数控恒压恒流源学院：自动化工程学院指导老师：李虹，秦臻，丁新平参赛队员：许庆柱于世利丁伟2011年8月23日数控恒压恒流源 (1)摘要........................ 错误！未定义书签。
1.方案论证与比较 (5)1.1 系统总体框图及设置： (5)1.2控制方案的比较论证 (6)1.3 输出方案 (7)1.4按键选择方案 (7)1.5提高效率的方案 (7)1.6 MULTISIM软件仿真 (8)2.电路设计与参数计算 (8)2.1 系统总体设计原理图： (8)2.2主回路器件的选择及参数计算 (8)2.2.1开关管的选择 (8)2.2.2电感的选择 (8)2.2.3电容的选择 (9)2.2.4采样电路的选择 (9)2.3控制电路设计 (9)2.3.1控制回路采样信号的处理 (9)2.3.2 PWM波的产生 (9)2.3.3光电隔离器件的使用 (10)2.4效率的分析 (10)3.软件设计 (10)程序流程图如下： (10)完整源程序参见附件三 (11)4.测试方法与数据 (11)3.1测试方法 (11)3.2测试仪器 (12)3.3测试数据 (12)摘要本系统以SPCE061A为核心，实现电压可预置，步进电压为100mV，输出电压范围为1V到10V，输出电流为0-3A。
可显示预置电压，实测电压，实测电流，实测效率。
该系统主要由SPCE061A单片机系统，PWM 信号控制芯片TL494，斩波主回路，按键，A/D以及D/A等组成。
系统通过键盘预置电压值送给TL494形成闭环反馈电路，采样精密电阻上的电压，采样康铜丝上的电压间接推算出其电流并显示。
本系统具有调整速度快，精度高，电压调整率低，负载调整率低，效率高，输出纹波小等优点。
关键词：SPCE061A；TL494；恒压；恒流；TLP250。
Abstract: This system used SPCE061A as the core, and have the function of voltage preset, step voltage for 100 mV, output voltage range of 1 to10 V, the output current of 0-3 A. It can show preset voltage, actual measuring range value of current, voltage, the measured efficiency. The system is mainly composed of the SPCE061A computer systems, PWM signal controller chip TL494, Chopped of main loop, key, A/D，D/A and so on. The system preset voltage value to TL494 through the keyboard to form closed loop feedback circuit, calculating the voltage and current sampled from precise resistance or copper1.方案论证与比较1.1系统总体框图及设置：通过按键单片机对主电路进行恒压或恒流功能的切换，并且经单片机给控制芯片TL494提供一个基准电压，与采样电压进行比较，从而改变TL494输出波形的占空比，进而控制IRF540的开启与截至，从而控制主电路电压的大小，达到设定值。
采样得到的电压值、电流值在液晶12864上进行实时显示。
1.2控制方案的比较论证方案一：直接用单片机产生PWM波控制开关管，这样编程变得很复杂，干扰较大。
方案二：用芯片TL494去控制PWM波的产生，单片机编程简单，并且TL494的占空比调节范围大，易于进行控制。
综上所述，选用方案二用TL494芯片去控制PWM波的产生。
1.3 输出方案方案一：选用1602，但1602界面简单，只能显示字母和阿拉伯数字。
方案二：选用12864，12864除了现实字母与阿拉伯数字外，还可以显示汉字，人机界面比较好。
综上所述选用方案二用12864作为显示。
1.4按键选择方案方案一：矩阵按键的编程复杂，在使用时要时刻扫描，浪费单片机的资源。
方案二：独立按键编程简单，在该系统中使用了外部中断，并且只用到四个按键，这样就不用时刻扫描，因此可以节省资源去处理DA和AD转换。
综上所述选用方案二用按键进行控制。
1.5提高效率的方案开关管，电感电容的选择很重要。
开关管要注意导通压降，开关速率，额定电流。
电感要注意在设定频率下工作是否会饱和。
电容要注意耐压。
各器件的额定电流值尽量大于导通电流的两倍以上。
主通路线路尽量粗，减少导通电阻。
1.6 MULTISIM软件仿真在进行系统实现之前，先用MULTISIM软件对所需要满足的指标进行仿真。
输入指标为最大输入电压Vinmax=30V，最小输入电压Vinmin=20V，输出电压Vout=1-10V，输出电流Iout=0-3A。
具体的测试文件见附件一。
2.电路设计与参数计算2.1 系统总体设计原理图：见附件二2.2主回路器件的选择及参数计算2.2.1开关管的选择场效应管选用开关频率高，导通电阻小的IRF540。
其开关频率可以达到100k以上。
2.2.2电感的选择电感的选择在综合考虑电感的品质系数，电路的工作频率，是否饱和，最大纹波电流，工作在连续模式还是断续模式等因素后，鉴于此电路输出3A，选用额定为5A的电感，电感值最小为L=5(Vin-Vout)*Vout*T/(Vin*Iout)=3.7mH，这里选用5mH的电感与电容组成pi型滤波。
2.2.3电容的选择电容起到滤波储能的作用，电容选用耐压50V 的电解电容，最小值为C=0.2*65*10-6 *Iout/Vout=4400uF，这里选用多个电容并联。
2.2.4采样电路的选择电流采样电阻采用0.02欧的康铜丝电阻，分压小，且电阻值随温度的变化小，精度高。
电压采样利用精密电阻分压采样。
2.3控制电路设计2.3.1控制回路采样信号的处理采样后电压经过跟随器（采样电流还有放大器）通过多路开关CD4051后进入固定频率脉宽调制器件TL494的输入端产生PWM波通过光电隔离器件TL250驱动开关管或者进入单片机的AD口中进行电压电流实时显示。
2.3.2 PWM波的产生TL494是一种固定频率脉宽调制电路。
它内部电路由基准电压产生电路、振荡电路、间歇期调整电路、两个误差放大器、脉宽调制比较器以及输出电路等组成。
输入的采样信号与基准信号进行比较，通过脉宽调制比较器，若采样信号大于基准信号时产生低电平，若采样信号小于基准信号则输出高电平。
2.3.3光电隔离器件的使用场效应管的驱动芯片采用TL250，并且实现了主电路与控制电路的隔离，两者的地线用磁珠进行隔离，场效应管的Vgs电压为15V，可达到很好的开关效果。
2.4效率的分析分析：为了达到高效率，主通路应选择导通电阻小、适合高频的器件，尤其是场效应管开关频率一定要高，电感不能饱和，而且品质系数要高。
通过比较，选用开关频率高，导通电阻小的IRF540。
选用电感前使用函数发生器提供高频信号，送入电感，选择发热小的电感。
3.软件设计程序流程图如下：主程序按键程序AD采样程序完整源程序参见附件14.测试方法与数据3.1测试方法3.1.1 恒压恒流源测试方法将电流表连入输入输出端，电压表并入输出输入端，并在输出端用示波器单通道跟踪，依次改变负载的值（负载采用滑动变阻器），使得输出电压在1-10V 之间变化，或者电流在0A-3A 之间变化，测出每次变化之后的输出电压，电流，输入电压，电流，开始LCD 初始预置电压预置开中断LCD 显示判断键值恒压 恒流切 换步进 步减实时电压电流显示清中断按键触发外部中断返回0.5s 时基中断AD 采样清中断返回计算效率，并对示波器所显示的输出纹波进行记录。
3.2测试仪器 电压表： 2个 电流表： 2个 示波器： 1个 3.3测试数据3.3.1恒压源1-10V 模式测试数据3.3.2恒流源0-3A 模式下的测试数据输入电压（V ）输入电流（A ）输出电压（V ）输出电流（A ）效率（%）4.测试结果分析 4.1恒压源（1）测试结果表明，，满足 的要求。
（2） ，满足 纹波的要求。
4.2恒流源（1）测试结果表明， ,满足了要求。
（2） 4.3改进方案与设计指标进行比较，分析产生偏差的原因，并输入电流（A ）输入电压（V ）输出电流（A ）输出电压（V ）效率（%）提出改进方法：预计效率为，实测效率为。
产生偏差的原因为电路的导线内阻，开关频率的变化等因素，其他设计均达了设计指标。
为了进一步提高效率，可以将采样电阻的阻值换为更小，更精密的电阻，并且放大倍数做相应更改。
附件一:附件二：。