【正文】 方面的任務： 1. 構建恒流主電路。其中，長期以來人們更多的致力于對穩(wěn)壓源的研究，相比而言，人們對恒流源的研究、設計以及相關資料的查閱都相對有限。 課題的意義和目的 7 隨著社會生產(chǎn)力水平不斷提高，先進電子技術的迅猛發(fā)展，電子設備的應用領域因此變得越來越廣泛，目前，恒流源被廣泛用于傳感技術、機器人技術、電子測量儀器、現(xiàn)代 通信、激光、超導等高新技術領域、并且有良好的發(fā)展前景。目前，制作功耗較大、穩(wěn)定 性低、抗干擾能力弱的模擬恒流源的技術已經(jīng)成熟，而高精度、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、多級可調的數(shù)控恒流源的研制尚處于發(fā)展過程階段。 幾種恒流源方式各有優(yōu)勢和缺點，分別適于不同特定的應用環(huán)境。恒流源涉及的范圍也由傳統(tǒng)的穩(wěn)定電磁場、校正電流表等，擴展至激光、超導、通信等領域，展示了廣闊的應用前景。總體來說，國內直流恒流源技術相對落后，面對激烈的國際競爭，是個嚴重的挑戰(zhàn)。目前國內在這兩方面研究比較多的包括廣州的華南理工大學和成都電子科技大學，主要是采用可編程系統(tǒng)器件 (PSD)或單片機來控制開關直流電源或數(shù)字化電壓單元達到數(shù)控的目的，但和國外的同行業(yè)相比較，還 有很大的差距。目前國內還開展了跟蹤國際多方面前沿性課題的研究和創(chuàng)新性研究?？傮w現(xiàn)狀為電源產(chǎn)業(yè)規(guī)模的發(fā)展在加快；與此同時，在國家自然科學基金的資助下或創(chuàng)新意識不斷增強的情況下，我國電力電子技術的研究從消化吸收為基點，已經(jīng)發(fā)展為可以跟蹤世界專業(yè)前沿并做一些基礎創(chuàng)新。但是隨著半導體集成技術的發(fā)展，集成電路恒流源提高了穩(wěn)定性和可靠性，替代晶體管恒流源已經(jīng)成為勢不可擋的趨勢。電真空器件恒流源主要由鎮(zhèn)流管構成，鎮(zhèn)流管具有穩(wěn)定電流的功能，多用于交流電路，因此常被用來穩(wěn)定電子管的燈絲電流，使用方法為將鎮(zhèn)流管和負載串聯(lián)，即可構成直接調整型恒流源。 5．在其他領域中的應用 除此之外，有線通信遠供電源，電解、電泳、電鍍等化學領域裝置的電源 ，電子束加工機、離子注入機等電子光學設備中的供電電源也都必須采用恒流源作為供電設備。因此，凡是對磁場的穩(wěn)定程度要求十分嚴格的裝置必須采用恒流源供電。若使用穩(wěn)壓電源對其供電，電磁鐵線圈工作時發(fā)熱等原因會使其阻值改變，進而使供電 5 電流變化，導致磁場不穩(wěn)定。 圖 方形孔壓力傳感器 4．現(xiàn)代大型儀器中穩(wěn)定磁場的產(chǎn)生 在許多 現(xiàn)代醫(yī)療診斷儀器中，常常用到恒流源。所以為使所產(chǎn)生的霍爾電勢與 待測 量成單一的線性關系 ,必須保證給霍爾元件提供恒定的直流電流 I ,故要配備恒流源。 T) 。 B 為磁感應強度 ( T) 。其公式 : EH = KH I B , 式中 : EH 為霍爾電勢 (mV) 。 傳感器中的應用 目前，傳感器已經(jīng)廣泛的應用在人們的生產(chǎn)生活的各個角落，例如熱敏、力敏、光敏、磁敏、濕敏等傳感器，這些傳感器常常采用恒流源供電。在使用時為防止電流沖擊，一般的解決辦法是通過調壓器或限流電阻逐步加大電流是電流逐漸達到額定值，這種方法既不安全，又不方便。由于 4 離化過程中放電管中的電流將隨時上升，所以，此時在燈管上供以恒定電壓會使其不穩(wěn)定的，電流值可能增大到使燈管降低使用壽命甚至損壞。 在一些精密測量領域中，如電流電壓法測電阻值、電橋供電中，恒流源同樣充當非常重要的角色 。 3 圖 LED伏安特性曲線 圖 LED光通量與前向電流的關系 在目前我們所使用的電流表的校驗方法中必須用到恒流源。 與上述幾種方法 相比 ， 最為 理想的 驅動 LED 的 方式 應為 采用恒流源方式，它能避免 LED 正向電壓的改變而引起電流變動， 與此 同時 ， 恒定的電流 可以保持LED 的亮度穩(wěn)定。阻、容降壓方式驅動 LED 的最大優(yōu)勢是成本低。其次是穩(wěn)定電壓的能力極差，無法保證通過 LED 電流不超過其正常工作要求，設計產(chǎn)品時都會采用降低 LED 兩端電壓來供電驅動，這樣 會使 LED 亮度降低。當前很多廠家生產(chǎn)的 LED 燈類產(chǎn)品，采用阻、容 式 降壓，然后加上一個穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓， 對 LED 上電?，F(xiàn)以 2 白光 LED 比較常見的 規(guī)格為例，按照 LED 的電流、電壓變化規(guī)律 進行說明 ，一般應用正向電壓為 ，典型值電壓 為 ，電流為 20mA，當加于 LED 兩端的正向電壓超過 ，正向電壓很小的增加， LED 的正向電流都有可能會成倍增漲，使 LED 發(fā)光體溫升過快，從而加速 LED 光 強減弱 ，使 LED 的壽命縮短，嚴重時燒壞 LED。 恒流源的應用 1. 在 LED 驅動中的應用 LED 由于環(huán)保、壽命長、光電效率高等眾多優(yōu)點，近年來在各行業(yè)應用得以快速發(fā)展， LED 恒流源成了關注熱點，理論上， LED 的使用壽命在 10 萬小時以上，但在實際應用過程中，由于 LED 恒流源的設計及驅動方式選擇不當， 致使 LED 極易損壞。 恒流源的分類 按照調整方式不同，恒流源可分為直接調整型恒流源和間接調整型恒流源；其中，間接調整型恒流源根據(jù)調整元件的工作狀態(tài)不同，又可分為連續(xù)調整型恒流源、開關調整型恒流源和組合調整型恒流源；按照輸出電流的性質不同，可分為直流恒流源和交流恒流源 。一言以蔽之，能夠向負載提供恒定電流的電源稱作恒流源。我們自行設計了 ? 15V、 +12V 和 5V電源 為系統(tǒng)供電。 本系統(tǒng)采用單閉環(huán)負反饋 PID(比例、積分、微分 )算法控制，縮短上升時間，減小超調量，減小了輸出電流的偏差。 I 數(shù)字式恒流電源的研究 摘 要 本設計以 AVR 單片機為核心，通過 A/D、 D/A 轉換、 DC/DC 變換及 PID 算法利用 PWM 技術實現(xiàn)了高精度的，電流輸出范圍為 20mA～ 2020mA 的數(shù)控直流電流源。該電流源具有電流可預置， 50mA 步進。系統(tǒng)采用中文 LCD 提供顯示支持，可同時顯示設定值，實際值以及其他相關信息。 關鍵字： 數(shù)控恒流源 AVR PWM PID DC/DC 轉換 II Abstract The paper expounds the design of the numerical controlled constantCurrent system core is A/D,D/A,DC/DC converts and the specific arithmetic is used to carry out high precision and the current output range from 20mA to source realizes that the output current can be set, 50mA adjusted step by step. This system adoption list shuts the wreath negative feedback PID( proportion, integral calculus, differential calculus) calculate way control, shortening to rise time, let up super adjust the quantity, let up to output the deviation of the electric current. LCD with Chinese characters is used to display part of this system, which can show the initial value at the same time, actual value etc. We by ourselves designed the 15 Vs, 12V and 5V power supplies to be the system power supplies. Keywords: DC Power AV PWM PID DC/DC conversion III I 目 錄 第一章 緒 論 .................................................... 1 恒流源簡介 ............................................... 1 恒流源的定義 ............................................ 1 恒流源 的分類 ............................................ 1 恒流源的應用 ............................................ 1 恒流電源的發(fā)展過程 ...................................... 5 國內外發(fā)展現(xiàn) 狀與趨勢 ..................................... 5 課題的意義和目的 ......................................... 6 本文所作的主要工作 ....................................... 7 第二章 理論分析及可行 性方案論證 ................................. 8 恒流電源工作特性分析 ..................................... 8 開關電源幾種電路類型 ..................................... 9 降 壓型（ Buck）變換器 ............................... 9 升壓型（ Boost）變換器 ............................. 11 極性反轉升降壓（ Buck— Boost）變換器 ............... 12 Cuk 變換器 ......................................... 14 PWM 的工作原理 .......................................... 15 PWM 控制的基本原理 ................................. 15 PWM 相關概念 ....................................... 16 開關電源的控制算法 ...................................... 17 本章小結 ................................................ 21 第三章 電源系統(tǒng)硬件設計 ........................................ 22 系統(tǒng)硬件總體結構 ......................................... 22 工作原理和流程分析 ...................................... 23 II AVR 控制器電路 .......................................... 24 可調電流源主電路 ........................................ 25 數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)輸出 ...................................... 26 反饋電路 ................................................ 28 人機交互接口 ............................................ 29 鍵盤輸入模塊 ...................................... 29 LCD 液晶顯示模塊 ................................... 30 電源供電電路 ............................................ 32 接口及保護電路 ......................................... 33 接口電路 .......................................... 33 濾波扼流電路的設計 ................................ 35 本章小結 ..........................................