数控直流电流源报告(硬件部分).ppt

数控直流电流源 --2005年全国电赛（F题） 武汉纺织大学创新实验室 一、设计任务： 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。 1、基本要求 （1）输出电流范围：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； 2、发挥部分 （1）输出电流范围为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； 二、系统整体方案论证： 1、压控恒流源模块 电压控制的电流源模块，可采用的方案有以下三种： ① 功率集成运放，如OPA501、OPA541、OPA548、 OPA549等； ②采用电流串联负反馈机理构成恒流源。 ③运放＋晶体三极管构成的电流放大； 方案一：直接使用功率集成运放。 特点：使用容易、性能稳定可靠。常用的功率集成运放一般能够输出±40V，10～15A的功率，性能指标也较高，完全能够满足本题要求。功率集成运放比如说像OPA548可以单电源+30V供电，也可以双电源供电，输出电流最大可达5A，基本能够满足本题的要求。 这个电路结构很简单，但它的缺点就是电源的效率较低，有一部分功耗消耗在电阻R0上，这无形之中就增加了供电电源的负担，特别是在大电流的时候，负载电路的功率几乎都由这1片OPA548T来提供，芯片发热很快，如果散热及相应的措施没有处理好的话，芯片就无法正常工作，导致负载电流波动较大。 由于OPA548T自身就有2mv的偏置电流，这也给提高电流源的精度带来了一些困难。 这个电路在20~200mA的范围内有较好的效果，也即适用在小电流恒流源的场合，但是当电流大了之后，就很难正常工作。 方案二：采用电流串联负反馈机理构成恒流源。其原理图如下： 该电路的结构较简单，且采用电流串联负反馈的结构，反馈量uf=i0*R1，表明反馈量取自于输出电流，并将与输入电压us求差后放大。 电路通过输入电压来控制获得稳定的输出电流。并且可以通过选择功率三极管的型号来得到所要求的输出电流。 图中三极管T1可以选择低电压大电流的小功率三极管S8050，三极管T2可以选择大电流的功率三极管TIP142， 方案三：运放＋晶体三极管构成的电流放大 特点：性能满足本题要求，同时可以通过选用功率三极管的不同容量来满足不同的应用要求。电流放大部分如下： 2、负载电流检测模块 方案一：采用霍尔传感器。 方案二：采用康铜丝采样负载电流，经仪表放大器测量其两端的电压后再转换为实际的负载电流。 3、电源供电模块 方案一：交流电经整流二极管变为直流电后，再采用三端可调集成大功率稳压器并联的模式来提供稳定的电压和较大的输出电流。这种方法的用电效率较低，对变压器的容量较高，但是电路结构简单，电源输出的电压经滤波后纹波较小，稳定性较高。 方案二：交流电经整流二极管变为直流电后再采用开关电源的方式为负载供电。此种方式供电效率较高，对变压器的容量就不算很高。但是如果电源滤波处理不好的话，就容易引入高频噪声。 以上两种方案都可以选择。 * * 键盘 控制器 电流源 负载 显示器 电源 这是模电书（P454）上给出的一个电压—电流转换电路，功率器件采用功率集成运放OPA548T。当R1=R2=R3=R4时，流过负载端的电流I=Uin/R0。图中R0必须采用大功率的电阻，且电阻随温度变化应该很小。RL和Rs分别为负载电阻和康铜丝采样电阻。 整体电路连接如上图所示。 *