数控恒流源设计

数控恒流源设计
题目任务要求
1、任务
设计并制作数控直流电流源。

输入交流200～240V，50Hz；输出直流电压≤10V。

其原理示意图如下所示。

2、要求
1>差不多要求
（1）输出电流范畴：200mA～2000mA；
（2）可设置并显示输出电流给定值，要求输出电流与给定值偏差的绝对值≤给定值的
1％+10 mA；
（3）具有“+”、“-”步进调整功能，步进≤10mA；
（4）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1％+10 mA；
（5）纹波电流≤2mA；
（6）自制电源。

2>发挥部分
（1）输出电流范畴为20mA～2000mA，步进1mA；
（2）设计、制作测量并显示输出电流的装置(可同时或交替显示电流的给定值和实测值)，测量误差的绝对值≤测量值的0.1％+3个字；
（3）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的0.1％+1 mA；
（4）纹波电流≤0.2mA；
（5）其他。

总体方案
用单片机和FPGA数控恒流源。

通过键盘预置电流值，单片机输出相应的数字信号给D/A转换器，D/A转换器输出的模拟信号送到运算放大器，操纵主电路电流大小。

实际输出的电流再通过采样电阻采样变成电压信号，A/D转换后将信号反馈到单片机中。

单片机将反馈信号与预置值比较，依照两者间的差值调整输出信号大小。

如此就形成了反馈调剂，提高输出电流的精度。

本方案可实现题目要求，当负载在一定范畴内变化时具有良好的稳固性，而且精度较高。

具体电路设计
1.电源电路
操纵部分供电电源电路
还需要大功率供电电源，专门为VMOS管供电。

因为负载中最大电流要达到2A，输出直流电压≤10V，因此该电源的输出功率至少要大于210=20W。

作为大功率电源，我们选用220V-16V/50W的变压器，稳压芯片是金属封装的三端可
调稳压芯片LM317K STEEL P+，理论上安装散热片后最大输出电流可达3.4A，经实际测试，能够输出2A电流的指标。

电路图如下：
恒流源部分供电电源电路
2.恒流源电路
恒流源电路由N沟道的MOSFET、高精度运算放大器、采样电阻等组成，其电路原理图如下图所示。

利用功率MOSFET的恒流特性，再加上电流反馈电路，使得该电路的精度专门高。

图中R1为负载电阻，输出电压变化的范畴U<=10V，Imax<=2A，能够得出负载电阻R1<=5欧。

R2为取样电阻，是专门的发热电阻(阻值随温度变化较小)，R2=0.5欧。

运算放大器的输出操纵着MOSFET的VGS，因此运算放大器输出的稳固性将直截了当决定系统输出电流的稳固性；同时，运算放大器还决定着系统输出电流的精度。

为了满足系统的精度及纹波要求，选用周密运算放大器OP07。

3.D/A，A/D电路
通过理论分析，D/A 转换器和A/D转换器都应该选择10位以上的，才能满足转换精度.。

D/A我们选择MAXIM公司的MX7541。

MX7541是12位低电源供电的D/A转换器转换器。

电路图如下：
而关于A/D采样，一方面我们要求采样值的精度要高，另一方面我们要求采样转换速率要快。

依照这两点我们选择了MAXIM公司的12位高速A/D转换芯片MAX197。

系统软件设计
在那个实验中,需要单片机处理的任务要紧有两个部分：其一，差不多工作，包括LCD显示,键盘扫瞄,各功能电路的送操纵字.。

其二，核心处理工作，MAX197将采样电阻上的电压采进单片机以后，单片机必须依照所采进来的值，判定我们所指定的电流值准不准确。

假如实际值比设定值大的话，那么就减小D/A输出的电压；假如实际值比设定值小的话，则增大D/A输出的电压值。

然后往复比较，直到采样值与设定值的差别在误差承诺范畴之间即可。

下图是单片机处理的流程图：
1.为何LED灯总是驱动电源在坏？
从可靠性设计理论上讲，由于驱动电源的比灯珠复杂专门多，电源中的电子元器件种类数量都专门多，有电阻电容电感变压器二极管三极管mos管等等，数量种类愈多，发生故障的几率愈高，电源的失效几率至少比灯珠高一个数量级。

由于LED灯的80%以上的功率转换为热能，灯体温度一样都较高，这对电源的要求专门高，远远超过了通讯电源中的要求极高的基站电源，基站电源专门少满载工作，而LED灯专门少不是满载工作。

高温满载长时刻工作，这对电源是专门严酷的要求。

然而，在现实中，能做基站电源的公司寥寥无几，而做LED驱动电源的厂家遍地差不多上，有些58年大炼钢铁的气概，有悖常理，也就注定了设计只是关，选材不合理，粗制滥造。

品质可想而知，不一而掬。

2.如何提高大功率led灯具的可靠性？
在可靠性设计中，提高可靠性的最有效最常见的方法是提供备份的方法，飞机采纳双发动机确实是最经典的方法。

在自然界中，动物的眼睛，耳朵，鼻孔，肾脏等关键器官都有两个，其中一个差不多上备份。

在通讯系统中，高要求的电源系统差不多上采纳n+1备份。

这些差不多上面对并同意电源易损坏那个现实请况下采取的提高可靠性方案。

在led灯具中，由于恒流驱动，不能实现全功率备份。

但能够把灯珠分为n组，每组由独立电源单独供电，一组电源失效，灯具可不能发生致命性的全灭。

n组同时失效的概率极低。

3.选择驱动电源要注意哪些技术指标？
一。

效率：节能是LED灯的要紧卖点，电源转换效率不高，再好的灯珠也做不出高光效的灯具。

二。

PF值：PF值高，能够有效的减小无功功率损耗，提高交流电源的利用率，节约了发电的能源，降低了谐波电流，减小了电网及配电设备投资。

三。

温度：温度对电子元器件的寿命有决定性的阻碍。

专门是电解电容，温度下降10度，寿命增加一倍。

四。

安规：安全是至关重要的，甚至是要命的。

4.决定LED驱动电源的寿命的关键因素？
铝电解电容的工作温度
假如选用105度，寿命为10000小时的高频铝电解电容，依照通行的铝电解电容寿命估算公式：温度“每降低10度，寿命增加一倍”，那么它在95度环境下工作寿命为20000小时，在85度环境下工作寿命为40000小时。

由此可见，温度与寿命是指数函数的关系。

5.高效率的诱惑
高效率是LED照明系统整体的节能要求，是低温升、长寿命、高可靠的基础与保证。

如一台输出100W的LED驱动电源，当效率达95％时，其损耗是5.2W，当效率只有85％时，其损耗达17.6W，后者是前者的3.4倍，实验说明在同等
条件下前者比后者温度低10～15℃。

依照铝电解电容温度降10度寿命加一倍的原则，高效降低10度温度，寿命就长一倍。

6.高PF值的诱惑
PF是Power Factor的缩写，指的是功率因数，是有功功率与视在功率的比值；PFC是Power Factor Corrector的缩写，指的是功率因数校正；高功率因数能够: 1）减小电流谐波；2.）增加电力系统容量；3）减小线损，节约电能。

低功率因数即代表低的电力效能，越低的功率因数值代表越高比例的电力在配送网络中耗损，若低的功率因数没有被校正，电力公司除了有功功率外，还要提供更大的无功功率，这导致需要更大的发电机、变压器、输电线等，以补偿损耗。

7.LED电源的品质问题根源在哪里？
1.设计不到位：防水，防雷，EMC，要紧的是热设计，温度范畴低于灯具实际温度；
2.选用元器件质量低劣：比如用劣质环氧等来做防水灌封，一般电解代替高频电解，高温电解代替高频电解，翻新元器件，拆机件等等。

假如我的路灯有40个灯珠，分成4路并联，每一路加一个带可操纵端的横流驱动IC，那么我是用PWM调光好呢依旧直截了当开关其中某几路来实现总体光照减小好？要紧从节能的方面考虑~PWM调光过程和这种直截了当开关哪种省电最佳答案
LED调光目前有两种思路：一是线性调剂LED电流（即模拟调光），二是使用开关电路以相关于人眼识别力来说足够高的频率工作来改变光输出的平均值（数字调光）。

（PWM）是属于数字调光的方法。

模拟调光通常能够专门简单的来实现。

然而由于LED光的特性要随着平均驱动电流而偏移。

关于单色LED来说，其主波长会改变。

对白光LED来说，其相关颜色温度（CCT）会改变。

用PWM调光则保证了LED发出设计者需要的颜色。

PWM调光也能够提高输出电流精度。

用线性调剂的模拟调光会降低输出电流的精度。

通常来说，相关于模拟调光，PWM调光能够精度大于线性操纵光输出。

从节能来说，没有可比性。

因为PWM是保证CCT和颜色情形下测定电流（光强），模拟调光则是不存在那个前提。

假如要牺牲那个前提来考虑节能的话，需要实测数据。

但我估量在实现同等照度的情形下，PWM会有优势。

LED调光目前有两种思路：一是线性调剂LED电流（即模拟调光），二是使用开关电路以相关于人眼识别力来说足够高的频率工作来改变光输出的平均值（数字调光）。

（PWM）是属于数字调光的方法。

模拟调光通常能够专门简单的来实现。

然而由于LED光的特性要随着平均驱动电流而偏移。

关于单色LED来说，其主波长会改变。

对白光LED来说，其相关
颜色温度（CCT）会改变。

用PWM调光则保证了LED发出设计者需要的颜色。

PWM调光也能够提高输出电流精度。

用线性调剂的模拟调光会降低输出电流的精度。

通常来说，相关于模拟调光，PWM调光能够精度大于线性操纵光输出。

从节能来说，没有可比性。

因为PWM是保证CCT和颜色情形下测定电流（光强），模拟调光则是不存在那个前提。

假如要牺牲那个前提来考虑节能的话，需要实测数据。

但我估量在实现同等照度的情形下，PWM会有优势。

回答者：老猫炖鞋 | 六级 | 2011-4-22 20:29 论成效来看,因此是PWM调光好,整体的电流操纵,灯的亮度比较平均.
节能的话就不行说,4路并联,假如单灯需要300MA电流,一共需要1.2A,假如你关掉两路,需要600MA,那么用PWM调光,假如调成一样的亮度,也是600MA,因此具体看你一样调光时需要多大的亮度,个人举荐用PWM调光,成效会比较好.
DMX512和PWM调光是什么关系啊？老听到说用512操纵，常常也听到说这LED用PWM调光电源的，不明白2者是什么关系。

请明白的帮忙详解下。

DMX512是一种操纵协议。

PWM调光是一种操纵方式。

通过改变脉冲的占空比来调剂灯的亮暗，也即电源的输出功率
DMX512传输的数据是要调整的灯的亮暗程度信息，而要实现灯这种程度的亮度就需要我们用PWM调光来操纵电源的输出功率。

使用PWM调光
时刻：2009-09-14 2158次阅读【网友评论0条我要评论】收藏
不管你用Buck, Boost, Buck-Boost依旧线性调剂器来驱动LED，它们的共同思路差不多上用驱动电路来操纵光的输出。

设计者要紧有两个选择：线性调剂LED 电流（模拟调光），或者使用开关电路以相关于人眼识别力来说足够高的频率工作来改变光输出的平均值（数字调光）。

使用脉冲宽度调制（PWM）来设置周期和占空度（图1）可能是最简单的实现数字调光的方法，同时Buck调剂器拓扑往往能够提供一个最好的性能。

不管你用Buck, Boost, Buck-Boost依旧线性调剂器来驱动LED，它们的共同思路差不多上用驱动电路来操纵光的输出。

一些应用只是简单地来实现“开”和“关”地功能，然而更多地应用需求是要从0到100%调剂光的亮度，而且经常要有专门高的精度。

设计者要紧有两个选择：线性调剂LED电流（模拟调光），或者使用开关电路以相关于人眼识别力来说足够高的频率工作来改变光输出的平均值（数字调光）。

使用脉冲宽度调制（PWM）来设置周期和占空度（图1）可能是最简单的实现数字调光的方法，同时Buck调剂器拓扑往往能够提供一个最好的性能。

图1：使用PWM调光的LED驱动及其波形。

举荐的PWM调光
模拟调光通常能够专门简单的来实现。

我们能够通过一个操纵电压来成比例地改变LED驱动的输出。

模拟调光可不能引入潜在的电磁兼容/电磁干扰（EMC/EMI）频率。

然而，在大多数设计中要使用PWM调光，这是由于LED的一个差不多性质：发射光的特性要随着平均驱动电流而偏移。

关于单色LED来说，其主波长会改变。

对白光LED来说，其相关颜色温度（CCT）会改变。

关于人眼来说，专门难察觉到红、绿或蓝LED中几纳米波长的变化，专门是在光强也在变化的时候。

然而白光的颜色温度变化是专门容易检测的。

大多数LED包含一个发射蓝光谱光子的区域，它透过一个磷面提供一个宽幅可见光。

低电流的时候，磷光占主导，光趋近于黄色。

高电流的时候，LED蓝光占主导，光出现蓝色，从而达到了一个高CCT。

当使用一个以上的白光LED的时候，相邻LED的CCT的不同会专门明显也是不期望发生的。

同样延伸到光源应用里，
混合多个单色LED也会存在同样的问题。

当我们使用一个以上的光源的时候，LED 中任何的差异都会被察觉到。

LED生产商在他们的产品电气特性表中专门制定了一个驱动电流，如此就能保证只以这些特定驱动电流来产生的光波长或CCT。

用PWM调光保证了LED发出设计者需要的颜色，而光的强度另当别论。

这种精细操纵在RGB应用中专门重要，以混合不同颜色的光来产生白光。

从驱动IC的前景来看，模拟调光面临着一个严肃的挑战，这确实是输出电流精度。

几乎每个LED驱动都要用到某种串联电阻来辨别电流。

电流辨别电压（VSNS）通过折衷低能耗缺失和高信噪比来选定。

驱动中的容差、偏移和延迟导致了一个相对固定的误差。

要在一个闭环系统中降低输出电流就必须降低VSNS。

如此就会反过来降低输出电流的精度，最终，输出电流无法指定、操纵或保证。

通常来说，相关于模拟调光，PWM调光能够提高精度，线性操纵光输出到更低级。

调光频率VS对比度
LED驱动对PWM调光信号的不可忽视的回应时刻产生了一个设计问题。

那个地点要紧有三种要紧延迟（图2）。

这些延迟越长，能够达到的对比度就越低（光强的操纵尺度）。

图2：调光延迟。

如图所示，tn表示从时刻逻辑信号VDIM提升到足以使LED驱动开始提高输出电流的时候的过渡延迟。

另外，tsu输出电流从零提升到目标级所需要的时刻，相反，tsn是输出电流从目标级下降到零所需要的时刻。

一样来说，调光频率（fDIM）越低，对比度越高，这是因为这些固定延迟消耗了一小部分的调光周期（TDIM）。

fDIM的下限大致是120Hz，低于那个下限，肉眼就可不能再把脉冲混合成一个感受起来连续的光。

另外，上限是由达到最小对比度来确定的。

对比度通常由最小脉宽值的倒数来表示：
CR = 1 / tON-MIN : 1
那个地点tON-MIN = tD + tSU。

在机器视觉和工业检验应用中常常需要更高的PWM调光频率，因为高速相机和传感器需要远远快于人眼的反应时刻。

在这种应用中，LED光源的快速开通和关闭的目的不是为了降低输出光的平均强度，而是为了使输出光与传感器和相机时刻同步。

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责任编辑：电源网左然
用开关调剂器调光
基于开关调剂器的LED驱动需要一些专门考虑，以便于每秒钟关掉和开启成百上千次。

用于通常供电的调剂器常常有一个开启或关掉针脚来供逻辑电平PWM信号连接，然而与此相关的延迟（tD）常常专门久。

这是因为硅设计强调回应时刻中的低关断电流。

而驱动LED的专用开关调剂则相反，当开启针脚为逻辑低以最小化tD时，内部操纵电路始终保持开启，然而当LED关断的时候，操纵电流却专门高。

用PWM来优化光源操纵需要最小化上升和下降延迟，这不仅是为了达到最好的对比度，而且也为了最小化LED从零到目标电平的时刻（那个地点主导光波长和CCT不能保证）。

标准开关调剂器常常会有一个缓开和缓关的过程，然而LED专用驱动能够做所有的情况，其中包括降低信号转换速率的操纵。

降低tSU 和 tSN 要从硅设计和开关调剂器拓扑两方面入手。

Buck调剂器能够保持快速信号转换而又优于所有其它开关拓扑要紧有两个缘故。

其一，Buck调剂器是唯独能够在操纵开关打开的时候为输出供电的开关变换器。

这使电压模式或电流模式PWM（不要与PWM调光混淆）的Buck调剂器的操纵环比Boost调剂器或者各种Buck-Boost拓扑更快。

操纵开关开启的过程中，电力传输同样能够轻易地适应滞环操纵，甚至比最好的电压模式或电流模式的操纵环还要快。

其二，Buck调剂器的电导在整个转换周期中连在了输出上。

如此保证了一个连续输出电流，也确实是说，输出电容被删减掉。

没有了输出电容，Buck调剂器成了一个真正的高阻抗电流源，它能够专门快达到输出电压。

Cuk和zeta转换器能够提供连续的输出电感，然而当更慢的操纵环（和慢频）被纳入其中的时候，它们会落后。

比开启针脚更快
即使是一个单纯的无输出电容的滞后Buck调剂器，也不能满足某些PWM调光系统的需要。

这些应用需要高PWM调光频率和高对比度，这就分别需要快速信号转换率和短延迟时刻。

关于机器视觉和工业检验来说，系统实例需要专门高的性能，包括LCD板的背光和投影仪。

在某些应用中，PWM调光频率必须超过音频宽，达到25kHz或者更高。

当总调光周期降低到微秒级时，LED电流总上升和下降时刻（包括传输延迟），必须降低到纳秒级。

让我们来看看一个没有输出电容的快速Buck调剂器。

打开和关断输出电流的延迟来源于IC的传输延迟和输出电感的物理性质。

关于真正的高速PWM调光，这两个问题都需要解决。

最好的方法确实是要用一个电源开关与LED链并联（图3）。

要关掉LED，驱动电流要通过开关分流，那个开关确实是一个典型的n-MOSFET。

IC连续工作，电感电流连续流淌。

那个方法的要紧缺点是当LED关闭的时候，电量被白费掉了，甚至在那个过程中，输出电压下降到电流侦测电压。

图3：分流电路及其波形。

用一个分流FET调光会引起输出电压快速偏移，IC的操纵环必须回应保持常电流的要求。

就像逻辑针脚调光一样，操纵环越快，回应越好，带有滞环操纵的Buck调剂器就会提供最好的回应。

用Boost和Buck-Boost的快速PWM
Boost调剂器和任何Buck-Boost拓扑都不适合PWM调光。

这是因为在连续传导模式中（CCM），每个调剂器都展现了一个右半平面零，这就使它专门难达到时钟调剂器需要的高操纵环带宽。

右半平面零的时域效应也使它更难在Boost或者Buck-Boost电路中使用滞后操纵。

另外，Boost调剂器不承诺输出电压下降到输入电压以下。

那个条件需要一个输入端短电路同时使利用一个并联FET实现调光变得不可能。

在Buck-Boost拓扑中，并联FET调光仍旧不可能或者不切实际，这是因为它需要一个输出电容（SEPIC，Buck-Boost和flyback），或者输出短电路（Cuk和zeta）中的未受
操纵得输入电感电流。

当需要真正快速PWM调光的时候，最好的解决方案是一个二级系统，它利用一个Buck调剂器作为第二LED驱动级。

假如空间和成本不承诺的时候，下一个最好的原则确实是一个串联开关（图4）。

图4：带有串联DIM开关的Boost调剂器。

LED电流能够被赶忙切断。

另外，必须要专门考虑系统回应。

如此一个开路事实上是一个快速外部退荷暂态，它断开了反馈环，引起了调剂器输出电压的的上升。

为了幸免因为过压失败，我们需要输出钳制电路和/或误差放大器。

这种钳制电路专门难用外部电路实现，因此，串联FET调光只能用专用Boost/Buck-Boost LED 驱动IC来实现。

总而言之，LED光源的单纯操纵需要设计的初始时期就要专门小心。

光源越复杂，就越要用PWM调光。

这就需要系统设计者慎重摸索LED驱动拓扑。

Buck调剂器为PWM调光提供了专门多优势。

假如调光频率必须专门高或者信号转换率必须专门快，或者二者都需要，那么Buck调剂器确实是最好的选择。

PWM 调光知识介绍
来源：本站整理| 点击：| 录入时刻：2011/5/18
PWM 调光知识介绍
在手机及其他消费类电子产品中，白光 LED 越来越多地被使用作为显示屏的背光源。

近来，许多产品设计者期望白光 LED 的光亮度在不同的应用场合能够作相应的变化。

这就意味着，白光 LED 的驱动器应能够支持 LED 光亮度的调剂功能。

目前调光技术要紧有三种：PWM 调光、模拟调光、以及数字调光。

市场上专门多驱动器都能够支持其中的一种或多种调光技术。

本文将介绍这三种调光技术的各自特点，产品设计者能够依照具体的要求选择相应的技术。

PWM Dimming (脉宽调制) 调光方式——这是一种利用简单的数字脉冲，反复开关白光 LED驱动器的调光技术。

应用者的系统只需要提供宽、窄不同的数字式脉冲，即可简单地实现改变输出电流，从而调剂白光 LED 的亮度。

PWM 调光的优点在于能够提供高质量的白光，以及应用简单，效率高！例如在手机的系统中，利用一个专用 PWM 接口能够简单的产生任意占空比的脉冲信号，该信号通过一个电阻，连接到驱动器的 EN 接口。

多数厂商的驱动器都支持PWM 调光。

然而，PWM 调光有其劣势。

要紧反映在：PWM 调光专门容易使得白光 LED 的驱动电路产生人耳听得见的噪声（audible noise，或者 microphonic noise）。

那个噪声是如何产生？通常白光 LED 驱动器都属于开关电源器件（buck、boost 、charge pump 等），其开关频率都在 1MHz左右，因此在驱动器的典型应用中是可不能产生人耳听得见的噪声。

然而当驱动器进行 PWM调光的时候，假如 PWM 信号的频率正好落在 200Hz 到 20kHz 之间，白光 LED 驱动器周围的
电感和输出电容就会产生人耳听得见的噪声。

因此设计时要幸免使用 20kHz 以下低频段。

我们都明白，一个低频的开关信号作用于一般的绕线电感（wire winding coil），会使得电感中的线圈之间互相产生气械振动，该机械振动的频率正好落在上述频率，电感发出的噪音就能够被人耳听见。

电感产生了一部分噪声，另一部分来自输出电容。

现在越来越多的手机设计者采纳陶瓷电容作为驱动器的输出电容。

陶瓷电容具有压电特性，这就意味着：当一个低频电压纹波信号作用于输出电容，电容就会发出吱吱的蜂鸣声。

当 PWM 信号为低时，白光LED 驱动器停止工作，输出电容通过白光 LED 和下端的电阻进行放电。

因此在 PWM 调光时，输出电容不可幸免的产生专门大的纹波。

总之，为了幸免 PWM 调光时可听得见的噪声，白光LED 驱动器应该能够提供超出人耳可听见范畴的调光频率！
相关于 PWM 调光，假如能够改变 RS 的电阻值，同样能够改变流过白光 LED 的电流，从而变化 LED 的光亮度。

我们称这种技术为模拟调光。

模拟调光最大的优势是它幸免了由于调光时所产生的噪声。

在采纳模拟调光的技术时，LED的正向导通压降会随着 LED 电流的减小而降低，使得白光 LED 的能耗也有所降低。

然而区别于 PWM 调光技术，在模拟调光时白光 LED 驱动器始终处于工作模式，同时驱动器的电能转换效率随着输出电流减小而急速下降。

因此，采纳模拟调光技术往往会增大整个系统的能耗。

模拟调光技术还有个缺点在于发光质量。

由于它直截了当改变白光 LED 的电流，使得白光 LED的白光质量也发生了变化！
除了 PWM 调光，模拟调光，目前有些产商的驱动器支持数字调光。

具备数字调光技术的白光LED 驱动器会有相应的数字接口。

该数字接口能够是 SMB、I2C、。