数控电流源的设计综述

测控电路

课程设计

课程设计名称：数控电流源设计

专业班级：

学生姓名：

学号：

指导教师：刘建娟

同组人姓名：

课程设计时间：2013.12.25—2014.01.03

测控电路课程设计任务书

引言

数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，已出现了数控精度达到0.05V 的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。从90年代末起，随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。在80年代的第一代分布式供电系统开始转向到20世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间母线结构，直流/直流电源行业正面临着新的挑战，即如何在现有系统加入嵌入式电源智能系统和数字控制。

早在90年代中，半导体生产商们就开发出了数控电源管理技术，而在当时，这种方案的性价比与当时广泛使用的模拟控制方案相比处于劣势，因而无法被广泛采用。

由于板载电源管理的更广泛应用和行业能源节约和运行最优化的关注，电源行业和半导体生产商们便开始共同开发这种名为“数控电源”的新产品。

现今随着直流电源技术的飞跃发展, 整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制, 从而使直流电源智能化, 具有遥测、遥信、遥控的三遥功能, 基本实现了直流电源的无人值守。

从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。

数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，数字化能够减

少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。

数控直流电流源作为稳定电源的分支，在工程技术和测量领域中有着重要的实用价值，其涉及的应用由稳定电磁场、校正电流表等扩展至激光、超导、现代通信和传感技术等领域。基于模拟电路的电流源虽然可以实现高精度、宽电流范围输出，但其结构复杂, 调整困难，指示不直观。随着单片机技术的发展，数字控制电流源开始出现，其以控制灵活、调节方便等特点展示了良好的应用前景。一般的恒流电流源往往是电流值固定，或是有限数值档的电流值输出，不便于通用。数字控制的电流源则通过单片机作为核心控制器，通过键盘设置所需的电流值，电流值取值范围大，使用方便灵活。

数控电流源课程设计

一：设计总任务：

设计一个8档数字控制电流源，要求在控制按键的作用下，电流源输出电流依次为0、10mA、20mA、30mA、40mA、50mA、60mA、70mA，同时用LED数码管显示这8个电流档位。

二：设计总目的：

通过本次设计，熟悉运算放大器，计数器，D/A转换器，译码/显示电路的应用，并熟悉负反馈的应用。

三：设计内容：

第一部分

控制电路与D/A转换电路的设计：

控制电路和D/A转换电路主要有芯片74LS161和DAC0832两个芯片构成，74LS161的

210

Q Q Q依次循环输出000，001,010,011,100,101,110,111。采用8

位D/A转换器DAC0832完成D/A转换。当74LS161的

210

Q Q Q在000-111之间变

化时，D/A转换器的理论输出电压U1在

112

05= 2.1875

256

V V

-⨯-之间变化。

第二部分U/I转换部分

图一电压放大器U/I转换电路如下：

图二 U/I转换电路

第三部分

设计任务：

为数控电流源设计档位显示电路。

设计目的：

通过本实验，熟悉数字译码器的使用，熟悉CC4511七段锁存译码驱动器的使用。

设计原因：

总的实验目的是要设计一个电流大小可以用数字方式控制的电流源，并可以在控制按键的作用下，电流源输出电流依次为0、10mA、20mA、30mA、40mA、50mA、60mA、70mA，同时用LED数码管显示这8个电流档位，因此要设计一个档位电视电路。

设计电路：

显示电路部分：

图三档位显示电路

显示电路可采用图三所示电路，其中Q2、Q1、Q0为计数器输出信号分别接图中C、B、A处，即芯片CC4511的2引脚，1引脚和7引脚。

工作原理：

一：数字显示译码器

a.七段发光二极管（LED）数码管

LED数码管是目前最常用的数字显示器，图（a）（b）为共阴管和共阳管的电路，（c）为两种不同出线形式的引出脚功能图。

一个LED数码管可用来显示一位0-9十进制和一个小数点。小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为2-2.5V，每个发光二极管的点亮电流在5-10mA。LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。

（c）符号及引脚功能

图三 LED数码管

b. BCD码七段译码驱动器

此类译码器型号有74LS47（共阳），74LS48（共阴），CC4511（共阴）等，本电路采用CC4511码锁存七段译码驱动器。驱动共阴极LED数码管。

CC4511是BCD-7段锁存译码驱动器，在同一单片结构上由COS/MOS逻辑器件和n-p-n双极性晶体管构成。这些器件的组合，使CC4511具有低静态耗散和高抗干扰及源电流高达25mA的性能。由此可直接驱动LED及其他器件。

输出端分别检测显示、亮度调节、存储或选通一BCD码等功能。当使用外部多路转换电路时，可多路转换和显示几种不同的信号。

图四为CC4511引脚排列:

图四 CC4511引脚排列

其中

A.B.C.D为BCD码输入端

a.b.c.d.e.f.g为译码输入端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED数码管。