一種多路電流恆流源裝置的製作方法

2023-05-20 17:01:56 3

本實用新型涉及電子電路領域，特別是涉及一種多路電流恆流源裝置。

背景技術：

隨著科技發展，在科研和工程應用場合中需要多路的恆流驅動裝置，不僅要能提供穩定的恆定大電流，實現對低壓負載的多路電流恆流放電，而且需滿足分布式多通道控制要求。本實用新型提供了一種多路電流恆流源裝置，採用的全數位化控制方式，不僅實現了多路電流電路的恆流控制，而且對每路恆流源的開通與關斷，能根據需要進行智能管理，技術指標上電流控制範圍可達0～8A，控制精度可達1％以內。

技術實現要素：

本實用新型所採用的技術方案是：

多路電流恆流源裝置由功率放大電路、信號調理電路、基準電壓電路、D/A電路、微控制器、RS485通信接口和上位機組成。

(1)功率放大電路由OPA549晶片、RC並聯保護電路、採樣電阻RS和負載組成；由TI公司OPA549晶片作為功放晶片，採樣電阻RS串聯在負載迴路內，通過採樣電阻檢測負載電流的變化，並把電流的信號轉換成電壓的信號反饋到OPA549的反向端；選用大功率錳銅材料製成精密電阻作為採樣電阻RS，其溫度係數達到-5×10-6/℃，RS＝30mΩ；R3和C3並聯構成保護電路；OPA549的正向輸入端聯接到信號調理電路的輸出端；

(2)信號調理電路由運放OP07、電阻R1、R2及電容C1、C2組成反相跟隨電路，提高恆流源的輸入阻抗，達到抑制紋波電流的效果；運放OP07的反向輸入端聯接到D/A電路的輸出端；

(3)基準電壓電路由基準電壓晶片LM385-2.5組成，輸出接入D/A電路的晶片TLC5615的參考電壓Vref輸入端；

(4)D/A電路由TI公司的D/A轉換晶片TLC5615組成，經過轉換後的信號發送到運放OP07的反向輸入端；

(5)微控制器由Microchip公司的PIC16F877晶片組成，是恆流控制迴路的運算控制單元；TLC5615的SCLK、DIN兩個引腳分別與微控制器PIC16F877的PB2、PB1引腳相連接，TLC5615的CS引腳通過20腳插排分別與微控制器PIC16F877的PB3～PB7埠和PA0～PA2相連接；

(6)上位機通過RS485通信接口與微控制器PIC16F877相連。

工作過程是：微控制器PIC16F877控制D/A轉換晶片TLC5615，輸出給定電壓UI，經過由運放OP07所組成的同向運算放大電路輸入到OPA549的同向端，由採樣電阻RS的一端與OPA549的反向端相連構成了一個電流負反饋迴路，此時流過負載的電流與流過採樣電阻的電流始終是相等的，所以只要微控制器給定UI，那麼流過負載的電流就相應恆定。P微控制器IC16F877主要通過SPI總線控制D/A轉換晶片TLC5615，一個PIC16F877的微控制器可以控制4路OPA549恆流源電路。

本實用新型的有益技術效果是：恆流效果好、控制精度高，滿足分布式多通道控制實驗要求。

附圖說明

附圖1是多路電流恆流源裝置架構示意圖。

附圖2是恆流源的主迴路原理圖。

附圖3微控制器與D/A電路連接圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型裝置的具體實施方式做進一步說明。

恆流源的主迴路主要分為功率放大電路和信號調理電路2部分，結構如附圖2所示。首先是通過微控制器PIC16F877控制D/A轉換晶片TLC5615，輸出給定電壓UI，經過由運放OP07所組成的同向運算放大電路輸入到OPA549的同向端，此時OPA549的同向端的給定電壓為：U+＝(1+R2/R1)×UI。

由採樣電阻RS的一端與OPA549的反向端相聯構成了一個電流負反饋迴路，此時U-＝I×RS。因為：U+＝U-。所以：(1+R2/R1)×UI＝I×RS。

而流過負載的電流與流過採樣電阻的電流始終是相等的，所以只要微控制器給定UI，那麼流過負載的電流與流過採樣電阻的電流就為：I＝(1+R2/R1)×UI/RS。

微控制器PIC16F877主要通過SPI總線控制D/A轉換晶片TLC5615，一個PIC16F877的微控制器可以控制4路OPA549恆流源電路。

恆流源的主控迴路採用的TI公司的功率運放OPA549，OPA549是一種低功耗高電壓/高電流輸出的運算放大器，是驅動各種負載的理想器件；它的雷射平衡單集成電路提供高精度的高電壓和高電流的輸出。

D/A轉換晶片為TI公司的TLC5615，它具有以下特點：10位的CMOS電壓輸出，3線的連接口，高達1.21MHz的速率。其主要功能是把微控制器輸出的控制電流輸出數值信號傳輸到壓控恆流源電路中，控制電流源輸出。D/A的輸出值：

U0＝-Uref(d929+d828+…+d121+d020)

式中，d9，d8，…，d1，d0分別為TLC5615的輸入數字量，Uref為參考電壓。由此可見參考電壓值Uref的精度是影響電流精度的重要因素。D/A把經過轉換後的信號發送到信號跟隨和放大電路，經跟隨和放大後送入恆流源主迴路，輸出恆定電流。

基準電壓晶片採用LM385-2.5，並接入D/A晶片TLC5615的參考電壓Vref輸入端，TLC5615的SCLK、DIN兩個引腳分別與PIC16F877的PB2、PB1相連接，TLC5615的CS腳通過20腳插排分別與PIC16F877的PB3～PB7埠和PA0～PA2相連接，通過程序選擇各路恆流源的片選信號CS，實現多路控制。其電路連接如附圖3所示。

微控制器是Microchip公司的PIC16F877，它是恆流控制迴路的運算控制單元，它採用了8位的RISC指令系統、哈佛總線結構、兩級流水線取指等技術，具有8KB快快閃記憶體內存、512B的RAM、片內看門狗、內部E2PROM等豐富的片內資源，抗幹擾性能好，功耗低，速度高。

為抑制恆流源的紋波電流，把D/A轉換的信號輸入到由OP07、合適的電阻及電容組成的反相跟隨電路和調零電路，提高恆流源的輸入阻抗，達到抑制的效果。採樣電阻串聯在負載迴路內，通過採樣電阻檢測負載電流的變化，並把電流的信號轉換成電壓的信號反饋到OPA549的反向端。因此，採樣電阻的穩定性將直接影響到恆流源的性能，因為電流比較大，所以採樣電阻還應有足夠大的功率，否則也會影響恆流源的性能甚至燒壞。綜合以上各因素，在實際電路中選用了大功率錳銅材料製成的精密電阻，其溫度係數達到-5×10-6/℃。

以上所述的僅是本實用新型的優選實施方式，本實用新型不限於以上實施例。可以理解，本領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和構思的前提下直接導出或聯想到的其他改進和變化，均應認為包含在本實用新型的保護範圍之內。