1.1课题的目的及意义

随着现代信息化革命的发展，电源技术给电子技术提供了稳定的发展前提，同时也给电源提出了更高的要求。普通电源在工作时容易产生老化、误差、可调节性变差等现象。严重的会影响整个系统的精确度或造成系统崩溃、毁坏，为此各个企业对电源技术有了更高的要求。自20世纪90年代以后，数控电源技术有了长足的发展，也取得了很大的技术突破。但其产品存在数控程度达不够、精度不高、纹波较高、可靠性较差的缺点。因此现代数控电源的主要发展趋势，是针对以上不足而加以改进的。

数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多领域。随着现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子设备中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能进入市场。随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。恒流源是电路中广泛使用的一种电路，恒流源的实质是利用器件对电流进行反馈，动态调节设备的供电状态，从而使得所输出的电流趋于恒定。只要能够得到电流，就可以有效形成反馈，从而建立恒流源。恒流源可应用于充电电源、工业生产、日常生活、实验室测量等许多场合。本课题对恒流源进行研究，设计出所需要的符合标准的数控直流电流源，能满足输出电流稳定，在给定范围内可调，不随负载和环境温度变化，精度高误差范围小等优点。

本课题主要研究的是基于单片机的数控直流恒流源的设计，对输入电流信号进行转换成数字量输出，恒流源模块将D/A转换来的电压模拟量通过恒流源电路变成恒流，恒流源是能够向负载提供恒定电流的电源，因此恒流源的应用范围非常广泛，并且在许多情况下市必不可少的。例如，在用通常的充电器对蓄电池充电时，随着蓄电池端电压的逐渐升高，充电电流就会相应减少。为了保证恒流充电，必须随时提高充电器的输出电压，但采用恒流源充电后就可以不必调整期输出电压，从而使劳动强度降低，生产效率得到了提高。恒流源还被广泛用于测量电路中，例如电阻器阻值的测量和分级，电缆电阻的测量等，且电流越稳定，测量就越准确。它既可以为各种放大电路提供偏流以稳定其静态工作点，又可以作为其有源负载，以提高放大倍数，并且在差动放大电路、脉冲产生电路中得到了广泛应用。

1.2国内外研究现状及分析

从国内外目前已掌握的技术来看，完全由硬件实现的电流源多采用固定值的控制，而数控电流源的电流可任意设定，且控制精度较高。在我国，以电力电子学为核心技术的电源产业，从二十世纪60年代中期开始形成，到了90年代以来，随着对系统更高效率和更低功耗的要求，电信与数据通信设备的技术更新推动电源行业中直流/直流转换器向更高灵活性和智能化的发展方向，电源产业进入快速发展期。一方面，电源产业规模的发展在加快；另一方面，在国家自然科学基金的资助下或创新意识指导下，我国电力电子技术的研究从吸收消化和一般跟踪发展到前沿跟踪和基础创新，电源产业涌现了一些技术难度较大，具有国际先进水平的产品而且还生产了一大批具有代表性的研究成果和产品。目前国内还开展了跟踪国际多方面前沿性课题的研究或基础创新研究。但是我国电源产业与发达国家相比，存在着很大的差距和不足:在电源产品的质量、可靠性、开发投入、生产规模、工艺水平、先进检测设备、智能化、网络化、持续创新能力等方面的差距为10—15年，尤其在实现直流恒流的智能化、网络化方面的研究不是很多。目前国内在这两方面研究比较多的是成都电子科技大学和广州华南理工大学，主要是利用单片机和可编程系统器件（PSD）来控制开关直流稳压电源或数字化电压单元达到数控的目的，但和国外的比较起来，效果不是很理想，还存在很大的差距和不足。

目前，电力系统的后备电源、分布式电源系统以及通讯系统的后备电源等应用场合，均采用大容量的蓄电池作为储能元件。然而，在蓄电池的使用中需要一个双向DC/DC变换器来进行直流功率的变换。一旦电网系统发生故障，蓄电池通过双向DC/DC变换器直接并入直流母线，给后端的用电设备提供能量。当电网正常工作时，直流母线通过DC/CD变换器讲电能储存在蓄电池中，而当蓄电池作为通讯系统的后备电源时，由于后端的用电设备多以抵押大电流工作，因此要求蓄电池能够提供一个大而稳定的工作电流。另外，对蓄电池充电时，也必须进行恒流控制，因此在双向DC/CD变换器中恒流控制的好坏直接影响用电设备和蓄电池的使用寿命。随着数字信号处理器（DSP）技术的成熟，越来越多的功率电路采用了数字式控制。与模拟控制相比，数字控制具有性价比高、性能稳定等优点。另外，通过对控制软件的编程，可以很方便的实现电路功能。针对蓄电池等储能元件在使用过程中功率双向变换的问题，在目前已有的非隔离型双向拓扑基础上，提出了一种改进型双向电路拓扑。该拓扑不仅实现了双向电路的恒流控制，而且解决了双向拓扑中对不同大小电流的采样问题。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，有效的解决了电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大的提高了生产效率和产品的可维护性。

2. 研究的基本内容与方案

1.1 课题研究内容及目标

数控直流电流源的研究与设计

（1）数控直流恒流源系统要求输出电流稳定，输出电流可在20mA~2000mA范围内任意设定，不随负载和环境温度变化，并具有很高的精度，输出电流误差范围±4mA；