一种数控直流电流源的设计

周建国 彭志雄

摘 要：数字控制电源是根据普通电源的缺陷改进的，数字化的电源可降低产品应用中的非确定因素和人为影响的环节，能很好的满足电源产品中的稳定性、转换效率和可靠性等技术性指标，大幅增强了产品效率和使用寿命。本设计以STC89C52RC单片机为控制核心，用数-模转换器DAC0832输出模拟参考电压，以该参考电压控制电压转换芯片LM350K的输出电压。设计可靠，精度高。

关键词：数控电流源；STC89C52；DAC0832；电压转换

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.108

0 引言

电源技术，特别是数控电源技术是一门工程性很强的技术科学，该技术应用于各种行业。电力电子技术是数控电源的最佳应用场合之一。现代电源技术融合了电气工程、电子信息、控制工程、材料科学等诸多学科。以半导体和通信技术为先导发展而来的现代信息技术革命，为电力电子技术的发展打下了坚实的基础，同时也对电源技术提出了更高的要求。数字化电源具有下列优点：

（1）更加容易用高效的控制算法和智能化的控制策略，使数字电源的具有更高的智能化，拥有更强悍的性能。

（2）系统使用灵活，升级便捷，稳定性更高，易于标准化；系统维护方便，一致性好，性价比高，设计生产方便。

（3）各系统间容易组合成高可靠性的多模并联运行逆变电源系统。易于在各子系统之间更好地进行控制和通信。

1 系统主体方案设计

（1）系统供电电源部分。系统供电采用线性电源的供电方案。交流电压经桥式电路整流滤波输出，直接进入稳流电路。这种方案的优点是，电路简单，容易实现，并且调试起来比较方便，只是功率损耗稍大，但是在这种小型非连续工作电源中这些功率损耗可以承受。

（2）稳流部分。稳流部分采用单闭环负反馈的方案，在稳流部分加入一个负反馈，在DAC0832输出电压值之后与LM350K输出电压相比较，使其产生误差信号，运用负反馈原理降低误差，使输出性能较理想。电路连接图如图1所示：

2 主要元器件选择

（1）HD7279A与8279。键盘输入控制和发光二极管显示控制这两种功能，仅依靠单块8279芯片就能实现。但8279也有它的缺陷，对于LED显示不具驱动能力，还要增加外部显示驱动，这不仅使电路的复杂性增加，而且占用了许多宝贵的I/O口。

本设计采用HD7279A芯片来代替8279，产生了良好的反馈。8279的大部分功能都能由这款芯片实现，且解决了8297的缺陷。HD7279A的主要功能有：能同时驱动64只独立的发光二极管，具有两种译码方式，能控制多达64个按键的矩阵键盘，由于采用串行接法，大大节约了单片机的I/O口，尤其适合在不使用总线控制的内嵌ROM，仅使用单片机上的I/O接口的情况。这样既能节约大量的布线区域，又使电路设计得以简化，使仪表的微型化得到进一步的发展。

（2）LM317与LM350K。LM317在输出电压范围为1.2～37V时可以提供1.5A的电流，本产品要求的最大电流为2A，所以必须用两个LM317并联，但是由于并联后两个LM317工作电流负载不均衡，使电路稳定性降低。

鉴于以上原因，本设计采用了单片LM350K。LM350K可以提供最大为5A电流，满足本设计要求，而且不存在两片芯片同时运行中所产生的不同步问题，故性能比较优良，并且电路的可靠性增强。主电路的原理是通过STC单片机控制D/A芯片的输出模拟电压幅值，然后经过放大器，为电压转换芯片提供最终输出的参考电压。实际的电压、电流还是由电压转换芯片LM350K输出，为了使输出电流达到2A，LM350K必须选用金属外壳封装，并且安装合适的散热片。

3 电路设计

（1）键盘与显示部分。本部分选用HD7279A，该芯片单片就可以完成LED显示，实现键盘接口的全部功能。通过键盘输入电流给定值（程序设定最小值20mA，最大值2000mA），运行程序后，液晶显示器前四位显示实际输出值（此功能通过ADC0809转换实现），后四位显示给定值。

（2）控制部分。该部分采用宏晶科技的STC89C52单片机作为控制核心，控制器的P0口和数-模转换芯片DAC0832的数据口连接，DAC0832的/CS端接P2^3，/WR1接P3^6，/WR2接地，让DAC工作在双缓冲方式下。通过调节滑动变阻器使LM350K的输出电压为5.12V，因此在DAC的8脚输出电压的分辨率为5.12V/256=2mV，也就是说D/A输入数据端每增加1，输出电压增加2mV。

运算放大器OP07CP的输入端接在DAC的电压输出端，设计放大器的放大倍数为10，输出到电压转换芯片LM350K的电压分辨率为2mV×10=20mV。所以，当单片机输出数据增加1的时候，最终输出电压增加10mV，当调节电压的时候，能够以每次10mV的梯度增加或者降低电压。

（3）电源部分。该部分输入电压为220V～240V，频率为50Hz，经过变压器降压至15V，经过电桥整流为直流。电压采样用两个0.5 Ω的采样电阻，LM350K用于电压的调节与输出。给定值经过DAC0832数模转换控制输出电流，后经电流-电压变换芯片控制电压输出，最终经过OP07CP的电压比较反馈给LM350K进行调整。

4 结语

该数控直流电流源经过实践检验证明，具有高精度，高可靠性，低成本等特点。只需要增加电流测量和显示电路就是一个设计优良的产品，这部分电路还请读者阅读相关参考文献。在本文中主要是对如何控制输出功率与电压大小举出典型示例，本电路可以拓展到测控技术以及电力拖动等领域使用。

参考文献：

[1]姚庆亮.基于单片机的数控电流源的设计[M].安徽：工程科技学院，2009：57-96.

[2]陈凯良，竺树声.恒流源及其应用电路[M].浙江：科学技术出版杜，1992：124-156.

[3]黄智伟.大学生电子系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006：46-63.

[4]李全利编著.《单片机原理及应用》[M].北京：高等教育出版社，2000：36-103.

作者简介：周建国（1995-），男，在读本科，研究方向：MCU应用系统设计。