高精度宽范围恒流源设计
浅谈高精度可调恒流源的设计
恒流源在现代检测计量领域中发挥了极其重要的作用。
在浙江虎王公司开发的“线缆自动化检测设备”系统中，恒流源是重要的组成部分。
只有开发出精度高、输出功率大、可调范围广的高精度恒流源，“线缆自动化检测设备”才能满足“精准、快速、智能地检测各类线缆”的技术要求。
因此，本文着重探讨该系统中高精度可调恒流源的设计问题。
一、系统设计高精度可调恒流源主要由两部分组成：一是电流源主电路，二是控制电路。
其中主控电路主要由两块场效应管产生输出所需的大电流，控制电路主要由ＰＷＭ控制芯片ＳＧ３５２５及运放构成闭环负反馈。
系统结构图如图１所示。
图1恒流源主电路由整流滤波、ＭＯＳ管驱动、电流输出等三部分电路模块组成。
其中ＭＯＳ管驱动电路如图２所示，图中开关管Ｑ１、Ｑ４是电压驱动全控型ＭＯＳＦＥＴ，具有输入阻抗高、驱动电路简单、驱动功率小、开关速度快及安全工作区大等优点。
半桥式逆变电路一个桥臂由开关管Ｑ１、Ｑ４组成，另一个桥臂由电容Ｃ６、Ｃ９组成。
通过调节开关管的占空比，就能改变变压器二次侧整流输出平均电压Ｖｏ，经全波变换和电感去噪后，对外输出电流。
图2场效应管选择２ＳＫ２６４８型芯片，它的最大漏极电流９ Ａ，最大功耗１５０Ｗ。
由于流过场效应管的电流较大，场效应管的发热比较严重，为保证恒流源的可靠工作，可以给场效应管加装合适大小的散热片。
恒流源控制电路由信号采样、比较放大、ＰＷＭ控制、推挽等电路模块组成，是稳定恒流输出、提高调节精度的关键所在，控制环节的好坏直接影响电路的整体性能。
如图３所示，本设计采用以ＳＧ３５２５芯片为核心的恒频脉宽调制控制方式。
ＳＧ３５２５芯片的脚５和脚７间串联一个电阻Ｒｄ，可以在较大范围内调节死区时间。
ＳＧ３５２５的振荡频率可表示为：式中ＣＴ，ＲＴ分别是与脚５、脚６相连的振荡器的电容和电阻，Ｒｄ是与脚７相连的放电端电阻值。
取值分别为浅谈高精度可调恒流源的设计文/高建强 李 博1(0.73)sT T dfC R R=+ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ812011 3ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ2011 382２２００ｐ、１０ｋ、１５０，即频率为６１ｋｈｚ。
基于FPGA的高精度恒流源系统设计
基于FPGA的高精度恒流源系统设计目录一、内容综述 (2)1. 研究背景和意义 (3)2. 国内外研究现状 (4)3. 论文研究目的及内容 (5)二、FPGA技术概述 (6)1. FPGA基本概念及特点 (7)2. FPGA的发展历程 (8)3. FPGA的主要应用领域 (9)三、恒流源系统基本原理与设计要求 (11)1. 恒流源系统基本原理 (12)2. 恒流源系统的设计要求 (13)3. 恒流源系统的性能指标 (14)四、基于FPGA的高精度恒流源系统设计方案 (15)1. 系统架构设计 (16)2. 主要功能模块设计 (18)3. 系统工作流程设计 (18)五、关键技术研究与实现 (19)1. 高精度电流采样与转换技术 (21)2. 高性能PWM波形生成技术 (22)3. 基于FPGA的电流闭环控制技术 (23)六、系统硬件设计与实现 (24)1. 电源模块设计 (26)2. 电流采样与处理模块设计 (27)3. FPGA配置与实现 (28)七、系统软件设计与实现 (30)1. 软件架构设计 (31)2. 程序流程设计 (33)3. 关键算法实现与优化 (34)八、系统测试与性能评估 (36)1. 测试环境与平台搭建 (37)2. 系统测试方法与步骤 (38)一、内容综述本文档主要介绍了基于FPGA的高精度恒流源系统的设计。
恒流源系统在众多领域中有着广泛的应用，如精密测量、电子仪器、医疗设备和通信系统等。
随着科技的不断发展，对恒流源系统的精度和稳定性要求也越来越高。
研究并设计一种基于FPGA的高精度恒流源系统具有重要的实际意义。
该系统设计的主要目标是实现高精度、高稳定性的恒流输出，同时具备良好的响应速度和负载调整能力。
系统设计的核心部分是基于FPGA（现场可编程门阵列）的控制电路，通过优化算法和控制策略，实现对恒流源输出电流的精确控制。
输入电源及稳压模块：为系统提供稳定的输入电压，保证系统的稳定运行。
高精度4-20mA恒流源电路的设计
高精度4-20mA恒流源电路的设计[摘要] 4-20mA电流输出,在远程智能工业控制中占有重要的地位。
本设计提出的高精度可编程恒流源系统,以STC89C52单片机、AD421数模转换器为核心,经分析、处理后,可实现高精度的恒流输出,以为工业设备校准提供精密参考信号。
[关键词] 4-20mA电流恒流源AD421 单片机高精度1.引言恒流源是能够向负载提供恒定电流的电源,现代电子技术的广泛应用,促进了对恒流源的需求。
例如高精度恒流源在为智能仪器仪表的检测和为工业设计提供精密参考信号发挥了很好的作用。
本设计,提出了一种廉价的高精度可编程恒流源的设计方案,使用单片机作为系统的控制核心,通过16位电流输出型DA 转换器AD421输出电流信号。
在实际测试中,恒流输出精度表现出色,达到了设计得要求。
本设计具有如下优点:(1)电流可以由用户自行调整,并通过液晶显示器与用户交互;(2)经过软件校正后,电路线性相对较好, 精度可达到±1uA;(3)电路简单, 容易实现;(4)可用于对防爆有特殊要求的工业现场。
2.系统分析4—20mA可编程恒流源的功能模块图如图1所示。
通过单片机给AD421提供数字信号,经AD421转换后输出4-20mA电流;由于AD421环流输出电路的模拟部分的影响,导致输出电流呈现一定的非线性,本设计通过软件对其进行了校准,使恒流源的精度达1uA;输出电流大小可由用户通过键盘自由设定,并通过液晶显示出来;且由于单片机和AD421之间通过光耦合实现了隔离,使其可用于对防爆有特殊要求的工业现场。
3.基于AD421的主硬件电路设计AD421是美国ADI公司推出的一种单片高性能数模转换器。
它由电流环路供电,16位数字信号以串行方式输入,4-20mA电流输出。
本质上来说,AD421提供了三个功能:将来自微处理器的数字函数变为模拟函数;用作环电流放大器;提供将环流作为能源的稳定的工作电压调节器。
以AD421为核心的主硬件电路的设计如图2所示。
高精度数控恒流源
高精度数控恒流源高精度数控恒流源是一种电子设备，其主要作用是为各种电子设备提供恒定的电流输出。
高精度数控恒流源是目前电子设备中必不可少的一种设备，特别是在半导体器件和光器件的制造过程中。
高精度数控恒流源的主要特性是稳定性好、响应迅速、输出精度高。
它可以有效地控制电子设备的功率，确保其稳定运行。
这种设备的工作原理是根据输入电信号来控制输出电流，并具备对输出电流、电压、功率等参数进行精准控制的功能。
高精度数控恒流源通过稳定的电流输出，可以为各种电子设备提供一个恒定的电流源，从而保障设备的正常运行。
高精度数控恒流源的主要应用领域是半导体器件和光器件，其中最常用的是在半导体的制造过程中。
在半导体材料的化学腐蚀、电镀、轻蚀等工艺中，高精度数控恒流源能够保证电流和电压的恒定输出，确保制造过程的正常进行。
此外，在光器件中，高精度数控恒流源还能够为激光二极管驱动、LED驱动等提供恒定的电流。
高精度数控恒流源的性能对于电子设备的稳定性和精度来说十分重要。
因此，高精度数控恒流源使用的材料、硬件、软件设计等方面都要求十分严格。
一般来说，高精度数控恒流源的设计必须符合以下几个方面的要求：1. 稳定性高精度数控恒流源必须具有良好的稳定性，这意味着其需要对其输出电流进行精准的控制和调整。
当其中任何一个元件失去稳定性时，都能对整个系统产生不良的影响，降低系统的精度和可靠性。
2. 精度高精度数控恒流源需要提供高精度电流输出，这是它的主要功能之一。
它可以通过对输出电流进行调整和控制，以保证其精度。
同时还需要提供对输出电流、电压等参数进行监测和测量的功能。
3. 响应速度在不同的应用场景中，需要高精度数控恒流源能够快速地响应变化，来满足其特定的需求。
响应速度通常是指设备需要从一个电流输出值迅速切换到另一个电流输出值时所需的时间。
4. 可靠性高精度数控恒流源需要在长时间运行中保持其良好的性能，以保证其不会因为设备故障而中断正常的运行。
AD5542设计的高精度数控恒流源技
AD5542 设计的高精度数控恒流源技
本文给出了一种基于AD5542 设计的高精度数控恒流源电路，并已成功应用于陀螺和加速度计等测试中。
随着电子技术向各个领域的渗透，许多场合，尤其是高精度测控系统需要高精度、高稳定性的数控恒流源。
数控恒流源主要由D/A 来控制电流输出大小，恒流源的分辨率、精度、稳定性主要取决于D/A 芯片及其外围电路，因此要达到高精度、高稳定性的恒流源，必须在选器件上慎重考虑。
基本原理
该高精度数控恒流源的结构原理框图如图1 所示，它由总线端、数字隔离电路、D/A 转换电路、V/I 转换电路组成，D/A 采用16 位芯片AD5542，V/I 转换电路采用了高精度运放OP97 和三极管来实现。
图1 高精度数控恒流源的结构原理框图
硬件电路设计
1 D/A 转换电路
数字隔离电路采用专门的磁隔芯片，在此不作介绍。
AD5542 是ADI 公司的一款单通道、16 位、串行输入、电压输出数模转换器，采用5V 单电源供电。
采用多功能三线式接口，并且与SPI、QSPI、MICROWIRE、DSP 接口标准兼容。
可提供16 位性能，无须进行任何调整。
DAC 输出不经过缓冲，。
高精度恒流源的设计与制作_米卫卫.pdf
电子测试Dec. 2012 2012 年12月第12 期ELECTRONIC TEST No.12高精度恒流源的设计与制作米卫卫，杨风，徐丽丽（中北大学信息与通信工程学院太原市030051）摘要：恒流源在现代检测计量领域中发挥了极其重要的作用。
通过对恒流源的工作原理和设计方法进行研究，对现有的恒流源设计方案进行对比，设计出毫安级高精度可调恒流源。
电路由基准电压源、比较放大器、调整管、采样电阻等部分构成，具体的工作过程：通过采样电阻把输出电流转变成电压，反馈给比较放大器输入端，再与基准电压相比较，放大器把误差电压放大后去控制调整管的内阻对输出电流进行调整、维持输出电流恒定。
采用基本没有温度漂移的精密电阻作为采样电阻，功率达林顿管作为调整管，实现高精度的目的。
比较放大器的输入电压可调，从而实现恒流源的可调。
用高精度电流表对输出电流进行检测，实现对恒流源输出进行实时监测。
此次所设计的恒流源具有精度高、结构简单、工作稳定、操作方便、成本低廉等优点。
关键词：恒流源；高精度；可调中图分类号:TP277文献标识码: AHigh precision constant current sourcedesign and productionMi Weiwei，Yang Feng，Xu Lili（Northern University of China，College of Informational and Communicating Engineering，Taiyuan 030051）Abstract:Constant-current source in the metrology area in modern detection plays a very important role.Through the constant current source of working principle and design method of the existing study, constant current source design schemes are compared, design a precision adjustable constant-current source.Circuit voltage source, comparative by benchmark amp- lifier, adjust tubes, sampling resistor etc components, specific work process: the output by sampling resistance, electric flow into voltage feedback to the comparative amplifier input, compared with benchmark voltage again the voltage amplifier, amplifier to control the adjustment tube after adjustment for output current internal, maintain the output current constant. Using basic no temperature drift precision resistor as sampling resistance, power of linton tube as adjust tube, realize high precision purpose. Compare the amplifier's input voltage of adjustable, so as to realize the constant-current source is adjustable. Adopting high precision testing of output current ammeter is to realize constant-current source real-time monitoring output. The design has the constant-current source of high precision, simple structure, stable work, convenient operation, low cost, etc.Keywords:constant-current source；precision；adjustable652012.12Test Tools & Solution0 引言一定的个体差异。
高精度数字万用表恒流源和交流测量电路设计
３ 交流变换 电路设计
交 流变 换 电路 的设 计 实现 消 除 了导通 电 阻对增 益 的影 响 。在 交 流 测试 电路 中 ，用 电子 开关 替代 继 电 器 ，必需 考虑 电 子开 关导 通 电 阻 （ 尤其 是 温度 漂 移 ）对 增 益 的影 响 。 图４ 给 出 了交 流变 换 电路 设 计 的交 流 电路 原理 图 ，尽管 将 电子 开关 接入 了反馈 环 中 ，但 为 了保 证增 益 的准 确性 和稳 定性 ，对 信 号输 出环节 进 行 ｒ改进 。 若按照传 统方法从ｕｌ Ｂ 的第７ 脚输 出，整个 电路 的增益收到 电子开 关 导通 电阻 的影响 ，使得变 小，而 且随温度 变化 ，该 导通 电阻变化 较 大 ，使得 电路增益对温度 极其敏感 。如图４ 所示 ，该电路设计相 当于输 出 电压 从反馈环 的有 效电阻后端 引出 ，由于在开关ｕ Ｋ ２ 的Ａ 侧 （ Ｄ Ａ、 Ｓ ｘ Ａ）上的导通 电阻几乎没 有电流 （ 由ｕ Ａｌ Ａ 的偏 置电流和Ｕ Ｋ ２ 的漏 电 流共同决定 ），因此没有压 降产生 ，克服 了该导通 电阻对增 益准确度 和 稳定性 的影 响。交流信 号电路完整 电路 图如图５ 所示 ，电路包括交流 电 压衰减 电路 、交流信 号放 大 电路 、真有 效值变换 电路 、比较整形 电路４ 个部分 。隔离 电源 变换出来的正 负ｌ ５ Ｖ电源 ，需要经过 电感隔离和 电容 稳压后作为交流器件的 电 源＋ ｌ ５ Ａｇ ］ ． １ ５ Ａ 。 真有 效值 变换 电路 。Ｃ ４ ４ ； ￣ １ ］ Ｒ ５ ６ 用 于消 除 交流信 号 处理 电路 中的 直流 分量 ，Ｎｌ ９ Ｂ 和Ｎ２ ２ 的２ 个比例 电阻 及Ｎ ２ ６ 的第２ 组 外关选 择信号 进 入真 有效值 转换 前是放 大 ｌ 还是２ 倍 ，控制 信 号为Ａ ＭＰ Ｌ ：Ｎ ２ ２ 的 另两 个 比例 电阻 和Ｎ ２ ６ 的第 ｌ 组开 关用 于选 择 是衰减 ｌ 或２ 倍 后作 为ＡＣ Ｏ Ｕ Ｔ （ Ａ ＭＰ ７ ）进入直流信 号选择 电路 ，控制信号 为Ａ ＭＰ Ｌ 。真有效值转换 芯片为Ａ Ｄ ６ ３ ７ ，其转换 前的放大和转换后的衰减是为 了确保较 小信 号也 能在真有效值转换时处于较大 的状态 ，以确保转换 的技 术指标 。由于比 例电阻温度系数匹配，放大和衰减的误差可 以忽略不计 ，该部 分的误 差 主要是真有效值芯片的误差Ｅ ２ ２ ，以及频率因素造成的幅频误差Ｅ ２ ３ 。 比较 整 形 电路 。该部 分 电路 是一 个经 典 的 回差 比较 电路 ，比较 器 为Ｌ Ｍ３ ｌ Ｉ ，比较 器工 作允 许选 通控 制信 号 为Ｓ Ｔ Ｒ ＯＢ Ｅ 。
高精度数控恒流源
（3）功率三极管的选择
场效应管是电压控制元件，而晶体管是电 流控制元件。在只允许从信号源取较少电 流的情况下，应选用场效应管；而在信号 电压较低，又允许从信号源取较多电流的 条件下，应选用晶体管。场效应晶体管具 有较高输入阻抗和低噪声等优点。本系统 采用运算放大器控制功率管，从运算放大 器的特性及各方面考虑，最终选用场效应 管IRF640作为本系统的恒流功率管。
同时通过键盘的控制,实现了输出电流值和 限压值可预置，可步进调整、输出的电流 信号和电压信号可直接数字显示的功能， 并具有输出电压实时监控限压报警并自动 降低输出电流等功能。
系统的特点
用户可以通过键盘直接输入所需电流值和限流值。 用户可以通过键盘上的“+”和“-”键对电流值和 限压值进行微调。 单键模式转换 “M”可以随时对电流值和限压值 进行设定，方便使用。 显示实时输出电压值，并能对输出电压值设上限 值，超出上限值则报警。 系统处于限压状态数秒后自动将输出电流值降低， 保护用电器。 额定功率可达到20W。
最后，我还要感谢各位评审老师在百忙之中，抽出时间来 阅读我的论文。
谢谢
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在所测的电压值与显示的电压值误差在 10mV以内。基于这个误差，导致这样结果 的原因主要是输出电压采样回来时经过了 分压处理，以确保采样值能在A/D的测量范 围内。此外，目前负载使用的是水泥电阻， 因为水泥电阻的温度漂移比较大，当在大 电流通过时只要有微小的电阻变化都会使 电压有所变化，所以显示值和实测值都一 直在不停跳动，因此构成读数误差。
采用性能优于普通晶体管的场效应管作为 恒流源的主要部件，大功率晶体管作为扩 流电路的主要器件，结合三端稳压管和多 层滤波使得整个系统性能提升了一个层次， 从而实现了高精度恒流源的目的。系统还 对输出电压进行实时采样，通过A/D转换器 采样回单片机与用户给定的限压值进行比 较，从而对输出电压进行时实监控。
高精度宽范围程控直流恒流源的设计与实现
３ １ 减 小 调 整 管 功 耗 的方 法 ． 如 何 降低 调 整
管 的功耗 ， 是 恒 流 源设 计 必 须考 虑 的重要 因素 ．
根据输 出功率 的计算公式 Ｐ 。 ＝ ／ Ｒ 。 ＝ 启 Ｒ 。 可知 ， 降 低 调 整 管 功耗 的 途 径 有 ３ 种： ① 采 用 多
第２ ７ 卷 第４ 期
２ ０ １ ３ 年０ ８月
空 军 预 警 学 院 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ａｉ ｒ Ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ Ｅａ ｒ ｌ ｙ Ｗａ ｍｉ ｎ ｅ Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍ
、 ， ０ １ ． ２ ７ Ｎｏ． ４ Ａｕ ｇ． ２ ０１ ３
摘
要： 针 对 串联 负反馈 恒 流 源 功耗 大、 效 率低 的 问题 ， 详 细分 析 了影 响 恒 流源 输 出 电流精 度 的 各种 因素 ， 提
出 了一 种 基 于 功 率调 整 管 漏 源 电压 随输 出 电流 自动 改 变原 理 的 以 Ａ Ｄ ｕ Ｃ ８ ４ １ 单 片 机 为控 制 核 心 的 恒 流 源控 制 方
是 影 响恒 流 源 输 出 电流 精 度 的 主要 因素 ； 其 他 则
是 次 要 因素 ， 可 不考 虑 ．
２ ） 控 制 方 式 ． 串联 负 反 馈 直 流 恒 流 源 的 控
制 方 式 有 误 差 放 大 器 负 反 馈 和 Ｐ Ｉ 调 节 控 制
２ 种 ．前 者 虽 然 能 实 现 输 出 电流 的恒 定 ， 但输 出 电流 稳定 性 和 负 载动 态 性 能差 ； 后 者 则 电 流稳 定 性 和负 载 动 态 性 能 均 较 好 ． Ｐ Ｉ 调 节 控 制 又 分 为 模拟 Ｐ Ｉ 调节控 制和数字 Ｐ Ｉ 调节 控制 ， 两 者 的 恒 流 控 制原 理 一 致 ， 都 是 将 给 定 电流 值 与 输 出 电流 反 馈 值 比较 ， 电流 差 值 经 过 Ｐ Ｉ 运 算 后 控 制 调 整 管 栅 源之 间 的 电压 ， 从 而 改 变调 整 管 漏 源 问 的输 出 电流 ， 最 终 实 现输 出反 馈 电 流与 给 定 电 流 的无
高精度数控恒流源设计与实验
50 引言在仪器仪表中常需要用到高精度数字控制恒流源,主要表现在输出电流范围大,步进电流分辨力高[1]。
本文的目标是以200～240V、50Hz交流电源为输入,设计输出电流20mA～2000mA,步进1mA,电压≤10V的恒流源电路。
为此,基于集成运放和调整管构成的负反馈恒流源电路,合理计算电路参数,并设计由控制器、键盘、显示器和数模、模数转换器构成的控制、测量方案,达到给定电流值即能数字化控制输出需要的电流并进行测量的目的,同时满足测量误差的绝对值≤测量值的0.1％+3个字的要求。
1 系统方案设计系统组成如图1所示,采用单片机作为控制器,接收用户从键盘输入的电流预置值,控制D/A转换器输出电压信号Ui,作为恒流源电路的控制电压,实现数控输出恒定电流到负载。
电流通过采样电阻转化为电压,经A/D转换送回控制器,计算处理后由LCD显示实际电流值。
1.1 控制电路设计控制器选用AT89C52型号单片机,通过P0口驱动键盘,P3.5～P3.7和P2驱动LCD显示器,P1口驱动A/D转换和D/A转换电路,如图2所示。
其中LCD1602可模块显示汉字、数字、字母符号,4*4矩阵式键盘通过行、列扫描识别按键动作从而设置电流值,16个按键定义为0～9数字、+、-、确定、取消以及光标左移、右移功能键,支持随机输入和步进调整电流给定值。
单片机接收到电流给定值时经D/A转换器输出控制电压,控制恒流源电路输出电流,对采样电阻的电压进行A/D转换,显示电流实测值。
1.2 恒流源电路的组成原理利用集成运放和调整管组成恒流源电路,如图3所示。
其中集成运放采用TL082,具有低功耗、共模和差分电源范围宽、低输入偏置电流等特点[2]。
调整管采用型号为IRF640的N沟道增强型金属氧化物场效应管(MOSFET),开关速度快、导通阻抗小(不大于180m欧)及低热阻、低成本、坚固耐用等优点,常温下输出10V电压时漏极电流16A,功耗50W以下,适应于离线开关模式的电力供电,显示器电源、马达控制电路及通用开关应用[3]。
基于STM32的小纹波高精度恒流源系统设计
现代电子技术Modern Electronics Technique2023年7月1日第46卷第13期Jul.2023Vol.46No.130引言恒流源是能输出恒定电流的电源，目前广泛应用在半导体参数测试、LED 的研发、敏感传感器的供电等研究领域以及高校电子技术实验室中[1⁃3]。
常见的恒流源可分为开关型恒流源和线性恒流源。
利用运放和晶体管构成的线性恒流电路稳定性好，但电源效率低；利用场效应管构成的开关型恒流源电路相较于线性电源具有功耗低、效率高、控制方便等优点[4]。
单片机应用高精度A/D 和D/A 转换器结合开关型恒流源电路组成的数控恒流源可以实现高精度输出[5⁃6]。
然而，频繁开断开关管会大幅增加直流电源输出的纹波成分。
纹波的存在会使恒流源效率降低，同时可能击穿容性负载，甚至造成浪涌电流烧毁电器，是限制开关管型数控恒流源输出精度进一步提高的重要因素[7]。
通常提高开关管的通断频率可以有效减小纹波，然而高频通断开关管会使其发热发烫，影响使用寿命。
若将两路波形完全相同、变化趋势完全相反的电流进行叠加，其中各阶次的纹波将相互抵消，使输出为平稳的直流电流。
本文设计了一种基于STM32单片机控制的双路斩波电路为恒流方式的数控恒流源，通过双斩波恒流电路中两路电流的叠加显著消除输出纹波，从而大幅提升输基于STM32的小纹波高精度恒流源系统设计刘文胜，李宗平，谭亲跃，兰鹏飞，曹锦阳（西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌712100）摘要：针对传统恒流源输出稳态误差大的问题，提出一种STM32单片机控制的双路斩波电路恒流方式的数控恒流源设计方案。
主控制器应用PID 算法不断将采样值与预期值比较修正后经D/A 转换输出调整电压，与采样电阻端电压共同驱动SG3525产生两路占空比相同、相位差180°的PWM 波驱动双路斩波电路，两路反向变化的脉动电流叠加后输出平稳电流，以此来减小纹波电流，从而提高输出精度。
恒流源在高精度数字多用表中的设计与实现
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图 1 反馈型恒流源的结构框图 Fig.1 Feedback-based constant current source diagram
1.2 基本电路模型 反馈型恒流源的具体电路形式有很多。根据恒流
源的负载连接方式不同，分为负载接地型和负载浮制 型[2]。由于所设计的恒流源是针对数字多用表中的电 阻测量功能的应用，而数字多用表在测量电阻时其中 黑表笔端与数字多用表内部电路板的地线相连，因而 所测负载电阻有一端是接地的，故所设计的恒流源应 是负载接地型的。其基本电路模型如图 2 所示。
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2 DS 1
ÁÂÃÄÂÃÁÅÆÇÉÈÂÃÁÄ 总第46卷第521期
2009 年 Βιβλιοθήκη 05 期电测与仪表 Electrical Measurement &Instrumentation
G3
Vol.46 No.521 May. 2009
低失调电压，低失调电压温漂，低功耗等特点。 调整管选择 JFET 替代了晶体管，JFET 是压控型
Design and Realization of Constant Current Source in the High-Precision DMM
XU Meng, LI Zhi （Department of Electronic Engineering,Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004,
高精度数控恒流源的设计与实现
高精度数控恒流源的设计与实现宋林桂【摘要】为了满足可调温无纺布热切割机对恒流源的需求,文章阐述了一种基于单片机的高精度数控恒流源的设计和实现方法.该电源以电流串联负反馈式压控恒流源电路为基础,以AT89S52单片机为控制核实现数字化控制.为实现高精度要求,在数控部分中,要采用12位高精度数字模拟转换器(Digital Analog Converter,DAC)芯片TLV5616控制压控恒流源的输出电流,并利用16位高精度模数转换器(Analog to Digital Converter,ADC)芯片ADS1115测量输出电流.文章采用矩阵键盘设定电流输出值,采用LCD12864液晶屏显示设定的电流和负载两端电压值.测试结果表明,本恒流源在20 ～2000mA输出电流时,输出电流与给定值误差小于5mA.【期刊名称】《无线互联科技》【年(卷),期】2016(000)018【总页数】3页(P59-60,76)【关键词】AT89S52;恒流源;ADS1115;TLV5616【作者】宋林桂【作者单位】苏州健雄职业技术学院电气工程学院,江苏太仓215411【正文语种】中文高精度恒流源是一种非常重要的特种电源，在现代科学研究和医疗、工业生产中得到了越来越广泛的应用。
传统的恒流源往往用电位器调节输出电流，其精度较差，且无法实现精确步进。
目前，恒流源已朝着数字化方向发展，多采用模数和数模转换器实现数字化控制，具有高精度、高稳定性等特点［1］。
该系统主要由电源模块、恒流源电路模块、负载模块、单片机最小系统模块、键盘显示模块、ADC电路模块和DAC电路模块、LCD12864液晶显示电路以及4×4矩阵键盘电路构成，系统结构如图1所示。
2.1 电源电路系统中使用到集成运算放大器，集成运算放大器供电使用正负电源。
如图2所示，为了减少系统输出的纹波系数，系统选用±12V变压器把市电降成低压，变压器变压后经过整流滤波得到正直流电源DC+和负直流电源DC-，正电源DC+和负电源DC-为集成运算放大器提供正负电源。
高精度恒流源电路图大全（十款高精度恒流源电路设计原理图详解）
高精度恒流源电路图大全（十款高精度恒流源电路设计原理图详解）高精度恒流源电路图（一）采用集成运放构成的线性恒流源电路构成如图所示，两个运放（一片324）构成比较放大环节，BG1、BG2三极管构成调整环节，RL为负载电阻，RS为取样电阻，RW为电路提供基准电压。
工作原理：如果由于电源波动使Uin降低，从而使负载电流减小时，则取样电压US必然减小，从而使取样电压与基准电压的差值（US-Uref）必然减小。
由于UIA为反相放大器，因此其输出电压Ub=（R5/R4）×Ua必然升高，从而通过调整环节使US升高恢复到原来的稳定值，保证了US的电压稳定，从而使电流稳定。
当Uin升高时，原理与前类同，电路通过闭环反馈系统使US下降到原来的稳定值，从而使电流恒定。
调整RW，则改变Uref，可使电流值在0～4A之间连续可调。
高精度恒流源电路图（二）一款高精度恒流源电路如下图所示，在恒流电路与负载之间增设接地回路，这样在负载变化时电流能快速恢复稳定。
A1和VT1构成电压／电流转换电路，可将地电平信号转换为后级恒流电路所需要的＋15V电平，A2、VT2、VT3等构成标准的恒流电路，R1=R2，则I1=I2。
VT5的基极由稳压二极管VS1提供＋5V的稳定电压，则VT5的发射极电压不受负载变化的影响，保持为+5.7V。
另外，由于共基极电路的发射极输入阻抗低，因此A2与VT2构成的恒流源不受负载变化的影响，处于理想的工作状态。
将下图所示的恒流源与开关电路组合，便可得到一个高精度脉冲发生电路，如图5所示。
多个这种电路可构成高精度D/A转换器。
VD2和VD3构成电平移动电路，VD1和VD4是肖特基二极管，构成开关电路。
高精度恒流源电路图（三）采用开关电源的开关恒流源电路构成如图2.3.2所示。
BG1为开关管，BG2为驱动管，RL为负载电阻，RS为取样电阻，SG3524为脉宽调制控制器，L1、E2、E3、E4为储能元件，RW提供基准电压Uref。
由TL431组成的高精度的恒流源
恒流方案大全恒流源是电路中广泛使用的一个组件，这里我整理一下比较常见的恒流源的结构和特点。
恒流源分为流出(Current Source)和流入(Current Sink)两种形式。
最简单的恒流源，就是用一只恒流二极管。
实际上，恒流二极管的应用是比较少的，除了因为恒流二极管的恒流特性并不是非常好之外，电流规格比较少，价格比较贵也是重要原因。
最常用的简易恒流源如图(1) 所示，用两只同型三极管，利用三极管相对稳定的be电压作为基准，电流数值为：I = Vbe/R1。
这种恒流源优点是简单易行，而且电流的数值可以自由控制，也没有使用特殊的元件，有利于降低产品的成本。
缺点是不同型号的管子，其be电压不是一个固定值，即使是相同型号，也有一定的个体差异。
同时不同的工作电流下，这个电压也会有一定的波动。
因此不适合精密的恒流需求。
为了能够精确输出电流，通常使用一个运放作为反馈，同时使用场效应管避免三极管的be电流导致的误差。
典型的运放恒流源如图(2)所示，如果电流不需要特别精确，其中的场效应管也可以用三极管代替。
电流计算公式为：I = Vin/R1这个电路可以认为是恒流源的标准电路，除了足够的精度和可调性之外，使用的元件也都是很普遍的，易于搭建和调试。
只不过其中的Vin还需要用户额外提供。
从以上两个电路可以看出，恒流源有个定式（寒，“定式”好像是围棋术语XD），就是利用一个电压基准，在电阻上形成固定电流。
有了这个定式，恒流源的搭建就可以扩展到所有可以提供这个“电压基准”的器件上。
最简单的电压基准，就是稳压二极管，利用稳压二极管和一只三极管，可以搭建一个更简易的恒流源。
如图(3)所示：电流计算公式为：I = (Vd-Vbe)/R1TL431是另外一个常用的电压基准，利用TL431搭建的恒流源如图(4)所示，其中的三极管替换为场效应管可以得到更好的精度。
TL431组成流出源的电路，暂时我还没想到:)TL431的其他信息请参考《TL431的内部结构图》和《TL431的几种基本用法》电流计算公式为：I = 2.5/R1事实上，所有的三端稳压，都是很不错的电压源，而且三端稳压的精度已经很高，需要的维持电流也很小。
应用于LED驱动的高精度恒流源
一种应用于LED驱动的高精度恒流源摘要：LED一般采用恒定电流驱动因为LED的颜色及亮度与它们的正向电流直接相关。
对于一个高性能LED驱动来说，电流精度是一个非常重要的指数。
在此论文中，采用了一个恒流源来提高LED电流精度。
该恒流源由以下几部分组成：基准电流发生器、电流镜、电流调节器。
具有高阻抗的精确电流镜被用来减小MOSFETs 的沟道长度调制效应。
一种新型电流调节器用来提高电流精度和驱动效率，这种新型电流调节器中的MOSFET工作在线性区而不是饱和区。
本设计的电路是基于0.35μm工艺和3.3/5V电压，已经通过Cadence spectre进行了仿真。
输出电流是150mA。
仿真结果显示，对于从0.35V 到13V的电压输出范围内，电流精度为+/-0.5%。
1、介绍近几年，LED被广泛应用，正逐渐取代传统照明方式例如冷阴极荧光灯（CCFL）因为LED的高光视效率、超长寿命、环保、宽色饱和度等优点。
它已得到广泛应用，比如通用照明、移动照明、背光以及汽车灯等。
从Fig.1所示的LED的电压-电流特性曲线中，我们可以看到，当LED全面导通时，加在LED两端的电压的微小的变化可以导致巨大的电流变化。
因为LED 的颜色和亮度是与它们的正向电流直接相关的，为避免颜色偏移并保持恒定的亮度，LED因该用恒定电流驱动。
通常，有两种方法在一个LED串中保持恒定电流。
第一种是，开关模式恒流源。
它采用峰值电流控制（PCC）或者滞后电流控制（HCC）来调节电流。
因为它工作在开关状态，效率是非常高的。
但是，它的问题是有大纹波电流，辐射干扰强并且精度低。
第二种方法是线性调节恒流源。
它通过负反馈控制来调整功率MOSFETs的栅极电压从而调节电流。
与开关模式调节器相比，线性调节器更准确、更稳定，但是效率低。
本文中设计了一种新型线性调节恒流源来提高电流精度。
Fig.2显示了采用恒流源的LED驱动的基本模块图。
恒流源为每个LED串提供恒定电流而没有被LED正向电压变化以及其他诸如温度和供电电源等变化影响。
高精度恒流源的设计与制作
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高精度恒流源设计
高精度恒流源设计目录摘要Abstract0 引言1恒流源入门1.1 恒流源定义1.1.1 简易恒流源1.1.2 运放恒流源1.1.3恒流源的基本要素2.电力电子技术和直流稳定电源2.1电力电子技术的概况2.1.2电力电子器件的发展概况2.1.3电力电子变换技术的发展2.1.4电力电子控制技术的发展2.2电力电子技术的发展趋势2.3直流变换器软开关技术3高稳定度稳流电源基础理论3.1稳流电源主要性能指标3.2直流稳流电源的现状3.3直流稳流电源的发展趋势3.4直流稳流电源的分类4.1结论参考文献致谢摘要电流源输出的电流与外部影响无关，是电子仪器设备的一个重要组成部分。
随着信息时代的飞速发展，电源设备也逐渐向数字化的方向发展。
电流源可以看做输出电压随着负载而变化，保证负载中的电流恒定不变。
以此为思路，本设计介绍了一种具有开路和过载保护的数字电流源。
采用MCS51作为控制电路，TL494作调整电路。
整个电路效率高，输出较稳定，纹波电流较小。
主要性能参数：最大输出电压25V；输出电流范围；步进值20mA。
本文先介绍了电流源的应用，然后简要说明电力电子技术，数控技术的发展，开始分析电流源的电路相应参数的计算，最后分析控制电路。
其中，以控制电路的分析为重点，着重说明MCS51在电路中的应用。
先说明硬件电路的组成，然后分析各个程序，说明控制的原理。
关键字：电流源；数控；MCS51ABSTRACTCurrents output by current source unrelated with external parts , wich is an important component of electronic equipment. With the rapid development of the information age, power equipment gradually develops in the direction of digit. Seeing output voltage with the current sources can load change, ensuring the load current constant unchanged. Taking this as a way of thinking, the design of a building and introduced a number of current Over Load Protection sources. MCS51 used as a control circuit, TL494 adjusted circuit. Entire circuit efficiency can be higher ,the exporting more stable, and the wave currents become smaller. The first introduced current source applications, and then a brief description of the power of electronic technology, digital technology, and follows the analysis of current sources circuit corresponding parameters calculated, the final is the analysis of control circuits. The analysis focused on the control circuit, highlighting MCS51 circuit in the application. First on the composition of the hardware circuit, and then analysis the various of procedures on the control method.Keywords : current sources, digital, MCS511绪言恒流源入门恒流源是电路中广泛使用的一个组件，以下是比较常见的恒流源的结构和特点。
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高精度宽范围恒流源设计吴茂成(苏州大学物理科学与技术学院,江苏苏州215006)摘要:设计了一种由基准电压源、集成运算放大器及复合管等组成的高精度恒流源电路,其输出电流范围为1 A~1A。
详细分析了该电路的工作原理,公式推导证明了设计的正确性,并对实际应用中元器件的选取进行了说明。
对所设计恒流源电路的性能进行了测试,测试结果表明:该电路精度高、稳定性好,输出电流精度相对误差的最大值为0.152%,输出电流稳定性误差的最大值为0.047%。
关键词:恒流源;高精度;运算放大器;反馈中图分类号:T M933 文献标识码:B文章编号:1001-1390-(2011)01-0064-03D esi gn of a H i gh-precision W i de-range Constant-current SourceWU M ao-cheng(Depart m ent o f Physics Sc i e nce and Techno logy,Soocho w Un i v ersity,Suzhou215006,Ji a ngsu,Ch i n a)A bstract:A w i d e-range high-precisi o n constant-current source i s presented,wh ic h is m a i n l y co m prised o f a vo lt age reference,so m e operational a mp lifiers and a darli n g ton transistor.The range of the circu itry s output curren t va l u e is fro m1 A to1A.The w orking pr i n ciple o f the designed constant-current circu itry is ana l y zed i n details and deduced m athe m atica lly,and the se lective ru les o f the practica l e le m ents are ill u m i n ated.The perfor m ance o f the designed con stant-current source is tested,and the resu lts i n dicate t h at the circu itry cou l d generate a high-prec ision steady cur ren.t The m ax i m al re lati v e error of precisi o n and m ax i m al error o f stab ility of the ou t p ut current are0.152%and0. 047%respecti v e l y.K ey words:constant-current source,h i g h-prec ision,operati o na l a m plifier,feedback0 引 言恒流源是指能够向负载提供恒定电流的电源,在金属薄膜电阻率测量、金属丝杨氏模量测量、磁阻效应、光电效应以及光电池特性测量等大学物理实验中应用广泛。
目前市场上较成熟的恒流源产品的输出虽然可达毫安培到百安培量级,但通常并不能完全满足于具体的实验应用需求,对输出电流大小、稳定度及精度等指标有特殊要求的恒流源电路通常仍需要自行研制[1-4]。
本文介绍一种由基准电压源、集成运算放大器及复合管等组成的高精度恒流源电路,其输出电流范围为1 A~1A,精度高,稳定性好。
通过简单的元器件参数调整或电路并联等设计后,即可满足多数大学物理实验应用电路的需求。
1 电路设计1.1 工作原理所设计的高精度恒流源电路,如图1所示。
由该原理图可知,整个恒流源电路包括基准电压源V ref、阻抗变换器A1、电压放大器A2与A3、电流放大器Q1~Q3、精密采样电阻R N1~R N7以及反馈信号电压跟随器A4等部分。
其中,V r ef为5V基准电压源,Q2、Q3组成复合管,以便输出较大的电流,S1~S7为输出电流切换开关。
本恒流源电路的核心设计原理是:通过负载电压反馈,在高精度采样电阻上产生恒定的压降,则与该精密采样电阻相串联的支路中就可以得到恒定的输出电流。
具体的工作过程简述如下:设开关S1~S7中某一路接通,当负载电阻R x变大时,其上瞬间压降V x随之增大,则运算放大器A3的同相输入端与反相输入端之间的压差减小,输出电压V2小于基准电压V ref,64图1恒流源电路原理图F i g.1Funda m ental d iagra m of constant-c urrent source此时运算放大器A2的反相输入端产生微小的负电压,A2将其同相输入端与反相输入端之间的压差进行线性放大,输出的正电压使得三极管Q3的发射极电压增大,从而维持精密采样电阻上的压降保持不变。
当负载电阻R x减小时,工作过程与上述类似。
1.2 公式推导根据运算放大器的特性,由图1可知:V ref R1=-V1R2(1)V1 R3=-V2R4(2)V3=V4=(V x+I!R N)(R5+R7)!R5(3)V4-V2 R6=V x-V4R8(4)取R1~R6相等,R7与R8相等,且R1=5R7,则结合式(1)~式(4),可以推导出:I=V ref5!R N(5)由式(5)可以可知:理想情况下,采样电阻所在支路上的电流I与基准电压V ref和采样电阻R N阻值成线性关系。
根据运算放大器∀虚断#的特性,即有流过负载电阻R x上的电流恒定。
但在实际应用中,基准电压源和采样电阻的温度系数将影响输出电流的稳定性[5-7]。
对式(5)进行全微分,则有:d II= 1d V ref- 2d R N(6)式中 1=1V ref, 2=1(5!R N)分别基准电压源和采样电阻的不稳定系数。
实际应用中,基准电压V ref取为5V,精密采样电阻R N1~R N7分别为1M、100k、10k、1k、100、10、1,开关S1~S7分别接通时,即可输出1 A~1A的恒定电流。
1.3 元器件选取通过前文分析可知,该电路输出电流的稳定性主要受到基准电压源的稳定度和采样电阻的温度系数影响。
另外,运算放大器和三极管的选择对恒流源的精度也有一定影响。
因而,要在实际应用中得到高精度的输出电流,元器件的选择使用非常重要。
本电路设计中,基准电压源选择温度系数很好的REF195芯片,其最大的温度漂移仅为5∃10-6/%,输出电压稳定值为5.000V。
精密采样电阻R N1~R N6选用RX71系列精密线绕电阻,它们具有较低的温度系数;R N7选用经过老化的RX24系列功率型线绕锰铜电阻。
反馈回路中的电阻选用经过筛选的精密金属膜电阻,它们的阻值相对误差控制在0.01%之内。
运算放大器选用OP177,它具有高增益、低漂移、分辨率高、线性度好、输入阻抗高、抗干扰能力强等特点,其失调电压漂移仅为0.1 V/%。
开关S1~S7可由单片机控制的模拟电子开关代替,结合多路转换器即可实现输出电流的自动切换。
本电路设计中,选用导通电阻仅有10m的MOSFET管2SK4145来实现电子开关功能,既最大限度地抑制了集成多路模拟开关导通电阻和机械开关抖动所带来的误差影响,而且开关电路的切换速度很高。
另外,实际应用中,Q1应加装散热片,以保证工作过程中其上热量的迅速散发,从而保证输出电流的稳定。
652 测试分析对所设计的恒流源电路进行性能测试时,先加上负载电阻,预热10分钟左右,当电路内部温度达到平衡状态后,再开始测量。
通过开关S1~S7的切换,设置不同的额定输出电流值,利用5位半数字万用表(型号Ag ilent34405A)测量实际输出电流值。
对于某一路输出电流,保持负载电阻R x不变,重复三次测量,测试间隔约为2小时,所得到的输出电流精度测试结果如表1所示。
由表1可知,该恒流源电路实际输出电流与额定输出值之间的最大误差为0.152%,且输出电流值越大相对误差越小。
表1输出电流精度测试数据Tab.1The experi m ent data about t h e precisi o nof output c urrent额定值测量值相对误差/(%) 1A0.99991A0.99998A0.99996A0.009 100mA99.999mA100.005mA100.012mA0.01210mA10.0027mA9.9999mA10.0011mA0.0271mA 1.00031mA 1.00011mA0.99991mA0.031100 A99.997 A99.996 A100.042 A0.04210 A10.0082 A10.0050 A10.0077 A0.0821 A1.00152 A1.00099 A1.00147 A0.152选定一路输出电流,对于某次测量过程,多次改变负载电阻R x的大小,测得的输出电流稳定性数据(限于篇幅,本文仅列出标称输出电流值为100 A时的测试数据),如表2所示。
由表2可知,负载电阻的改变对于本电路输出电流值的影响几乎为零,进一步验证了电路设计的正确性。
实际测试中,对于每一路输出电流都进行了改变负载电阻测其输出电流的实验。
经过计算所有测试数据得到,该电路输出电流稳定性误差的最大值为0.047%。
表2输出电流稳定性测试数据Tab.2The exper i m ent data about the stab ility ofoutput curren t负载电阻/k输出电流值/ A绝对误差/ A2100.0220.0223100.0390.0393.9100.0330.0334.7100.0420.0425.1100.0150.0156.8100.0390.0399.1100.0290.0293 结束语本文采用基准电压源、高性能运算放大器、复合管及精密电阻等元器件构建了一种高精度恒流源电路,该电路精度高,稳定性好,其输出电流精度相对误差的最大值仅为0.152%,输出电流稳定性误差的最大值仅为0.047%,可满足金属薄膜电阻率测量、金属丝杨氏模量测量、磁阻效应、光电效应以及光电池特性测量等大学物理实验课程需要。
该电路经过简单的元器件参数调整或电路并联等设计后,即可满足多数恒流源电路的要求。
通过进一步电路设计,配以单片机等微处理器,便可以设计出多种高精度实验测量仪器。