高精度数控恒流源-答辩稿

高精度数控恒流源,设计意义,随着电子技术的发展、数字电路应用领域的扩展，现今社会，产品智能化、数字化已成为人们追求的一种趋势，设备的性能、价格、发展空间等备受人们的关注，尤其对电子设备的精密度和稳定度最为关注。性能好的电子设备，首先离不开稳定的电源，电源稳定度越高，设备和外围条件越优越，那么设备的寿命更长。普通直流恒流稳压电源品种很多, 但均存在以下问题: 输出电压是通过粗调(波段开关)及细调(电位器)来调节。,这样, 当输出电压需要精确输出, 或需要在一个小范围内改变时(如1.05 1.07V)，困难就较大。另外, 随着使用时间的增加, 波段开关及电位器难免接触不良, 对输出会有影响。因此，人们对数控稳定电源器件的需求越来越迫切基于此，人们对数控恒定电流器件的需求越来越迫切当今社会，数控恒压技术已经很成熟，但是恒流方面特别是数控恒流的技术才刚刚起步且有待发展，高性能的数控恒流器件的开发和应用存在巨大的发展空间。,本文正是应社会发展的需求，研制出一种基于单片机的高精度数控直流恒流源。本数控直流恒流源系统输出电流稳定，输出电流可在1mA2200mA范围内任意设定，不随负载和环境温度变化，并具有很高的精度，输出电流误差范围为1mA，因而可实际应用于需要高稳定度小功率直流恒流源的领域。,设计方案,该方案利用D/A（MAX531）转换器、运算放大器等器件来控制场效应管导通状态并压控采样电阻两端的电压的原理，达到了输出恒流的目的。整个系统采用AT89S52单片机作为主控部件，将预置电流值数据送入D/A转换器（MAX531），经硬件电路变换为恒定的直流输出，同时采用基本没有温度漂移的康锰铜电阻丝作为精密采样电阻。,采用性能优于普通晶体管的场效应管作为恒流源的主要部件，大功率晶体管作为扩流电路的主要器件，结合三端稳压管和多层滤波使得整个系统性能提升了一个层次，从而实现了高精度恒流源的目的。系统还对输出电压进行实时采样，通过A/D转换器采样回单片机与用户给定的限压值进行比较，从而对输出电压进行时实监控。,同时通过键盘的控制,实现了输出电流值和限压值可预置，可步进调整、输出的电流信号和电压信号可直接数字显示的功能，并具有输出电压实时监控限压报警并自动降低输出电流等功能。,系统的特点,用户可以通过键盘直接输入所需电流值和限流值。 用户可以通过键盘上的“+”和“-”键对电流值和限压值进行微调。 单键模式转换 “M”可以随时对电流值和限压值进行设定，方便使用。 显示实时输出电压值，并能对输出电压值设上限值，超出上限值则报警。 系统处于限压状态数秒后自动将输出电流值降低，保护用电器。 额定功率可达到20W。,系统原理框图,设计要点,在本设计中，通过分析其设计方案符合设计要求，但理论要结合实际，制作过程发现有很多地方在实际设计中要注意。（1）在大电流系统中，线电阻是一个不可忽视的问题，线电阻与线的横截面积和电阻率有关，设计中电路板的导电层电阻率无法改变，所以只能从横截面积入手。首先，画电路原理图时过大电流的线路必须加宽，以减小线电阻。,其次，制板后要对过大电流线路进行再次改进，可以在电路上均匀涂上焊锡，或者在线路上焊上足够粗的铜线等措施来减小线电阻。尽量小的线电阻可以有效地降低系统的总体误差，减小软件的修正量，提高系统精确度 。,（2）A/D及D/A电路设计A/D及D/A是本系统中不可缺少的两部分，高精度的D/A给系统提供更精确的模拟控制量，因为系统采用压控式，所以控制电压量的精确程度也是决定着系统输出电流的精度，由于D/A输出及A/D输入都是模拟量，所以这里也与上一个要点有关，因此，除了以上措施外，还应该注意从D/A模拟输出端到控制端及采样输出到A/D输入端的线程要尽量短，以至于模拟量在线路上没有多大损失。,（3）功率三极管的选择场效应管是电压控制元件，而晶体管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下，应选用场效应管；而在信号电压较低，又允许从信号源取较多电流的条件下，应选用晶体管。场效应晶体管具有较高输入阻抗和低噪声等优点。本系统采用运算放大器控制功率管，从运算放大器的特性及各方面考虑，最终选用场效应管IRF640作为本系统的恒流功率管。,采样电阻选取,康铜是以铜镍为主要成份的电阻合金。特点：具有较低的电阻温度系数，较宽的使用温度范围（480oC以下），加工性能良好。基于此，我们考虑用康铜丝绕制成采样电阻，评着其优良的特性定能胜任。因为现有的康铜丝线径为0.18mm。在良好散热系统下虽然可以通过2.2A的大电流，但考虑到系统上电时可能会有冲激电流，这样容易使康铜丝烧断。,所以本设计利用4根康铜丝绕在一起制成1欧的采样电阻。虽然长度变长，但其能承受的电流值远高于单根能通过的电流值。焊接时，先进行粗略估计再进行微调，通过在改变采样电阻的长度来改变其阻值，微调时可以轻轻在康铜表面涂上/去掉焊锡来改变其电阻值。经多次调试即能达到所需的标准1欧采样电阻。,结果分析,根据检测结果，分析该系统的技术性能指标:(1) 电流输出范围可从最小1mA开始步进1至2200mA。(2) 改变负载大小，对输出电流基本上没有影响，达到恒流的目的。 (3) 改变负载电阻，输出电压在12V以内变化，整机输出功率20W左右。(4)输出电压值可以实时监控，精度10mV左右。,从所测得数据可知，使用这个方案测得的电流值和实际电流值误差非常小，只是在测量时发现数据可能会在1mA内有所跳动，采样电阻阻值可能因为温度的变化导致阻值的变化。所以影响了输出电流值有微小的变化。但相对于常规恒流源已经有一定的优势。,在所测的电压值与显示的电压值误差在10mV以内。基于这个误差，导致这样结果的原因主要是输出电压采样回来时经过了分压处理，以确保采样值能在A/D的测量范围内。此外，目前负载使用的是水泥电阻，因为水泥电阻的温度漂移比较大，当在大电流通过时只要有微小的电阻变化都会使电压有所变化，所以显示值和实测值都一直在不停跳动，因此构成读数误差。,致谢,在本设计的设计和制作过程中，我得到了学校、系、老师和同学的大力帮助和支持。学校和系里的领导给我们提供了及其便利的工作环境，特别感谢钟乃元老师在百忙之中抽出宝贵的休息时间，仔细耐心为我指导。同时感谢计算机与电子信息工程系的领导和老师，他们教我许多知识，他们课堂理论的教导使我受益匪浅。在设计开发的同时，和同