1. 研究目的与意义（文献综述）

1.绪论

随着电子技术的发展、数字电路应用领域的扩展，现今社会，产品智能化、数字化已成为人们追求的一种趋势，设备的性能、价格、发展空间等备受人们的关注，尤其对电子设备的精密度和稳定度最为关注。性能好的电子设备，首先离不开稳定的电源，电源稳定度越高，设备和外围条件越优越，那么设备的寿命更长。基于此,人们对数控恒定电流器件的需求越来越迫切。当今社会，数控恒压技术已经很成熟，但是恒流方面特别是数控恒流的技术才刚刚起步且有待发展，高性能的数控恒流器件的开发和应用存在巨大的发展空间。

1.1恒流源的应用

2. 研究的基本内容与方案

2.方案设计

2.1总体设计方案

如图1所示, 可控恒流源系统由升压模块、恒流模块、限幅模块、报警模块、控制模块五部分组成。

升压模块用来将电池电压经高频调制后转换成恒流模块所需的直流高电压。

恒流模块则接受控制模块脉动控制电压, 并将其转换成相应的恒流电流信号。

限幅模块就是限制负载两端的电压;例10.5 V, 当电压低于该值时限幅电路处于截止状态不起作用;当负载电阻增加时其输出电压UO也增加, 当电压UO超过设定值10.5 V时, 限幅电路导通进行分流以保证。

报警模块是一个电压比较器, 当输出电压低于设定值时比较器输出高电平, 指示灯不亮;当输出电压大于设定值后比较器输出的电平, 指示灯被点亮。

控制模块就是控制恒流源电流的大小及工作方式;其中的单片机是用来产生脉动信号并通过按钮对脉动信号进行控制。

2.2升压模块原理

升压原理是利用电感线圈的储能特性, 直流电压在高频开关作用下使电感线圈中的电流发生交替变化产生反电势;该感应电势与电源电压叠加送到负载端进行升压。

如图2所示, 当开关T导通时, UL=US电感电流线性增加, 电感储能增加, 电源向电感储存电能, 电感上出现的反电势为左正右负;当开关T断开时, UL=US-UC电感电流线性减小, 电感储能减少电感上的感应电势开始反转:变为右正左负，正好与电源电压一致，此时电源电压 US与电感上的电压 UL串联叠加到续流二极管 D 上，使二极管导通。这时负载 Ｒ 上会得到电源电压再加上电感上的电压之和; 从而使电源电压在输出负载 Ｒ 端 的电压 UO得到提升;电容 C 用于高频滤波。

升压电路原理图

其中升压电路使用专用升压芯片XL6009。

2.3恒流模块设计

恒流源是基于内阻无限大，相对負载电阻变化很小而言，可 控恒流源是指其恒流大小及模式可根据要求而改变。基于上述情况，晶体三极管是理想的可控恒流源。如图 3( a) 所示，由于三极管的集电结处于反偏状态，内阻很大，其集电极电流不受集电极负载控制，只受基极电流控制，即 IC =βIb因而只要受控端基极 电流不变，集电极电流 IC就不变，从而满足可控恒流源的基本条件。但只靠晶体管本身还不能满足使用要求，因为环境温度的变 化会使晶体管的结电压及电流放大倍数发生变化;如在基极电压 Ub不变前提下，如果环境温度升高則结电压会降低，从而使基极电流增加，导致集电极电流也隨之增加。所以根据负反馈原理， 实用电路需加电流负反馈，如图 3( a) 中的Ｒe为电流负反馈电阻，用来稳定输出电流。当负载或温度等因素引起输出回路中的 IC变化时会使 Ie发生变化，导致UＲ变化，该变化会影响输入回路; 例 IC↑→IＲ↑→UＲ↑; 因为输入电压Ub不变，故晶体管结电压 Ube= Ub－UＲ↑受到挤压开始下降，并控制 IC也下降，从而使输出 电流趋于稳定;稳定精度决定输出与输入的放大系数。放大系数 越大反馈回路的比例调节得到的电流偏差越小。上述电路适合 对恒流精度要求不高的场合。对恒流精度要求高的场合，需进一步提高反馈回路的放大倍数;实用电路如图3( b) 所示，其中Q2与Q1构成复合管，用来提高电流放大 系数即β=β1·β2; IC－1运放构成同相电压跟随器，尽管电压放大倍数为 1 但电流 放大倍数却接近无限大，根据运放“虚短”原理，输出Ｒe上的电压总是跟随输入Ub上的电压，从而输出电流 IC = Ub /Ｒe 被锁定;所以该电路具有高精度恒流性能。

2.3.1电路参数的选择

1晶体管选择

Q1为驱动管，应选择大功率管如 BD201等; 技术指标要求高的可选用大功率开关管或 IGBT 管，使其饱和压降尽量小些且应有较大的功率冗余;功率管散热器面积也要符合要求。Q2为复合管，用来提高β值，可选β较高的中小功率管如8050等。

2 反馈电阻选择

为保证精度应选用电阻温度系数小的功率电阻，其阻值在 0.1Ω～5Ω 左右，具体阻值应根据应用场合确定，阻值过小反馈 灵敏度会降低，阻值大些可增加负反馈的灵敏度，但过大则额外损耗增加，效率降低;一般设计反馈电阻选择为5Ω。

3 运算放大器选择

考虑到恒流电源的能量来自锂电池或铅酸电池，为节省电量，供电方式多采用单电源，所以运算放大器应选用可以单电源工作、低功耗、高增益型，如 LM358 。

2.4限幅与报警模块设计

2.4.1限幅模块设计

一般对蓄能电池的充电，除了要恒流外还要限幅，以避免电 池过充电。实现限幅的方法很多。如图4 所示，为并联型稳压电源工作方式，其恒压值就是并联稳压电源的稳压值，该方式简明实用。图中 TL431 为三端可控二极管，其限幅电压UW = UD·( 1 ＲW /Ｒ1) ，式中UD为TL431控制端对地的稳压值2.5 V，ＲW和Ｒ1分別是TL431控制引脚的上下分压电阻值。改变变阻器中心触头的位置可改变分压系数，例当ＲW=Ｒ1时，则限幅值为 UW = 2.5·( 1 ＲW /Ｒ1) =2. 5·( 1 1) =5 V，又如当ＲW =3Ｒ1时其限 幅值为 UW =2. 5·( 1 Ｒw /Ｒ1) =2.5·( 1 3) = 10 V。所以ＲW的电阻值越大其限幅的电压越高。

图4.限幅电路图

限幅模块限幅过程如下: 恒流源负载上的电压 UO会随负载电阻ＲO增加而增加，当UO＜UW时限幅电路处于截止状态，限幅电路不工作;当UO ＞UW时，则限幅电路急剧导通进行分流以保证端电压 UO不再增加，从而达到限幅目的。三极管Q3和Q4组成复合管目的有两个:一是如前所述提高电流放大系数，二是改变管型，因复合管的管型取决于最前面的管型，使其为 PNP 型。其中三极管Q4为NPN大功率型，大功率管Q4可进一步提高TL431的分流能力。

2.4.2报警模块

图5报警电路图

如图5 所示: LM339为电压比较器芯片，内有四个独立的运算放大器单元，报警电路中只用了一个比较单元。LM339可以单电源工作;其输出为OC门，即集电极开路方式。比较器的同相输入端接基准电压，反相输入端接分压电路，调整分压的电位器ＲW1分压值使其恒流源端电压在设定值时比较器发 生翻转。即输出由高电平转为低电平。

2.5控制模块设计

3. 研究计划与安排

4. 参考文献（12篇以上）

[1]孙启富,孙运强,姚爱琴.基于STM32的通用智能仪表设计与应用[J].仪表技术与传感器. 2010(10)
[2]季力.基于STM32芯片的电参数测量与数据传输[J].自动化与仪器仪表. 2010(03)
[3]赵同贺.开关电源设计技术与应用实例[M].人民邮电出版社.2007
[4]张乃国.电子电源技术与应用[M].机械工业出版社.2007
[5]周林,蒋建文,易强,罗眉.PWM控制器的控制方法[J].重庆邮电学院学报(自然科学版). 2001(S1)
[6]李彩云,胡洪波.PWM技术在直流电机调速中的应用[J].南昌高专学报. 2008(05)