摘要：設計了一種以單片機C8051F020為控制核心的簡易數控恒流源系統，實現了電流從-2A到2A數字控制可調的直流恒流系統。系統電源部分采用大功率變壓器供電，采用多級電容、π網絡濾除紋波干擾；電源輸出部分采用三端穩壓芯片進行穩壓，并且利用大功率達林頓管進行擴流以滿足后級功率需求。恒流源部分采用多個精密運算放大器OP07構成閉環反饋控制形式，從而提高控制精度。受控部分采用達林頓管進行擴流和精確設定輸出電流。電流測量部分采用康錳銅電阻絲作為精密取樣電阻，而不受外界溫度變化的影響；系統的顯示部分采用128×64點陣式液晶顯示屏實時顯示設定電流值和實測電流值。數控恒流源具有控制界面直觀、簡潔的特點，具有良好的人機交互性能。
關鍵詞：恒流源；C8051F020；數字控制；穩壓；擴流

0 引言
所謂恒流源就是輸出電流非常穩定的電源，但是這個穩定是相對的，而非絕對一成不變的，只是它的變化率小到在實際應用中可以忽略。輸出電流發生變化的原因主要有以下幾個方面：1)恒流源本身條件所決定的。構成恒流源的元器件質量失效或者參數發生變化時，參數就有可能引起電流波動。2)恒流源系統受外界環境的影響而使電流輸出發生變化。3)電網供電電壓不穩定所致。4)供電負載發生變化。比如負載短路或者空載時，負載電流非常大或沒有。在本文中數控恒流源系統設計中主要針對以上第一和第二個因素設計了基于數字控制的恒流源系統，從而提高恒流源輸出電流的精度。

1 簡易數制電流源系統工作原理介紹
本論文設計了基于單片機的數控恒流源，此系統由恒流源主電路和單片機最小系統組成，外圍電路還包括自制電源供電電路、LCD顯示電路、R232接口電路以及4×4矩陣鍵盤設置電路，系統結構框圖如圖1所示。其中單片機控制系統采用單片機C8051F020，單片機內部自帶A／D和D／A轉換電路，單片機內部還設置了串口通訊功能。

1．1 恒流源電路設計
恒流源部分要求輸出最大電流達2000 mA，輸出最大電壓達到10 V，所以需要供電電壓穩定，紋波電流要求很小，因此對電源的要求較高，主要是對電源的功率和紋波電壓的要求高。如果采用全橋整流加電容濾波電路，該電源將通過變壓器的低壓交流電變為具有正負對稱輸出的直流電，實際輸出電壓為±20V左右。采用100nF和1．0μF電容濾除電源中的高頻交流成分，后級濾波電容選用了10000μF提高續流能力。這種電路多見于要求不高的直流電源中，其驅動能力和后級的濾波電容有關，該電源電路無法持續提供大電流輸出。如果選用采用三端穩壓集成電路，三端集成穩壓芯片的穩壓效果較好，但其難以達到2000mA以上的大電流輸出，為了滿足本恒流源需要，可以采用多塊集成穩壓芯片并聯的方式來擴流，理論上這種電路輸出的電流為各穩壓芯片輸出電流之和。要達到比較好的穩壓效果，要求并聯的各穩壓芯片參數盡量接近。但在實際應用中發現，由于器件的不一致性，當電流接近最大電流值時，穩壓效果急劇變差。因此，要取得好的穩壓效果，需要電路輸出最大電流值要大于所需電流值，這必會造成器件的浪費，且各穩壓芯片的參數必須盡量接近。最后選用三端穩壓芯片電路外接擴流管的形式。這種電路既充分利用了穩壓芯片的穩壓性能，又能借助擴流管輸出較大的電流，廣泛使用于一些高精度的線性穩壓電源中，其基本設計電路如圖2所示。圖2中采用三端穩壓芯片LM7815和LM7915驅動達林頓管TIP127和TIP122，該管最大集電極電流為8A。圖2所示的電路很大部分電流從擴流管流過，只有很少部分電流直接流過穩壓管，當電流為3A左右時，輸出電壓也幾乎不變，性能優越。