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哪位仁兄看過直流電流源原理方面的書或者論文 |
| 作者：dianzu123 欄目：技術(shù)交流 |
哪位仁兄要是看過有關(guān)直流電流源原理方面的書或者論文,請幫小弟發(fā)發(fā)一份過來參考參考,不勝感激!!!!!!!!!! |
| 2樓： | >>參與討論 |
| 作者： dianzu123 于 2006/5/19 16:30:00 發(fā)布：
哪位仁兄看過直流電流源原理方面的書或者論文 我的油箱：sy2362002@yahoo.com.cn |
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| 3樓： | >>參與討論 |
| 作者： tyw 于 2006/5/19 18:53:00 發(fā)布：
現(xiàn)在汽油漲價(jià)了拉,小心你的油箱哦 http://sti.hust.edu.cn/chengguo/skzldy_llz.htm 上面地址里有完整插圖,這是一篇很完整的東東,參考一下吧 數(shù)控直流電流源 作者：李高望 陸樨 張江松` 賽前輔導(dǎo)老師及文稿整理老師：尹仕 摘 要 利用單片機(jī)所具有的智能測控特點(diǎn)，設(shè)計(jì)制作了基于單片機(jī)的“數(shù)控直流電流源”。該電流源具有設(shè)定準(zhǔn)確、輸出電流穩(wěn)定、可調(diào)范圍全程線性等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)由兩大模塊組成：① 大功率壓控電流源模塊；② 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)模塊。前者是電流源的核心，起著恒流調(diào)節(jié)、抑制紋波電流的關(guān)鍵作用；后者則起著設(shè)定電流源輸出、改善電流調(diào)節(jié)精度、消除小電流輸出的非線性等作用。此外，還實(shí)現(xiàn)了變增益測量，提高了電流的測量精度。本電流源采用LCD顯示界面，使用直觀方便。 Abstract By making GOOD use of the intelligent measure and CONTROL function of the Microprogrammed CONTROL Unit(MCU), the numerical-CONTROLled direct current source is designed and made. This direct current source not ONLY can steadily OUTPUT, but also can be accurately initialized, and adjusted linearly at a wide range. The design is composed of two basic MODULES: ①The high-power voltage-CONTROLled current source MODULE; ②The MCU application SYSTEM MODULE. The former one is the hard core of the current source, while keeping the OUTPUT current steadily and restraining its ripple. The latter one CONTROLs the initialization of the OUTPUT, improves the PRECISION of the OUTPUT signal and eliminates the nonlinear effect at the low OUTPUT terminal made by small signals. In addition, the design realizes the measurement to make the gain variable, so that we improve the measure PRECISION of the current source. Besides, using LCD makes the direct current source more convenient to use. 一、方案論證 本系統(tǒng)主要由單片機(jī)、顯示器、鍵盤、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、電壓控制電流源模塊、電源等組成。方案設(shè)計(jì)與論證如下： 1．單片機(jī)的選擇 對單片機(jī)的要求：只要能夠方便地?cái)U(kuò)展顯示器、鍵盤、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器等外設(shè)即可，其他并無特殊要求。常見的單片機(jī)有8051系列的單片機(jī)、8096系列的單片機(jī)、SPCE061A的凌陽單片機(jī)。臺(tái)灣凌陽科技股份有限公司生產(chǎn)的凌陽單片機(jī)具有集成度高、易于擴(kuò)展，中斷處理能力較強(qiáng)，指令系統(tǒng)很高效等特點(diǎn)，且本組成員均能夠熟練使用，故本設(shè)計(jì)選擇凌陽SPCE061A型16位單片機(jī)。 2．顯示器的選擇 對顯示器的要求：能夠顯示設(shè)定的輸出電流、實(shí)際輸出電流等；可以用6位以上LED數(shù)碼顯示器、液晶顯示器或者觸摸屏，LED使用比較方便，但液晶顯示器和觸摸屏顯示信息量大，且可以顯示漢字，人機(jī)交互的友好性強(qiáng)，所以不采用數(shù)碼顯示器。而觸摸屏同時(shí)將鍵盤輸入和LCD顯示合為一體了，它只占用了2個(gè)IO口，選擇它既可以減少IO口的資源，又可以使外設(shè)精簡。故選擇觸摸屏作為顯示器。 3．鍵盤選擇 單片機(jī)輸入設(shè)備通常有鍵盤、撥碼開關(guān)、觸摸液晶屏等，也可以采用紅外遙控的方法進(jìn)行輸入。鑒于本設(shè)計(jì)中的輸入設(shè)備主要用于設(shè)定輸出電流值和（采用LED數(shù)碼顯示器時(shí)）切換顯示內(nèi)容，故不方便采用撥碼開關(guān)和紅外遙控，所以選擇鍵盤和觸摸液晶屏作為輸入設(shè)備都是可以的。本設(shè)計(jì)選擇觸摸液晶屏作為輸入設(shè)備。 4．A/D轉(zhuǎn)換器 根據(jù)題目要求，系統(tǒng)應(yīng)能測量顯示實(shí)際輸出電流的范圍及精度指標(biāo)是：范圍20～2000mA，精度0.1％＋1mA。因此可知，A/D的精度至少要在12位以上，但由于只是用于測量顯示，因而測量速度要求不高；又因?yàn)闇y量對象為直流信號，故也沒有雙極性測量的要求。據(jù)此可以考慮采用以下具有變增益功能的A/D轉(zhuǎn)換器。 方案一：ICL7135是美國INTERSIL公司生產(chǎn)的4位半雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，它采用單基準(zhǔn)電壓，能對雙極性輸入的模擬電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換。它具有自動(dòng)量程控制信號輸出，自動(dòng)極性判別信號輸出，動(dòng)態(tài)字位掃描BCD碼輸出的特點(diǎn)，因此在轉(zhuǎn)換精度要求較高而采樣時(shí)間可以相對較慢的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。 方案二：AD7705是16位分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器，2通道全差分模擬輸入，使用＋5V單電源，主要應(yīng)用于低頻測量。它利用了Σ－Δ轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)了16位無誤碼性能，三線數(shù)字接口，可以通過串行輸入接口由軟件配置芯片的增益值、輸入信號極性和數(shù)據(jù)更新速率，非常靈活方便。具有自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)功能，能夠消除器件本身和系統(tǒng)的增益以及偏移誤差，是用于開發(fā)智能系統(tǒng)、微控制器系統(tǒng)和基于DSP系統(tǒng)的理想產(chǎn)品。由于其精度比ICL7135高，所以此處采用AD7705。 5．D/A轉(zhuǎn)換器 根據(jù)題目要求，所設(shè)計(jì)的直流電流源應(yīng)具有數(shù)控功能，按發(fā)揮部分的指標(biāo)要求，應(yīng)滿足輸出最大2000mA，步進(jìn)1mA的要求；又因?yàn)樗O(shè)計(jì)的直流電流源為壓控電流源，因此，用“單片機(jī)＋D/A”的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能最為合適。根據(jù)指標(biāo)要求，D/A的位數(shù)至少為11位，故而我們選擇12位的D/A轉(zhuǎn)換器。由于系統(tǒng)對輸出電流設(shè)定的實(shí)時(shí)性沒有要求，所以選擇串行12位D/A －MAX532以節(jié)約單片機(jī)接口資源。MAX532是MAXIM公司生產(chǎn)的12位雙通道、三線串行輸入、電壓輸出的D/A轉(zhuǎn)換器。它不需要任何外圍器件就可達(dá)到最佳的性能指標(biāo)。 6．壓控電流源 電壓控制的電流源模塊，可采用的方案有以下三種： ① 功率集成運(yùn)放，如OPA501、OPA541、PA05等； ② 運(yùn)放＋晶體三極管放大； ③ 可調(diào)集成穩(wěn)壓模塊，如LM317。 方案一：直接使用功率集成運(yùn)放。特點(diǎn)：使用容易、性能穩(wěn)定可靠。常用的功率集成運(yùn)放一般能夠輸出±40V，10～15A的功率，性能指標(biāo)也較高，完全能夠滿足本題要求。功率集成運(yùn)放還可以雙極性輸出，但本題只需單極性輸出，卻需要為功率集成運(yùn)放配置正負(fù)雙電源。 方案二：利用三端可調(diào)直流穩(wěn)壓集成芯片，通過調(diào)整其輸出電壓來實(shí)現(xiàn)負(fù)載的恒流特性。特點(diǎn)：直接利用穩(wěn)壓片提供所需功率，只需要添加相應(yīng)控制電路即可實(shí)現(xiàn)本題的大部分要求，但是，其電流調(diào)整率指標(biāo)只能達(dá)到0.5%～0.15%，不滿足題目要求， 方案三：采用“運(yùn)放＋功率三極管”的結(jié)構(gòu)構(gòu)成恒流源。特點(diǎn)：性能滿足本題要求，同時(shí)可以通過選用功率三極管的不同容量來滿足不同的應(yīng)用要求。 鑒于上述原因，我們選用方案三。 7．電源 設(shè)計(jì)了兩套直流穩(wěn)壓電源，一套為單片機(jī)及其外設(shè)提供工作電源，另一套為大功率三極管及其電流源負(fù)載提供電源，兩套電源分開，可以提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。 （1）為單片機(jī)系統(tǒng)提供電源的直流穩(wěn)壓電源 該電源按常規(guī)設(shè)計(jì)，輸出電壓等級有±5V，±15V。電路原理圖如圖1、圖2所示。 圖1 +5V電源 圖2 －5V與±15V電源 （2）為電流源負(fù)載提供功率的電源 在對為電流源負(fù)載提供功率的電源進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，我們考慮了兩套方案：①直接采用不穩(wěn)壓的整流電源；② 采用直流穩(wěn)壓電源�？紤]到系統(tǒng)對容量的要求以及對紋波電流的要求，我們選擇了用LM317構(gòu)成的可調(diào)穩(wěn)壓電源。其優(yōu)點(diǎn)是：① 可以進(jìn)行預(yù)穩(wěn)壓，以提高輸出電流對輸入交流電源電壓變化的穩(wěn)定度；② 為壓控電流源電路提供具有穩(wěn)壓特性且很小紋波的高質(zhì)量的工作電源，以有效降低輸出電流紋波系數(shù)；③ 可以根據(jù)輸出電壓要求合理整定壓控電流源電路的工作電壓，在LM317和末級功率三極管間分散負(fù)擔(dān)并合理分配功率損耗，方便散熱；其電路原理圖如圖3所示。 * - 本貼最后修改時(shí)間：2006-5-19 19:08:21 修改者：tyw |
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| 4樓： | >>參與討論 |
| 作者： tyw 于 2006/5/19 18:59:00 發(fā)布：
2 圖3 1.25～21V可調(diào)電源 穩(wěn)壓電源電路輸出電壓為： VO = VREF (1 + R2/R1) + IADJ R2 輸出調(diào)節(jié)電路中固定電阻Ｒ1取150W，此時(shí) 電位器R2選取10k精密線繞電位器，因整流橋輸出為26V直流電，故 Uomax能滿足15V需求，經(jīng)測量，最大可達(dá)到21V。輸入輸出端濾波電容各取2×4700μF，以減小紋波電壓，穩(wěn)定輸出電壓，增強(qiáng)帶負(fù)載能力。選取IN5404，可防止輸出輸入短路時(shí)燒毀芯片。 二、電路設(shè)計(jì) 1．A/D轉(zhuǎn)換（AD7705） (1) IO口資源分配 ① DOUT接IOA0，為了使將它的數(shù)據(jù)更方便的讀出來，將它放在第一位，初始化為帶上拉電阻的輸入口； ② DRDY接IOA1，初始化為帶上拉電阻的輸入口； ③ DIN接IOA2，經(jīng)數(shù)據(jù)緩存器輸出低電平； ④ SCLK接IOA3，經(jīng)數(shù)據(jù)緩存器輸出低電平； ⑤ RESET接IOA4，經(jīng)數(shù)據(jù)緩存器輸出低電平； (2)硬件電路設(shè)計(jì) 圖4為AD7705的引腳連接圖。 圖4 AD7705的引腳連接圖 ① 23腳間的晶振用小的好，這里采用1MHZ，加電容效果更佳。CS接地。 ② 在電源VDD接觸處，加兩個(gè)濾波電容，一個(gè)10μF的電解電容和一個(gè)0.1μF的獨(dú)石電容，以穩(wěn)壓用。芯片的電源供電越穩(wěn)定，紋波越小，其性能越好，采樣值越穩(wěn)定。 2．D/A轉(zhuǎn)換（MAX532） (1)IO口資源分配 ① DIN接IOA5，同相低電平輸出； ② SCLK接IOA6，同相低電平輸出； ③ CS接IOA7，同相高電平輸出。 (2)硬件電路設(shè)計(jì) 如圖5所示，在正電源VDD和負(fù)電源VSS上也加上了兩個(gè)濾波電容，一個(gè)10μF的電解電容和一個(gè)0.1μF的獨(dú)石電容，同AD7705，目的同樣是穩(wěn)壓�？梢允请娫醇y波小，使芯片工作時(shí)性能好，輸出的波形更加穩(wěn)定。為之后穩(wěn)定電流的輸出奠定了良好的基礎(chǔ)。 圖5 MAX532的引腳連接圖 3．壓控電流源模塊 電壓控制的電流源電路如圖6 所示。壓控電流源模塊主要由給定與比較放大單元、功率放大單元和電流反饋單元組成。給定與比較放大單元由U1（OP07）及其外圍阻容器件組成，起著計(jì)算給定電流與實(shí)際輸出電流偏差并進(jìn)行放大的作用。與R2并聯(lián)的電容器C9起加速反饋的作用，與運(yùn)放反饋電阻并聯(lián)的電容器C10起濾波作用，二極管D1起電壓鉗位作用，用以保護(hù)運(yùn)算放大器；功率放大 單元由Q1、Q2和Q3及其配套阻容器件組成，為滿足最大輸出容量（10V，2000mA）的要求，選取最嚴(yán)重工況（負(fù)載端短路且輸出2000mA）計(jì)算Q3的功率損耗： （10＋5）V×2A＝30W 式中，5V是考慮電流源輸出10V電壓，輸出2A電流時(shí)，為Q3留出的ce極間電壓。為可靠起見，留有足夠的功率裕量和安全系數(shù)，選擇Q3的型號為：2N5886。 圖6 電壓控制的電流源 其主要技術(shù)參數(shù)如下：100V，25A，允許管耗300W。C14起紋波抑制作用，二極管D3用以保護(hù)功率三極管Q3，防止其承受反壓而損壞；電流反饋單元由儀用放大器AD620和低噪聲運(yùn)放OP07構(gòu)成，前者對串聯(lián)在負(fù)載回路的康銅絲兩端電壓進(jìn)行取樣，康銅絲是一種溫度特性佳的阻性元件，其兩端電壓正比于流過的電流，因此該電壓的反饋就是負(fù)載電流的反饋。儀用放大器具有極強(qiáng)的抗共模干擾的能力，特別適合對小信號進(jìn)行放大。OP07作為二級放大且其輸入端設(shè)置一個(gè)反饋系數(shù)調(diào)節(jié)用的精密電位器，起著輸出電流校正之功用。 4．負(fù)載電流、負(fù)載電壓的測量 負(fù)載電流、電壓測量電路如圖7所示。負(fù)載電流測量電路與電流源電路中的電流反饋環(huán)節(jié)相同，可調(diào)電位器用作測量回路的增益；負(fù)載電壓測量電路具有相同結(jié)構(gòu)，只是AD620的取樣點(diǎn)是經(jīng)R3，R4分壓得到的，以保證AD620工作在最大允許輸入電壓值的范圍內(nèi)；注意到負(fù)載電壓測量電路的這種取樣方式，實(shí)際所測的是負(fù)載電壓與康銅絲電壓之和，真正的負(fù)載電壓需要減去康銅絲電壓。設(shè)置測量上述兩個(gè)測點(diǎn)的電壓，可以直接得到負(fù)載電流并通過計(jì)算得到負(fù)載電壓以及負(fù)載的直流電阻阻值。 |
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| 作者： tyw 于 2006/5/19 19:00:00 發(fā)布：
3 圖7 負(fù)載電流、電壓測量電路 5.人機(jī)接口 ①觸摸屏的型號及具體參數(shù) 觸摸液晶屏是采用Burr-Brown公司的觸摸屏控制芯片ADS7843，由于ADS7843內(nèi)置12位A/D，理論上觸摸屏的輸入坐標(biāo)識(shí)別精度為有效長寬的1/4096。它是一個(gè)低導(dǎo)通電阻模擬開關(guān)的串行接口芯片。供電電壓2.7～5V，參考電壓VREF為1V～＋VCC，轉(zhuǎn)換電壓的輸入范圍為0～VREF，最高轉(zhuǎn)換速率為125KHz。 ②觸摸屏控制芯片ADS7843的電路圖 ADS7843是觸摸液晶屏的控制芯片，AT89C55是51系列單片機(jī)。 圖8 觸摸和顯示主電路 三、軟件設(shè)計(jì) 1．主程序流程圖 主程序流程如圖9所示。
圖9 主程序流程圖 2．A/D轉(zhuǎn)換（AD7705） AD7705接收數(shù)據(jù)的流程圖與發(fā)送數(shù)據(jù)的流程圖，此處不再贅述。但對于編程中需要注意的地方，做以下說明。 ① 每次對芯片發(fā)數(shù)據(jù)的時(shí)候，都要首先對通訊寄存器寫數(shù)據(jù)，否則一切指令無效； ② 對于選中芯片，可以有兩種方法： a.將CS腳置低； b.將RESET拉低以后再置高，使芯片復(fù)位一次。 一般情況下選擇方案a，但若開始轉(zhuǎn)換以后不能停止，而導(dǎo)致數(shù)據(jù)出錯(cuò)，就必須用方案b。此處我們采用方案b，以防萬一。 ③ 在拉低RESET以后，要給予足夠的時(shí)間讓芯片復(fù)位，否則復(fù)位時(shí)間太短也會(huì)導(dǎo)致出錯(cuò)。程序中許多延時(shí)是必須的，因?yàn)?a target="_blank" href="http://www.udpf.com.cn/icstock/115/AD7705.html">AD7705屬于低頻高精度A/D轉(zhuǎn)換器。 ④ 此處我們采用了雙通道A/D采樣。一通道對康銅電阻采樣，目的是為了顯示當(dāng)前電流的輸出值。二通道對可變負(fù)載電阻兩端的電壓采樣，此處是我們的發(fā)揮部分，目的是測出了負(fù)載兩端的電壓值，輸出的電流又是已知的，從而可以測得負(fù)載電阻的當(dāng)前值。 3．觸摸屏的程序設(shè)計(jì) 觸摸屏的主程序流程圖如圖10所示。
圖10 觸摸屏程序主循環(huán)流程圖 四、性能測試 1．測量儀器 （1）HP34401A數(shù)字萬用表 6 高性能數(shù)字萬用表，可以高精度測量電壓與電流。 ① 測量電流 量程：10mA(只適用于DC)、100mA(只適用于DC)、1A、3A。 最高分辨率：10nA（在10mA量程）。 AC技術(shù)：RMS，AC耦合。 ② 測量電壓 量程：100mV、1V、10V、100V或1000V（750Vac）。 最大分辨率：100nV（在100mV的量程時(shí)）。 AC技術(shù)：RMS及AC耦合測量。 （2）示波器 采用TDS1002，兩通道數(shù)字存儲(chǔ)示波器，最大帶寬60MHZ，1GS/s。 2．校準(zhǔn) （1）設(shè)定值校準(zhǔn) 在負(fù)載回路中串聯(lián)接入精密電流表計(jì)，設(shè)置D/A輸出值為4000（12位D/A，對應(yīng)電流給定值2000mA），調(diào)節(jié)反饋增益電位器，使電流源輸出2000mA。 （2）測量值校準(zhǔn) 在精密電流表計(jì)顯示2000mA時(shí)，調(diào)節(jié)測量回路增益電位器使單片機(jī)顯示2000mA。 3．測量數(shù)據(jù)記錄 測試設(shè)定電流與精密電流表的電流讀數(shù)，同時(shí)對比單片機(jī)的實(shí)測電流顯示值，記錄在表1中。 表1 測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
改變負(fù)載電阻，讓輸出電壓從0～10V以內(nèi)變化時(shí)，測出輸出電流變化的絕對值，測試結(jié)果如表2所示。 表2 電流隨負(fù)載改變的測試數(shù)據(jù)
注：由于電阻負(fù)載比較小，所以電壓范圍不大。 4．結(jié)論 ①Ip為電流設(shè)定值 Ia為輸出電流與設(shè)定值偏差的絕對值，Ia＝|Ip－Io| P1為偏差絕對值占電流設(shè)定值的百分比，題目要求其百分比要不大于1％： P1＝Ia/Ip×100％ ②Is為單片機(jī)顯示值，Io為電流實(shí)際值，Id為電流實(shí)際值與單片機(jī)顯示值偏差的絕對值 Id＝|Is－Io| P2為偏差的絕對值占單片機(jī)顯示值的百分比，題目要求其百分比不大于0.1%: P2＝Id/Is×100％ 表3 數(shù)據(jù)處理和誤差分析
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