǎn)換關(guān)系可知，存在如下通式： （1） 式中： ——輸出電壓(V)；——參考電壓(V)；R ——T網(wǎng)絡(luò)電阻( )； ——外接反饋電阻( )。 電流放大電路存在如下關(guān)系：（2）（3） 式中：Ib——基極電流（mA）；Ui——輸入電壓（V）；IL——負(fù)載電流（mA）。 由式（1）、（2）可得到： （4）由于電路中的放大系數(shù)值遠(yuǎn)大于1，而與保持恒定，所以可推出負(fù)載電流與輸入電壓存在如下關(guān)系：（5）由式(5) 、（1）可得到: （6） 其中，k為比例系數(shù)。 式（6）可知，負(fù)載電流 不隨外部負(fù)載 的變化而改變。當(dāng) 保持不變時(即AD7543的輸入數(shù)字量保持不變)，輸出電流 維 持不變，能夠達到恒流的目的。為了實現(xiàn)數(shù)控的目的，可以通過微處理器控制AD7543的模擬量輸出，從而間接改變電流源的輸出電流。從理論上來說，通過控 制AD7543的輸出等級，可以達到1mA的輸出精度。但是本系統(tǒng)恒流源要求輸出電流范圍是20mA~2000mA，而當(dāng)器件處于2000mA的工作電流 時，屬于工作在大電流狀態(tài)，晶體管長時間工作在這種狀態(tài)，集電結(jié)發(fā)熱嚴(yán)重，導(dǎo)致晶體管 值 下降，從而導(dǎo)致電流不能維持恒定。為了克服大電流工作時電流的波動，在輸出部分增加了一個反饋環(huán)節(jié)來控制電流穩(wěn)定，減小電流的波動，此反饋回路采用數(shù)字形 式反饋，通過微處理器的實時采樣分析后，根據(jù)實際輸出對電流源進行實時調(diào)節(jié)。經(jīng)測試表明，采用常用的大功率電阻作為采樣電阻R0，輸出電流波動比較大，而 選用錳銅電阻絲制作采樣電阻，電流穩(wěn)定性得到了改善。電路反饋原理如圖1所示。圖1 電流輸出反饋電路原理2 總體方案論證與比較 方案一：采用各類數(shù)字電路來組成鍵盤控制系統(tǒng)，進行信號處理，如選用CPLD等可編程邏輯器件。本方案電路復(fù)雜，靈活性不高，效率低，不利于系統(tǒng)的擴展，對信號處理比較困難。 方案二：采用AT89S52單片機作為整機的控制單元，通過改變AD7543的輸入數(shù)字量來改變輸出電壓值，從而使輸出功率管的基極電壓發(fā)生變化，間接地 改變輸出電流的大小。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測實際輸出電流值的大小，可以將電流轉(zhuǎn)換成電壓，并經(jīng)過ADC0809進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機實時對電壓進 行采樣，然后進行數(shù)據(jù)處理及顯示。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決數(shù)據(jù)的預(yù)置以及電流的步進控制，使系統(tǒng)硬件更加簡潔，各類功能易于實現(xiàn)，能很好地滿 足題目的要求。本方案的基本原理如圖2所示。圖2 系統(tǒng)原理框圖 比較以上兩種方案的優(yōu)缺點，方案二簡潔、靈活、可擴展性好，能達到題目的設(shè)計要求，因此采用方案二來實現(xiàn)。3 模塊電路設(shè)計與比較方案一：采用恒流二極管或者恒流三極管，精度比較高，但這種電路能實現(xiàn)的恒流范圍很小，只能達到十幾毫安，不能達到題目的要求。方案二：采用四端可調(diào)恒流源，這種器件靠改變外圍電阻元件參數(shù)，從而使電流達到可調(diào)的目的，這種器件能夠達到1~2000毫安的輸出電流。改變輸出電流， 通常有兩種方法：一是通過手動調(diào)節(jié)來改變輸出電流，這種方法不能滿足題目的數(shù)控調(diào)節(jié)要求；二是通過數(shù)字電位器來改變需要的電阻參數(shù)，雖然可以達到數(shù)控的目 的，但數(shù)字電位器的每一級步進電阻比較大，所以很難調(diào)節(jié)輸出電流。方案三：壓控恒流源，通過改變恒流源的外圍電壓，利用電壓的大小來控制輸出電流的大小。電壓控制電路采用數(shù)控的方式，利用單片機送出數(shù)字量，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn) 換轉(zhuǎn)變成模擬信號，再送到大功率三極管進行放大。單片機系統(tǒng)實時對輸出電流進行監(jiān)控，采用數(shù)字方式作為反饋調(diào)整環(huán)
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