一种数控直流恒流源的设计

李彩云，胡洪波

(上饶职业技术学院，江西 上饶 334109)

0 引言

直流恒流源一般采用线性恒流式和开关恒流式两种，开关式恒流源的效率高，一般只适用固定输出或电流调节范围小的场所，输出纹波大，且稳流精度低;线性式恒流源的优点是:稳流精度高、输出纹波小，输出电流调节范围大，便于数字控制，电路简单，可靠性高，成本低等，但效率不高。采用一定的控制技术，能实现恒流源的电压调整管的压降达到较低值，从而提高恒流源的效率。

1 用三端输出可调集成稳压器构成恒流源

采用LM317 型三端输出可调集成稳压器构成的恒流源如图1所示。

图1 LM317 构成的恒流源基本电路

LM317的输出端(OUT)与调整端(ADJ)的基准电压为1.25V，其稳定度较高，优于0.07%，Iadj仅50μA，用LM317构成恒流源其最小输出电流可达1mA，因此能满足系统的最小输出值，D1、D2为保护二极管，采用1N4001 ～4003。

因此，

RW采用1/2W 多圈线绕电位器，调节RW能使IL达到设计要求值。

设R=R1+RW，恒流源输出电流与R的选择参见表1。

表1 电阻选择

在设计时，RW的取值为R1的1/10 左右，尽量减小电位器的功耗。

对于256mA、512mA和1024mA的三种恒流电波，为了提高LM317的可靠性，采用扩流技术或采用5A的LM317。

1mA的恒流可以选用输入电压＞40V，恒压为2.5V的电压基准构成，其方法同LM317 构成恒流源。

2 恒流源输出电流的合成控制方式

将1mA、2mA、4mA、8mA、16mA、32mA、64mA、128mA、256mA、512mA、1024mA、1024mA 共12个独立的恒流源通过单片机进行控制，实现1mA ～3071mA 范围内和任一电流预置，步进增减，步长为1mA。

对输出电流合成控制的传统方法是在恒流源加到负载上采用继电器控制，其缺点是控制速度慢，一般为20ms，可靠性低，继电器工作会产生输出干扰，另外当不提供输出电流的恒流源处于悬浮状态，容易损坏恒流源，特别是LM317容易损坏。本设计中采用光电耦合器进行输出电流的合成控制能克服上述继电器控制的缺陷。

光电耦合器的控制速度快，一般在μs级，能实现无触点控制，小于32mA的电流控制可以直接用光电耦合器4N35，大于32mA的电流控制采用光电耦合器和外接三极管(或场效应管)构成达林顿管进行控制，如图2所示。主电路由1mA ～1024mA 等十二个独立单元恒流源组成，a0 ～a11 受单片机控制。当一个单元恒流源的光电耦合器a 端加上5V 电压时，该单元恒流源的LM317的输入加上电源电压Ui，并给负载RL提供一个设定的电流，用程序控制，负载RL能得到1mA ～3071mA的任意值的恒定电流，其电流稳定度能达到0.1%，精度可达1%，采用单片机能实现输出电流数显，预置和步进等功能。

图2 1mA、2mA、512mA、1024mA的恒流单元电路

光电耦合器所外接的三极管，64mA、128mA、256mA 单元采用2N5551 或1A的场效应管，512mA、1024mA 单元采用3DD01 或3A的场效应管。

3 提高系统效率

LM317是各单元恒流源的核心，为了提高系统的电源转换效率，其主要就是提高LM317的电源转换效率，降低LM317的输入输出压降，采用低压差的LM317 系列产品，其最小输入输出压差可达0.7V，并能正常工作，普通的LM317一般要求输入输出压差大于3V 才能正常工作。

恒流源的特点是随负载电阻增大时输出电压增高，恒流源输入电压=恒流值×负载电阻+恒流源压降，例如输入电压为40V，当输出电流设置在3A 时，恒流源的压降最小为3V，则负载电阻最大为12Ω 左右，当在同样条件下，负载电阻为1Ω 时，则恒流源的压降为34V，此时的LM317 会因功耗过大而损坏。因此可将电源变压器设计成次级为多抽头变压器，通过检测恒流源的输入与输出的压差来控制变压器的抽头切换，可以实现恒流源的输入与输出的压差在3V ～6V 范围内。另外，也可以采用开关电源作输入，利用输入与输出压差的大小来控制开关电源的占空比，从而实现恒流源的输入与输出的压差为3V ～6V 范围内，降低其功耗，提高系统的效率。

4 小结

采用LM317 作恒流源，成本低，功耗小，方便调节，光电耦合器控制速度快，实现控制系统与恒流源隔离，克服了数字信号对恒流源的干扰，系统的恒流精度高，输出纹波小，易于集成化生产。

［1］《中国集成电路大全》编写委员会.中国集成电路大全［M］.北京:国防工业出版社，1989.

［2］陈永真.全国大学生电子设计竞赛［M］.北京:电子工业出版社，2009.