低纹波、高精度电流源设计
eeskill 2022-09-29

低纹波、高精度电流源是一种重要的仪器设备;广泛应用于电光源、电化学、通信、测量技术、电子仪器等领域。目前,市场上的电流源不具备连续可调功能;并且输出电流范围小、精度低、纹波大、价格昂贵;为应对市场需求;本文设计了输出电流为0~5A;最大功率为100W的高精度程控电流源;主要技术指标为:电流源工作电压220V/50Hz;输出电流范围0~5A连续可调;线路调整率《0。05%+0。1MA;负载调整率《0。05%+1MA;设准确度≪0。05%+2MA;回读准确度《0。05%+2MA;系统设定分辨率为0。1MA;回读分辨率为0。01MA。

1、线性稳流原理

数控式线性稳流电路结构如图1所示,它由调整管、误差放大器、电流检测器、D/A、A/D、MCU控制系统组成。当调整管工作在放大状态下,通过控制调整管基极电位,从而控制管压降UCE的大小,为了使输出电流稳定,当负载变化或者输入电压UI波动时,需要调整UCE,使输出电流保持不变。采用电流检测和误差放大器构成负反馈电路结构来达到稳流目标ꎮ假设UI或RL增大,输出电流增大,电流检测电路输出电压U+增大,若控制电压UC保持不变,误差放大器输出U0l减小,调整管的管压降UCE上升,使输出电流保持不变。设电流检测电路电压放大倍数为K,由运算放大器的虚短、虚断特性可得:

U+=KRI=Uc(1)

从而得到,I=UC/KR。因此,该电路能达到稳流目的。由式(1)可知,通过改变控制电压UC的大小,可改变输出电流的大小。MCU系统通过D/A器件可达到输出电流程控目的。

图1 线性稳流电路原理

2、电流源硬件设计

电流源硬件框图如图2所示,由T频变压器、单相桥式整流滤波、一次稳压、线性稳流、辅助电源、STM32系统、D/A和A/D组成。辅助电源采用LM317、LM337、LM7805、LM7905、AMS1117电源管理芯片,提供电路中芯片正常工作的电压。STM32单片机系统通过D/A控制线性稳流输出,通过A/D读取输出值,从而到达程控目的。

图2 基于STM32的电流源硬件框图

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