原创 【博客大赛】数控恒流源设计

   本来没打算将这个设计拿出来的，但是看看博文点击率类似的设计竟然是点击率最高的，所以拿出来大家做一个比较。以此希望大家能多出现好的博文，这类的设计太糙了。随后会发一篇个人认为可以的设计上来。

   首先声明这类设计仅是实验室的东西，根本不适合做产品。玩儿玩儿而已，千万不要被忽悠到。

   设计是05年在学校当学生的时候全国大学生电子竞赛的设计作品，该作品在吉林省当时是第一名的成绩。在大学生电子竞赛的官网可以查到作品及我们的真实姓名。

⒈ 恒流源电路

此方案优点为受控部分为对地电压，与D/A 转换器接口方便。电流反馈采用发射极电阻反馈，从理论上讲没有电流误差。同时考虑到如果使用单个复合管，恐怕加在其上的功率过大而烧坏管子，我们采用双复合管驱动方式保证了管子不至于因过热而影响正常工作。复合管发射极上的电阻非常小，用以产生负反馈平衡两个管子的工作状态，使两个管子工作均衡。

2 电源的设计方案

直流电源常用的有串联稳压电源和开关电源两种。

串联稳压电源的特点是输出稳定，纹波小，设计相对简单，缺点是转换效率低，一般在中小功率和高稳定的场合使用；开关电源的特点是转换效率高，缺点是输出纹波较大，同时电磁干扰较大，设计也相对复杂。

分析题意，要求设计的电流源需要具有比较小的纹波电流，故此本设计选择使用串联稳压电源。

在变压器的选择上我们选用了漏磁小、抗干扰性能高、输出噪声小的环牛变压器（200W），保证了系统供电要求。

3．AD转换器的选择方案

分析题意，本设计的检测对象为直流电压、电流两路信号，因此从电路的简化和精度等角度出发，本设计选择了内带数字滤波的Σ-ΔA/D转换器AD7705作为测量核心。AD7705串行接口可配置为三线SPI接口。增益值、信号极性以及更新速率的选择可通过串行输入口由软件来设置。该器件还包括自校准和系统校准选项，以消除器件本身或系统的增益和偏移误差。

4．数控D/A的选择

常用的D/A转换可采用D/A转换芯片和PWM两种方式设计。使用D/A芯片来完成，缺点是成本高，优点是输出稳定。使用PWM方式，实现简单，很多MCU直接具备这种功能，也可以很简单地使用MCU的定时器实现。PWM的优点是成本较低，缺点是需要滤波后才能获得直流输出，纹波大。分析题意，从电路简洁和精度等角度出发，我们选择了串行接口、电压输出的12位D/A转换器MAX531。

5． 恒流源中运算放大器的选择

采用运算放大器OP27。

OP27具有低失调、低温漂、高增益和低噪声的优点，失调电压25uv，且最大失调电压温漂为0.6uv/℃，增益（1.8×10⁶）。其输出级具有很好的负载驱动能力，可保证600欧姆负载上的±10v振幅。在10Hz下，噪声特别低并且其噪声转折频率也较低，这些使其更适合于对低电平信号做精密高增益放大。

6．MCU的选择

目前MCU种类繁多，功能各异。

分析题意，本设计要求的系统处理速度不高，同时考虑到设计组所学的计算机知识内容，选择了MCS-51系列的89C51   

理论分析与计算

⒈ 受控恒流源输出电流计算

由于锰铜丝的阻值大约为0.1欧姆，若输出电流能够保证在20～2000 mA内变化，则在锰铜丝非接地端将产生一个范围在2～200mV的电压，所以需要在运放同相端输入电压也为2～200mV。由于MAX531的最大输出电压为2.048V，所以采用了一个10K和一个1K的金属膜精密电阻进行分压，这样能够保证在同相端输入的最大电压值为2.048V/11=0.186V，同相端的输入电压就基本满足了要求。对于D/A芯片其输出值公式为（X1/4096）×2.048V。式中参数X1为MCU输出给MAX531的数字量，经过该公式转换之后即为MAX531输出的模拟量，该模拟电压经过分压之后送给OP27的同相输入端，这样就为恒流源提供稳定的电压信号。

⒉ 恒流源输出端电流、电压值测量计算

在电流的测量的过程中，我们使用AD7705直接监测锰铜丝上的电压。AD7705内置放大器，并且其增益可通过软件进行设置。我们将其增益设置为4倍，内部数字滤波器对50HZ信号进行陷波。在电压检测过程中，我们采用了高精度精密仪用放大器IN128，以差动输入方式直接测量负载两端电压。由于AD7705的采样范围是0～1.225V，所以需要在IN128的输出端用电阻来进行分压。在这里我们分别选用了一个15K和一个1K的金属膜精密电阻对其进行分压。这样输入到AD7705的电压就不会超过1.225V。AD7705的采样值公式为（U/1.225）×65535,其中U为连接输入端的电压值，从而完成了从模拟量转换为数字量的过程。

3.输入输出外部校准

由于锰铜丝电阻值、分压电阻值很难准确测量，因此理论计算和实际相比有一定误差，为了消除这种误差，使用标准表将实际测量和计算机采集到数据进行逐一比对并将其线性对应，这样就达到了校准的目的，使显示和实际值相符。

三 系统框图及电路设计

1.系统框图

本数控电流源系统由以下几部分组成，CPU主控及键盘显示电路、恒流源产生电路、电流电压信号检测电路、报警系统

 


暂贴到这儿吧，附件有整个的文档。感兴趣可以下来看看。