高效率数控恒流源

1、 学学 位位 论论 文文 诚诚 信信 声声 明明 书书本人郑重声明：所呈交的学位论文（设计）是我个人在导师指导下进行的研究（设计）工作及取得的研究（设计）成果。除了文中加以标注和致谢的地方外，论文（设计）中不包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究（设计）成果，也不包含本人或其他人在其它单位已申请学位或为其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究设计）所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了致谢。申请学位论文（设计）与资料若有不实之处，本人愿承担一切相关责任。学位论文（设计）作者签名： 日期： 学学 位位 论论 文文 知知 识识 产产 权权 声声 明明 书书本人完全了解学校有关

2、保护知识产权的规定，即：在校期间所做论文（设计）工作的知识产权属西安科技大学所有。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文（设计）被查阅和借阅；学校可以公布本学位论文（设计）的全部或部分内容并将有关内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存和汇编本学位论文。保密论文待解密后适用本声明。学位论文（设计）作者签名： 指导教师签名： 年 月 日论文题目：高效率数控恒流源专 业：电子信息工程学 生：mmm 签名： 指导教师：mmmm 签名： 摘 要恒流源作为向负载提供恒定电流的电源，应用范围很广，恒流源以稳定电路基本工作为基础，作为输出级的器件，恒

3、流源具有饱和输出电流的伏安特性。 本毕业设计是基于 MSP430F169 单片机控制的高效数控恒流源，形成一定范围内的电流输出（具体输出为 0.2A-2A） 。本数控恒流源系统主要由 DC/DC 变换电路、恒流反馈电路和单片机控制部分三个功能模块组成。恒流源控制电路由硬件电流闭环电路实现输出电流的稳定可控。DC/DC 转换模块采用 BUCK 型 DC/DC 变换电路，扩大输入电压范围至15-18V。单片机模块以 MSP430 F169 单片机为控制核心，结合矩阵键盘、DAC、ADC 和LCD 液晶实现系统的控制和显示功能。该系统输出稳定，性能优越，电路简单，操作方便，适用于小功率恒流源领域。【

4、关键词】恒流源, MSP430F169 ,闭环控制【论文类型】应用设计型Major： Analysis of Constant-Current Characteristics for Current SourcesName：kkkkkk Signature： Supervisor：llllllllllll Signature： ABSTRACTConstant current source to the load as provide constant current power supply, a wide range of applications, the constant curren

5、t source based on the basic work stable circuit, level as the output device, constant current source has the volt-ampere characteristics of saturated output current.This graduation design is based on MSP430F169 microcontroller control efficient numerical control constant current source, the formatio

6、n of A certain range of output current (specific output of 0.2 A - 2 A). The numerical control constant current source system is mainly composed of a DC/DC conversion circuit, constant current feedback circuit and single-chip microcomputer control part of three functional modules. Constant current s

7、ource control circuit current closed loop circuit by the hardware implementation of output current stability control. DC/DC converter module using type BUCK DC/DC conversion circuit, expanding the scope of the input voltage to 15 to 18 v. MCU module with MSP430 F169 microcontroller as the control co

8、re, combined with the matrix keyboard, ADC and DAC, LCD liquid crystal to realize system control and display functions. The system output stability, superior performance, simple circuit, easy operation, suitable for small power constant current source.【Key words】Constant current source ，MSP430F169，C

9、losed - loop control 【Type of Thesis】 Application & Design目 录1 绪论 .11.1 恒流源的意义 .11.2 生产需求状况 .11.3 课题国内外研究现状 .21.4 论文的研究内容 .32 总体方案设计 .42.1 恒流源种类的区别 .42.2 DC/DC 电压转换电路方案.52.3 恒流源电路方案 .62.4 本章小结 .73 系统设计框图 .83.1 系统总体框图 .83.2 AD/DA 电路.93.3 液晶显示电路 .103.4 非隔离开关变换器 BUCK 电路 .123.4.1 控制芯片 TL494 .123.4.2

10、 开关电路控制电路.143.4.3 开关电路驱动电路.153.4.4 buck 拓扑参数计算 .173.4.5 系统反馈电路.183.5 本章小结 .194 系统控制器及软件设计 .204.1 430 控制器及开发软件介绍.204.1.1 MSP430F169 单片机 .214.1.2 IAR 集成开发环境简介 .214.1.3 IAR EW for MSP430 的使用 .224.2 系统软件设计 .254.3 软件程序流程图 .264.4 ADDA 转换程序.274.4.1 AD 转换程序 .274.4.2 DA 转换程序 .284.5 矩阵键盘扫描程序 .294.6 本章小结 .305

11、电路系统测试 .315.1 主要测试仪器 .315.2 系统功能测试 .315.2.1 数控恒流源测试.315.3 常规指标测试 .315.3.1 电压调整率.315.3.2 文波电压测试.325.3.3 整机效率.325.4 本章小结 .326 总结与分析 .336.1 毕业设计完成的工作 .336.2 存在的问题 .336.3 展望 .33致谢 .34参考文献 .35附录 1.36附录 2.3711 绪论1.1 恒流源的意义自从 20 世纪 90 年代中期，许多半导体生产厂家就开发出了数控开关电源管理技术，伴随着直流电源技术的不断发展，直流电源智能化正在逐渐盛行，具有遥感测试、遥感通信、遥

12、感控制的三种遥感功能,直流电源的没有人值守功能基本实现了。【1】恒流源电路常采用电子管作为恒流器件的一部分，因为它的放大作用，所以早期用来构成恒流电路。早期大多应用于电视机、收音机扩音机等电子产品中，近年来逐渐被半导体材料制作的放大器和集成电路取代，它能作为高压小器件的原因主要还是由于晶体管电路一般难于获得小电流恒流源。所以这时候的电子管电路就起到了很重要的替代作用。用它很容易实现这点功能。而且表现很好数控恒流源效率高、性能可靠、低辐射性等优点，使它在和可控硅电源对比的时候节省了成本，减少了很多制造运输过程中的不必要困难。节能优势明显提高不少，奠定了它将是未来大功率直流电源的首选。 1.2 生

13、产需求状况工业革命以后，随着经济的快速发展，电子行业开始蓬勃发展。消费电子，特别是便携式电子设备的快速普及，使得电源管理半导体产品市场在世界范围内呈现急速增长的趋势。这其中的大部分增长来源于需要用电池提供电源的便携式电子产品，比如数码相机、数字音乐播放器（mp3 等） 、手机、手持医疗仪器（血压仪等）和测试仪器等。而这些产品绝大部分都是通过电源管理芯片对开关电源的控制，最后来实现对产品的供电的。所以，正是由于这么大范围的消费电子市场的兴起，产生了对开关电源产业发展的一个巨大的推动力。【2】我们所说的开关电源大都是工作在几十 KHz 以上的开关电源，因此它会产生电磁干扰，所以会影响自身或其它系统

14、正常工作；此外，目前市场上的大部分开关电源也存在着输出电压纹波较大的问题。开关电源同线性或相控电源相比，由于其具有诸多的优势，因此它的一问世就受到了广泛关注，随着 IC 领域加工工艺的持续提高，并成为电源技术发展的主流方向。传统型的小功率开关电源的主要缺点是：外围电路复杂集成度低、稳定性能较差和输出电压纹波较大等问题。然而随着微电子技术的迅猛发展、IC 产业的发展以及生产工艺技术的成熟，单片开关电源集成电路具有高性价比、高集成度、最佳性能指标等优点，自从问世便显示出强大的生命力。1董辉，庞晓风，张威数控直流电流源D沈阳：东北大学，20092周志敏，纪爱华线性集成稳压电源实用电路M北京：中国电力

15、出版社，200621.3 课题国内外研究现状中华人民共和国是在改革开放初期形成电源发展产业的。这一阶段国家的各行各业都是快步发展阶段。当然也包括电源项目。到了新世界，国内的一些公司在数控恒流恒压源研究和生产方面取得了很大的成就。比如北京亿良科技有限公司的YL4001A系列的精密数控直流电流源，电流输出范围可达0-50mA，最大有效输出电压为1-10.5V，步进分辨率为0.01mA,输出电流准确度很高，为+/-0.05%即+/-100nA。采用悬浮预稳技术，具有稳压CV和恒流CC等功能，有着固定电压输出、电流连续可调、可靠性高、稳定性好、纹波小等优点，不仅体积小重量轻，而且效率高、外型美观，工艺

16、很先进。对于我国的电源产业来说，在加快蚕业规模的同时也要不断的吸收和转化最新最前沿的的科技成果，在国家优惠政策的扶持下进行再创新再突破发展。【3】要处于产业的领先地位，就需要不断的改革创新，砥砺前行。电源产业发展到今天，已经产生了很多加油代表性的研究成果和新产品。当然大部分都产生在国外的公司。我们国家虽然和国际上的一些企业有很多的课题研究和项目合作。但我们的项目规模和科研能力和这些国家的差距还是很大的。发达国家在新能源方面的成就我们不得不承认。在人才培养，设备检测，工艺水平，质量管控，研发投资，政策扶持等各个方面差距明显。在经历了引进消化再吸收创新的过程，我国的电源产业也遇见黎明。生产和销售企

17、业的数量成规模性增长，国内的企业也在数字化智能化的这条路上越走越宽。总体来说，国内直流恒流源技术在实现智能化等方面相对落后，面对激烈的国际竞争，是个严重的挑战。我们还有很长的路要走，需要一代又一代的科技工作者不断去创新。1.4 论文研究内容以 MSP430 单片机为主控制器，通过独立键盘来输出电流，单片机作为输出信号的主要系统，要经过（ADS1115）输出模拟量。经过差分放大电路的放大改变基极电压输出不同的电流。系统经过电流/电压转变后，把模拟量转化为数字量的这一过程是由 A/D转换芯片完成的。整个系统形成实时反馈，通过恒流源模块。产生稳定的电流输出。本文的主体结构第 1 章：主要介绍恒流源的

18、意义和生产需求状况，通过进一步介绍国内外研究状况，确定本文研究内容。第 2 章：介绍恒流源的种类，再介绍恒流源方案，DC/DC 电压转换方案。确定最终的总体方案。3汤山俊夫数字电路设计M北京：科学出版社，2006 3第 3 章：分模块介绍各个电路，重点包括 A/D 、D/A 转换电路，液晶显示电路、开关控制电路、开关驱动电路等。第 4 章：介绍系统的软件设计以及开发环境。第 5 章：主要是主要的参数指标测试结果。42 总体方案确定2.1 恒流源种类的区别一般来说，恒流源主流的分类方法是按照组成器件不同来区分的。目前主要的三类分别是：集成运放恒流源、晶体管恒流源、场效应管恒流源，下面会从具体的细

19、节对三类恒流源做以解绍。（1）集成运放恒流源由于温度对集成运放参数影响不如对晶体管或场效应管参数影响之显著,由集成运放构成的恒流源具有稳定性更好,恒流性能更高之优点。尤其在负载一端需接地,要求大电流的场合,获得了广泛应用。（2） 晶体管恒流源这类恒流源以晶体三极管为主要组成器件,利用晶体三极管集电极电压变化对电流影响小,并在电路中采用电流负反馈来提高输出电流之恒定性.通常,还采用一定的温度补偿和稳压措施。由晶体管构成的恒流源,广泛地用作差动放大器的射极公共电阻,或作为放大电路的有源负载,或作为偏流使用,也可以作为脉冲产生电路的充放电电流,由于晶体管参数受温度变化影响,大多采用了温度补偿及稳压措

20、施,或增强电流负反馈的深度以进一步稳定输出电流。（3）场效应管恒流源场效应管恒流源较之晶体管恒流源,其等效内阻较小,但增大电流负反馈电阻,场效应管恒流源会取得更好的效果.且无需辅助电源,是一个纯两端网络,这种工作方式十分有用,可以用来代替任意一个欧姆电阻。通常,将场效应管和晶体管配合使用,其恒流效果更佳。总结各种恒流源特点如下：（1）由晶体管构成的恒流源 ,广泛地用作差动放大器的射极公共电阻 ,或作为放大 电路的有源负载 ,或作为偏流使用 ,也可以作为脉冲产生电路的充放电电流 ,由于晶 体管参数受温度变化影响 ,大多采用了温度补偿及稳压措施 ,或增强电流负反馈的深 度以进一步稳定输出电流 .

21、（2）场效应管恒流源较之晶体管恒流源 ,其等效内阻较小 ,但增大电流负反馈电 阻 ,场效应管恒流源会取得更好的效果 .且无需辅助电源 ,是一个纯两端网络 ,这种工作方式十分有用 ,可以用来代替任 意一个欧姆电阻 .通常 ,将场效应和晶体管配合使用 ,其恒流效果会更佳 . （3）由于温度对集成运放参数影响不如对晶体管或场效应管参数影响之显著 ,由集5成运放构成的恒流源具有稳定性 更好 ,恒流性能更高之优点 .尤其在负载一端需接地 ,要求大电流的场合 ,获得了广泛应用 . （4）恒流源电路 ,既可以实现双极性控制 ,又可以实现差动控制 ,增强了使用灵活性 . 2.2 DC/DC 电压转换电路方案最

22、基本的斩波电路如图 1 所示，斩波器负载为 R。当开关 S 合上时，Uout=Ur=Uin，并持续 t1 时间。当开关切断时 UoutUr0，并持续 t2 时间，Tt1t2 为斩波器的工作周期，斩波器的输出波形如图 1（b）所示。定义斩波器的占空比 Dt1T，t1 为斩波器导通时间，T 为通断周期。通常斩波器的工作方式有两种：一是脉宽调制工作方式，即维持 t1 不变，改变 T；二是脉频调制工作方式，即维持 T 不变，改变 t1。当占空比 D 从 0 变到 1 时，输出电压的平均值从零变到 Uin，也就是说输出电压可随 D 而改变。在高频稳压开关电源的设计中，普遍采用的是脉宽调制方式。因为频率调

23、制方式容易产生谐波干扰，而且其滤波器设计也比较困难。 DC/DC 变换器有：降压式（Buck） ，升压式（Boost） ，单端正激式，单端反激式，双管正激式，双管反激式，半桥式，全桥式，推挽式等多种典型变换电路。虽然 DC/DC 转换电路很多种，但都具有各自不同的特点： Buck 和 Boost 电路虽然效率较高但不能同时实现降压和升压的双重功能。基于题目要求，电源部分需同时具有升压和降压的功能，故这两种电路此处不可取。兼有升、降压功能的 Buck-Boost 电路要满足 15-18V 的要求颇为不易。双管正激式、双管反激式、半桥式、以及全桥式 DC/DC 变换电路适合于大功率等级（200W

24、以上）的电路，不太适合小功率电源电路。由本题设计要求：恒流源输出最大电压 28V 且输出电流范围为 200-2000mA，即输出功率最大值为 20W，属于小功率电源。因而以上电路不适合本设计。 推挽式隔离变换电路，使用两个管子进行推挽，变压器采用中心抽头连接，二次侧也是两相半波整流，因此相当于两个正激式变换电路在工作，这类变换电路较复杂，综合考虑本设计不使用该电路。【4】 单端反激式单管变换器的电路，其输出的纹波电压比较大，若要减小纹波，需要加入复杂的滤波电路。本设计不采用该电路。单端正激式 DC/DC 变换器的电路，在输出端加一个电感器 Lo 起能量存储和传递作4杨碧石等.直流开关稳压电源的

25、保护技术M.中国论文下载中心,20066用，由于它使用的无气隙的磁芯，所以铜损较小，温升较小，并且其输出的纹波电压较小，如图 2.1 所示为降压斩波原理图。图 2.1 降压斩波电路原理图2.3 恒流源电路方案恒流源部分电路采用闭环控制，闭环稳流的电流图如图 2.2 所示，由图可得：ILVi/R1 式中 IL 为负载电流，采用电阻是 R1，运放同相端输入信号是 Vi.假如 R1 固定，那么 Vi 决定了 IL，当 Vcc 或是 RL 发生变化时，系统利用反馈调节功能能让 IL 一直稳定。综上所述，由于正激式开关电源电路结构简单、功率密度较高。所以本设计电源部分采取此电路。如图 2.2 是硬件闭环

26、稳流电路图。图 2.2 硬件闭环稳流电路图72.4 本章小结本系统主要是以 430 单片机作为主要的控制系统，控制输出一定范围类的电流稳定输出。其中 D/A 电路主要负责对电流的预置，再通过运算放大电路控制晶体管的输出电流变化。A/D 电路则是将电流的采样值送入到 430 单片机中，和预置的数值进行比较。系统误差会通过 D/A 电路添加到调整电路从而降低纹波。输出电流在 0.2A2A。本系统的主要特点有纹波电流小，功能强大，性能可靠，电路简单等。主要由以下几部分：430 单片机控制系统、A/D 和 D/A 转换模块、恒流源模块、5 欧姆负载、独立键盘及液晶显示模块。83 系统设计框图3.1 系

27、统总体框图系统方案框图如图 3.1 所示。图 3.1 系统总体框图本数控恒流源系统主要由 DC/DC 变换电路、恒流反馈电路和单片机控制部分三个功能模块组成。恒流源控制电路由硬件电流闭环电路实现输出电流的稳定可控。DC/DC 转换模块采用 BUCK 型 DC/DC 变换电路，扩大输入电压范围至 15-18V。单片机模块以MSP430F169 单片机为控制核心，结合矩阵键盘实现显示功能。3.2 AD/DA 电路AD 转换电路本恒流源系统所用的 AD 转换器为 TI 德州仪器的 ADS1115，该转换器为 16 位精度的转换器，能够同时采集四路模拟信号，本系统中需要用到三路 AD 转换， （电流、

28、电压、光强度）要求精度高，该转换器能够满足系统要求。DA 转换器 本恒流源系统用的 DA 转换器为 TI 德州仪器公司的 DAC8560，该转换器为 16 位精度转换器，基准电压为 4.096V，输出的电压经过一级电压跟随，再到控制电路，使系统更430单片机控制系统A/DLCD 显示恒流源主电路负载D/A矩阵键盘9急稳定，该跟随器为 OPA2340，是精密的轨到轨运放，工作电压只能工作在 5V 状态。如图 3.2 所示为 AD/DA 电路原理图。图 3.2 AD/DA 电路原理图3.3 液晶显示电路LCD1602 是一种常见的字符型液晶显示器，刚开始接触它的大多是单片机的初学者。当然包括我。由

29、于对它的不了解，不能随心所欲地对它进行驱动。经过做毕业设计这段时间的学习，我对它的驱动有了一点点心得，与它相仿的是 LCD12864 液晶显示器，它是一种图形点阵显示器，能显示的内容比 LCD1602 要丰富得多，除了普通字符外，还可以显示点阵图案，带有汉字库的还可以显示汉字，它的并行驱动方式与 LCD1602 相差无几。下图 3.3 是 LCD1602 液晶显示屏的正反实物图： 图 3.3 LCD 显示屏实物图LCD 工业字符型液晶，能够同时显示 16x02 即 32 个字符。1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的型液晶模块。它由若干个 5X7 或

30、者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不10能很好地显示图形（用自定义 CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD 是指显示的内容为 16X2,即可以显示两行，每行 16 个字符液晶模块（显示字符和数字）。市面上字符液晶大多数是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780 写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。如图 3.4 是 LCD1602 的简单原理图：图 3.4 LCD 显示屏原理图表 3-1 LCD 显示屏引脚定义

31、引脚号符号引脚说明引脚号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据端口2VDD电源正极10D3数据端口3VO偏压信号11D4数据端口4RS命令/数据12D5数据端口5RW读/写13D6数据端口6E使能14D7数据端口7DO数据端口15A背光正极8D1数据端口16K背光负极对这个表的说明：（1） VSS 接电源地。（2） VDD 接+5V。（3） VO 是液晶显示的偏压信号，可接 10K 的 3296 精密电位器。或同样阻值的RM065/RM063 蓝白可调电阻。见图 3.5。11图 3.5 偏压信号原理图（4） RS 是命令/数据选择引脚，接单片机的一个 I/O，当 RS 为低电平时，选择命令；当

32、RS 为高电平时，选择数据。（5） RW 是读/写选择引脚，接单片机的一个 I/O，当 RW 为低电平时，向 LCD1602写入命令或数据；当 RW 为高电平时，从 LCD1602 读取状态或数据。如果不需要进行读取操作，可以直接将其接 VSS。（6） E，执行命令的使能引脚，接单片机的一个 I/O。（7） D0D7，并行数据输入/输出引脚，可接单片机的 P0P3 任意的 8 个 I/O 口。如果接 P0 口，P0 口应该接 4.7K10K 的上拉电阻。如果是 4 线并行驱动，只须接 4 个I/O 口。（8）A 背光正极，可接一个 1047 欧的限流电阻到 VDD。（9）K 背光负极，接 VS

33、S。图 3.6 接 VSS 原理图12LCD1602 的基本操作分为四种：（1）读状态：输入 RS=0，RW=1，E=高脉冲。输出：D0D7 为状态字。（2） 读数据：输入 RS=1，RW=1，E=高脉冲。输出：D0D7 为数据。（3）写命令：输入 RS=0，RW=0，E=高脉冲。输出：无。（4）写数据：输入 RS=1，RW=0，E=高脉冲。输出：无。3.4 非隔离开关变换器 BUCK 电路Buck 电路是一种降压是变换电路。它的输出电压小于输入电压。Buck 电路的主要特点是效率高，可靠性好;使电路中电压/电流波形的快瞬变化，产生电磁辐射干扰;元件布局和 PCB 布线难度较大;输出电压纹波比

34、较大;电路复杂，成本高。降压式 BUCK 电路主要由开关管、续流二极管、电感、输出滤波电容组成。该拓扑根据电感的工作状态共有三种工作模式，分别为 CCM（连续模式）、DCM （断续模式）、CCM-DCM（临界模式），当开关管在下个周期来临之前电感的电流未下降到零，则系统工作在 CCM 模式；当开关管在下个周期来临之前，电感的电流刚好下降到零时，系统工作在 CCM-DCM 模式；当开关管在下个周期来临之前，电感的电流已经下降到零，则系统工作在 DCM 模式，这时则需要输出电容容量足够大，才能保证给负载不断的供电。如图3.7BUCK 拓扑图图 3.7 BUCK 拓扑图3.4.1 控制芯片 TL49

35、4（1）TL494 主要特征（如图 3.8）TL494 结构如图 3.8 所示，TL494 是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电13源控制所需的全部功能，广泛应用于桥式单端正激双管式、半、全桥式开关电源。主要特征有：集成了全部的脉宽调制电路。片内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅两个（一个电阻和一个电容） 。内置误差放大器。内置 5V 参考基准电压源。可调整死区时间。内置功率晶体管可提供 500mA 的驱动能力。推或拉两种输出方式。图 3.8 TL494 内部结构图(2）TL494 工作原理简述TL494 作为固定脉宽调制电路的一种，具有开关电源所具有的所有功能。长应用的地有半桥式、全桥

36、式电源等。两种封装形式 SO-16 和 PDIP-16 基本满足了不同场合的需求其振荡频率为公式（3.1）所示： （3.1）ttCRf1 . 1脉冲的宽度由电容 CT 上的电压决定。Q1 和 Q2 受控于或非门。当时钟信号为低电平时被选通，而当控制信号增大时，输出脉冲的宽度将变小。(3）TL494 脉冲控制波形图 如图 3.9，集成电路外部输入控制信号， 脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反馈电压从 0.5V 变化到 3.5 时，输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降到零。两个误差放大器具有从-0.3V 到（Vcc-2.0）的14共模输入范围，这可能从电

37、源的输出电压和电流察觉得到。误差放大器的输出端常处于高电平，它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行“或”运算，正是这种电路结构，放大器只需最小的输出即可支配控制回路。当比较器 CT 放电，一个正脉冲出现在死区比较器的输出端，受脉冲约束的双稳触发器进行计时，同时停止输出管 Q1 和 Q2 的工作。若输出控制端连接到参考电压源，那么调制脉冲交替输出至两个输出晶体管，输出频率等于脉冲振荡器的一半。如果工作于单端状态，且最大占空比小于 50%时，输出驱动信号分别从晶体管 Q1 或 Q2 取得。输出变压器一个反馈绕组及二极管提供反馈电压。【5】在单端工作模式下，当需要更高的驱动电流输出，亦可将 Q1 和 Q

38、2 并联使用，这时，需将输出模式控制脚接地以关闭双稳触发器。这种状态下，输出的脉冲频率将等于振荡器的频率。如图 3.9 所示为脉宽波形图。图 3.9 脉宽波形图3.4.2 开关电路控制电路有两种方案可以选择：方案（一）：采用 TI 公司 MSP430F169 芯片产生 PWM 控制场管。MSP430F169 内部的Timer_A 或 Timer_B 定时的模式下可以准确的产生频率很高的 PWM 信号，在频率一定的情况下，通过软件改变 PWM 信号的占空比，使输出电流稳定在设定值。此方案简单可行，精确度高，减少了外围器件，节约成本。方案（二）：采用恒频脉宽调制控制器 TL494。此芯片 1 由德

39、州仪器公司设计推出，5谢光希.基于 TL494 的开关稳压电源J.中国高新技术企业,200715他作为一种电压驱动型脉宽调制器件，被用作全桥、半桥式的开关电源控制器。此芯片工作频率为 1-300KHz，内部有 5V 的电压基准。 鉴于以上优点，我们最终选用方案（二）。如图 3.10，A1 和 A2 两个运放电路共同构成开关电路的输入级，和 A3 差分放大器串联构成差分放大电路。此开关电路的优点在于提高了信噪比；对电路的共模抑制比影响不大，电压增压由于共模信号几乎没有起作用，所以增益为零。图 3.10 开关电路差分放大电路3.4.3 开关电路驱动电路有两种方案可以选择：方案（一）：采用常用的“图

40、腾柱”电路。图腾柱式的驱动方式，一方面增加了驱动能力，另一方面，当 PWM 的输出端为低的时候，下管为 MOS 的结电容提供放电回路。该电路的特点是输出阻抗低，PWM 驱动波形陡峭，MOSFET 的开关损耗小，而其仅需少量的分立元件即可实现。但此电路的最大缺点是关断时图腾柱输出会仍有一个等于 Vgs 电压的电压加在负载 MOS 上，如果这个电压高于负载 MOS 门槛，不能关断 MOSFET 管。方案（二）采用美国 IR 公司生产的 IR2110 驱动集成芯片。IR211 兼有光耦隔离和电磁隔离的优点，是中小功率变换装置中驱动器件的首选品种。它采用的制造工艺有两种，HIVC 和 CMOS。具有独

41、立的低通道和高通道输入。工作频率高开关延迟小。逻辑电压在 5-15V 之间，也和 TTL 相匹配。它的各个引脚信息如下：16 引脚 1:低端输出引脚 2:公共端引脚 3:低端固定电源电压引脚 4: 空端引脚 5:高端浮置电源偏移电压 引脚 6:高端浮置电源电压 引脚 7:高端输出 引脚 8: 空端 引脚 9:逻辑电源电压 引脚 10: 逻辑高端输入 引脚 11:关断 引脚 12:逻辑低端输入 引脚 13:逻辑电路地电位端，其值可以为 0V 引脚 14:空端IR2110 芯片的特点：(1)具有独立的低端和高端输入通道。(2)悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达 500V。(3)输出的电源端(

42、脚 3)的电压范围为 1020V。(4)逻辑电源的输入范围(脚 9)515V，可方便的与 TTL，CMOS 电平相匹配，而且逻辑电源地和功率电源地之间允许有 V 的便移量。(5)工作频率高，可达 500KHz。(6)开通、关断延迟小，分别为 120ns 和 94ns。17(7)图腾柱输出峰值电流 2A。IR2110 的工作原理：内部由逻辑输入，电平平移和输出保护三部分组成。它对减少驱动电源的数目有很大作用。IR2110 利用自身独有的高压集成电路及无门锁 CMOS 技术，于 1990 年前后开发并投放市场的大功率 MOSFET 和 IGBT 专用栅极驱动集成电路，已在电源变换、马达调速等功率驱

43、动领域中获得了广泛的应用。该电路芯片体积小(DIP-14、SOIC-16)，集成度高(可驱动同一桥臂两路)，响应快，偏值电压高(Create New Project创建一个新的工程。如截图4.4。23图 4.42）在项目出现在Workspace窗口内时，如截图4.5所示。选择下拉的文本框，在系统默认的模式下也可以进行仿真和测试。图 4.53）保存一个工作区的步骤是，选择FileSave Workspace，这样就可以将当前的工作空间(Workspace)保存，它可以让你在后面任何时候都可以随时使用。用户可以在每次建立一个项目都单独存储一个Workspace文件，这样日后也能方便使用。【8】4）

44、如果用户已经编辑好了源文件，则选择ProjectAdd Files就可以打开一个对话框，见图4.7。通过这里可以向项目中添加源文件。在File Type下拉菜单下可以选择要添加的文件的类型。图 4.75）当需要设置项目选项的时候。在界面中选择ProjectOptions单击右键选择Options，可以看到一个对话框，如图4.8。8李曙光可编程控制的电流源N 电子报，2001 24图 4.8 6）在编译和创建的各种控制选项中，我们不需要有太多的操作。通常只需要走两步，单击Category下面的General Options，截图如图4.9所示。图 4.97）在进行仿真的步骤中，先在Categor

45、y下面选择Debugger，截图如4.12所示。可以看到一个能下拉的黑色箭头。如果选择Simulator，则可以用软件模拟硬件时序，进行仿真观察；如果选择FET Debugger，则选择合适的仿真器将电脑上的软件与开发板上的MCU进行连接，然后再硬件仿真。 图 4.12258）软件仿真时，只需选择Simulator然后单击右下角的OK，即可完成设置。硬件仿真时，再选择FET Debugger后，再单击Category下面的Debugger下面的FET Debugger，可以看到如图4.13所示的画面。图 4.139）在connection后面的下拉箭头后选择合适的仿真器类型，完成仿真就可以了。

46、如图4.14所示，单击OK完成设置。 图 4.1410）在以上的设置后，选中项目中的一个源文件(.c, .cpp, .cc, .s, .asm, msa)，然后就是在Project一栏下面下拉选择Compile对源文件进行编译。加入编译的时候出错了，则将按照提示信息进行改错修正然后再重新编译。11）前面的步骤都没有错误的话，就开始调试，点击Project然后选择Debuge即就进入调试界面了。 4.2 系统软件设计如图 4.17，该图为系统总体软件流程图，系统启动后，先进行主程序初始化，然后进行 AD 和 DA 程序初始化，最后进行按键程序初始化，当按键按下时，系统调用主程26序，可以控制 D

47、A 输出。图 4.17 系统软件流程图4.3 软件程序流程图如图 4.18，该图为系统软件程序流程图，系统启动后，在完成 LCD 的初始化后，设置标志位，然后在矩阵键盘按下的时候，可以显示电流数值。完成整个显示过程。开始系统程序初始化AD 程序初始化DA 程序初始化键盘程序初始化DA 输出按键按下27图 4.18 软件程序流程图4.4 AD/DA 转换程序4.4.1 AD 转换程序如图 4.19，该图为系统 AD 转换流程图，系统对输出的电流，电压进行采样，再经过模数转换器转换为数字信号，这样处理器就可以通过调用程序来实现对输出电流自动调整和在 LCD 上显示当前模式和电流电压值。开始LCD

48、初始化设置标志位显示结束按键按下28否 是图 4.19 AD 采集流程图4.4.2 DA 转换程序如图 4.20，该图为数控电源的核心，不论数控电流还是电压都是通过 DA 去控制，当系统工作在不同的模式，处理器根据人为的设定调用当前模式下的程序输出一定的模拟量到电源控制电路，这样就实现了数控。开始模块初始化进入通道选进入1 通道电流采集进入2 通道电压采集29图 4.20 DA 转换流程图4.5 矩阵键盘扫描程序如图 4.21，该图为矩阵键盘扫面流程图，系统采用 4*4 键盘，通过程序进行行扫描和列扫描以及人为的程序设定进行识别所按下的按键代表的意义，进一步调用程序来控制各个 IO 口的状态，

49、达到控制的目的。图 4.21 矩阵键盘扫描流程图开始模块初始化行列扫描显示数值按键按下304.6 本章小结本章节主要是对系统控制器和软件开发环境的详细介绍，完成了系统的软件设计，对软件流程图和矩阵键盘软件流程图做了描述。315 电路系统测试5.1 主要测试仪器在系统正常工作，外界环境干扰较小的情况下，进行电路系统测试。测试工具包括：UT39A 数字万用表两个；PPS2320A 数字直流电源；ATTEN ADS1102CAL 型数字示波器；旋臂滑线式变阻器 5 阻值一个；5.2 系统功能测试5.2.1 数控恒流源测试测试方法：在整个系统供电电压达到15V的时候，通过矩阵键盘设置电流值，通过软件系

50、统程序运行，观察LCD上面显示的输出电流值的大小。记录结果如下表。表 5-2-1 测试结果5.3 常规指标测试5.3.1 电压调整率测试方法：在系统正常工作，负载温度较低的情况下，设置系统的输入电压在15V，输出电压为 11.45V，输出电流为 2A，使输入电压从 14V 变为 16V，记录 14V 电压值和 16V 电压值分别对应的输出电压，测试数据如下表。输入电压 V15设定电流 A0.200.300.400.501.001.201.401.602.00输出电流 A0.200.290.380.511.001.201.381.592.0032表 5-3-2 测试结果输入电压 V1400160

51、0输出电压 V 11.32 1143输出电流 A2002.00电压调整率 0.73% 0.73%根据上表的测试结果，由公式电压调整率=100%，这里 V 表示初始输出电压，表示输入点压为 14V 对应的实际输出电压，表示输入电压 16V 对应的实际输出电压。 5.3.2 文波电压测试测试条件：在系统正常工作，负载温度较低的情况下，输入电压 15V,输出点压11.45V，输出电流 2A；测试结果：系统纹波电压为 50mV5.3.3 整机效率测试条件：在系统正常工作，负载温度较低的情况下，系统输入电压=16V；输出电压=11.25V测试数据：输入电流 =1.515A；输出电流=2A结论：整机效率

52、=92.2%5.4 本章小结本章主要是对系统功能测试和常规指标测试的数据进行测量，计算。336 总结与分析6.1 毕业设计完成的工作由于使用 MSP430F149 单片机作为中央控制器，本系统有功能强、性能可靠、体积小、电路简单的特点。本系统最小可进步,精度也比较高,输出电流范围较宽。 由于本系统对精度的要求较高，硬件部分中采样电阻的热稳定性较好，本设计方案采用康铜丝作为采样电阻。硬件中的核心模块为开关电源，其核心元件采用 P 沟道场效应管，其性能稳定性均高于三极管。总之，本系统精度高，性能好，性价比高，稳定性好，智能化程度高，达到了设计要求6.2 存在的问题这次毕业设计的作品基本达到了毕业设

53、计题目的要求，但依然有许多可以改进的地方。主要出现的问题有以下几点：（1） 偶尔会出现恒流模式响应慢的问题；（2） 系统程序过于庞大，程序需要优化；（3） 本数控恒流源只能用在功率较小恒流源驱动。6.3 展望本系统在软硬件设计上仍然有很多需要完善之处。进入 21 世纪，随着信息技术一日千里的发展，恒流源也必将经历由模拟恒流源向数字恒流源过渡的这一历程。特别是计算机技术的发展必将出现智能化技术。因此，如何把数字技术和智能化技术用于制作高稳定度的恒流源就将成为 21 世纪的新课题。34致 谢时光如白驹过隙的转眼一瞬，蓦然回首，美好的大学生活即将结束，自己也即将踏上工作岗位，开始人生新的篇章。大学的四年时间说长不长说短不短，这期间又很多美好的记忆留存在我的心里。最让我难忘的是关心我生活的老师和辅导员，相亲相爱的同学朋友们。正是在大学的四年里有了他们，才会让我的大学生活变得如此有趣丰