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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；MCS51ABSTRACTCurrentsoutputbycurrentsourceunrelatedwithexternalparts,wichisanimportantcomponentofelectronicequipment.Withtherapiddevelopmentoftheinformationage,powerequipmentgraduallydevelopsinthedirectionofdigit.Seeingoutputvoltagewiththecurrentsourcescanloadchange,ensuringtheloadcurrentconstantunchanged.Takingthisasawayofthinking,thedesignofabuildingandintroducedanumberofcurrentOverLoadProtectionsources.MCS51usedasacontrolcircuit,TL494adjustedcircuit.Entirecircuitefficiencycanbehigher,theexportingmorestable,andthewavecurrentsbecomesmaller.Thefirstintroducedcurrentsourceapplications,andthenabriefdescriptionofthepowerofelectronictechnology,digitaltechnology,andfollowstheanalysisofcurrentsourcescircuitcorrespondingparameterscalculated,thefinalistheanalysisofcontrolcircuits.Theanalysisfocusedonthecontrolcircuit,highlightingMCS51circuitintheapplication.Firstonthecompositionofthehardwarecircuit,andthenanalysisthevariousofproceduresonthecontrolmethod.Keywords:currentsources,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。恒流源分为流出(CurrentSource)和流入(CurrentSink)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。图(1)简易恒流源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。图(2)运放恒流源典型的运放恒流源如图所示，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)/R1L431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。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。利用三端稳压构成恒流源，也有非常好的性价比，如图(5)所示。这种结构的恒流源，不适合太小的电流，因为这个时候，三端稳压自身的维持电流会导致较大的误差。电流计算公式为：I=V/R1，其中V是三端稳压的稳压数值。实际的电路中，有一些特殊的结构，也可以提供很好的恒流特性，最典型的就是一个很高的电压通过一个电阻在一个低压设备上形成电流，如图(6)，这个恒流源的精度，取决于高压的精确度和低压设备本身导致的电压波动。在一些开关电源电路中，这个结构用来给三极管提供偏置电流。电流计算公式为：I=Vin/R1值得一提的是，以上这些恒流源并不都适合安培以上级别的恒流应用，因为电阻上面太大的电流会导致发热严重。图(2)可以通过使用更小的电阻来降低这个热量，不过在单电源供电模式下，多数运放都不能有效检测和输出接近地或者Vcc的电压，因此必须使用特殊的器件才能达到要求。有个简单的办法是通过一个稳压器件（稳压管，或者TL431等）偏置电阻上面的电压，使得这个电压进入运放的检测范围。恒流源的基本要素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。能够进行电流反馈的器件，还有电流互感器，或者利用霍尔元件对电流回路上某些器件的磁场进行反馈，也可以利用回路上的发光器件（例如光电耦合器，发光管等）进行反馈。这些方式都能够构成有效的恒流源，而且更适合大电流等特殊场合，电力电子技术的概况随着19世纪初电磁学原理的发现，电力技术得到了很大地发展，各种电气设备如变压器、发电机、电动机相继出现，电能成为人们生活中不可缺少的部分。随后，晶体管特别是三极管的出现促使电子学进入一个新的台阶，集成电路和微电子技术的进一步发展成为可能。伴随着电力技术和电子技术的发展，许多新的控制技术和方法也诞生了。至今，随着用户对供电要求的提高，电力技术、电子技术和控制技术融为一体成为一门新兴的交叉学科:电力电子技术。电力电子技术是二十一世纪的关键技术之一，它是一门使用电力半导体器件，应用电路和控制理论知识分析开发，实现对电能的高效变换和控制的技术。电力电子技术是电工技术的分支之一。应用电力电子器件和以计算机为代表的控制技术，对电能特别是大的电功率进行处理和变换，是电力电子技术的主要任务。可以认为，电力电子技术研究的内容包括以下三个基本内容:①元器件(电力电子器件，磁元件及电容器)。②电力电子变流技术，包括改变频率、电压、电流及变换相数。③电力电子电路的控制技术。现代电源技术是应用电力电子半导体器件，综合自动控制、计算机〔微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交叉技术。在各种高质量、高效、高可靠的电源中起关键作用，是现代电力电子技术的具体应用。当前，电力电子作为节能、节材、自动化、智能化、机电一体化的基础，正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来.电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用，实现高效率和高品质用电相结合.电力电子器件的发展概况电力电子学诞生以后，人们常把相对应的半导体学科分为两个分支:一个是以集成电路为核心的微电子学;另一个则是以大功率半导体器件为代表的电力电子学。前者单元器件的功率越来越小;后者单元器件的功率越来越大电力电子器件，既是电力电子技术的基础，也是电力电子技术发展的强大动力。近年来，随着应用领域的不断扩大，要求集成电路功率化，功率器件集成化，这又把半导体学科的两个分支有机地结合起来，于是就出现了功率集成电路(PowerIC)简称PIC，它使微电子技术和电力电子技术相辅相成，把“信息”与“功率”合为一体。可以说电力电子技术的每一次飞跃都是以新器件的出现为契机的。下面概略介绍国内外先进的电力电子器件的发展动向和目前水平。(1)双极功率晶体管最近几年来，双极功率晶体管的发展主要集中在高速开关反相应用器件方面。由于双扩散工艺的成熟，使器件的电压、电流、功率等额定值达到很高水平并己经出现了许多具有较快开关速度和较低开关损耗的新器件。随着模块化技术的进步，巨型晶体管(GiantTransistor)简称GTR，已经向高耐压、大容量方向发展。双极功率晶体管应用的主要局限性是随着阻断电压的增加，器件增益降低。由于双极功率晶体管是电流控制器件，增益减小导致了控制信号的增加，这就需要分立电路来实现，从而增加了成本。另外由于受安全工作区的限制，双极功率晶体管的应用需要缓冲电路，这也会提高应用中的系统成本。总之，目前双极功率晶体管器件发展的主要目标仍是高速晶体管、达林顿晶体管、功率模块以及混合集成器件的制造。(2)晶闸管与可关断晶闸管(GTO)自从1957年晶闸管问世以来，其功率容量大约增加了3000倍。今后的发展方向仍是高压、大电流。目前最高科研水平为1000A,12000V。光触发晶闸管的稳定生产水平已经是4000A,8000V，而且具有过压自保护功能它在直流输电、无功补偿、大功率直流电源、超大功率和高压变频调速等方面仍有广阔的应用领域。与晶闸管相比，GTO具有快的关断速度，高的关断电流容量和大的关断安全工作区。它代表了晶闸管的发展方向。(3)功率MOSFET功率场效应晶体管集中了电子管、双极功率晶体管和晶闸管等优点，它具有开关速度快、驱动功率小和极好的安全工作区(SOA)等特性，因此，在高性能的开关电源、斩波器和电机控制的逆变电源中得到越来越广泛的应用。它的特点如下:MOSFET是多数载流子器件，不存在少数载流子的存贮效应，开关速度极快，目前IC直接驱动的功率MOSFET的开关频率均高于l00kHz。在IMHz左右高频工作下的DC/DC转换器已经问世。(4)绝缘栅双极晶体管(IGBT)IGBT的主要特点是能集MOSFET的电压激励和达林顿管的大电流低导通电阻特性于一体，还保存了高速、高可靠、低开关损耗、低脉冲拖尾电流，对温度不敏感等MOSFET所拥有的一切优点。用相同面积芯片制作的工GBT，其最大输出电流可比同类MOSFET的输出电流增加两倍以上。IGBT有一个固有的特点，即其开关输出脉冲后沿有约1,us长的拖尾电流。此电流会产生一定的开关损耗。(5)静电感应晶体管(SIT)与静电感应晶闸管(SITH)静电感应晶体管(SIT)与