跟着电子技能的深入开展，各种智能仪器越来越多，触及范畴越来越广，而仪器对电源的要求也越来越高。如今，电源设备有朝着数字化方向开展的趋势。但是绝大多数数控电源规划是通过高位数的A/D和D/A芯片来完成的，这虽然能取得较高的精度，但也使得本钱大为添加。本文介绍一种依据AVR单片机PWM功用的低本钱高精度数控恒流源，能够准确完成0～2A恒流。
体系框图
图1为体系的整体框图。本体系通过小键盘和LCD完成人机沟通，小键盘担任接纳要完成的电流值，LCD12864担任显现。AVR单片机依据输入的电流值发生对应的PWM波，通过滤波和功放电路后对压控恒流元件进行操控，发生电流，电流再通过采样电阻抵达负载。一起，对采样电阻两头信号进行差分和扩大，送入ADC。单片机依据收集到的值调整PWM输出，然后调整了输出电流。如此重复，直到电流到达设定要求。
图1数控恒流源体系框图
模块介绍
1 人机接口模块
本模块包含小键盘电路和液晶显现电路。键盘规划为3×4键盘，由数字键0～9，功用键“删去”及“承认”组成，选用反转法完成键值辨认。显现电路由带中文字库的LCD 12864构成，该液晶能够每行8个汉字显现4行。
2中心操控模块
体系的中心操控模块为AVR单片机（ATMEGA 16L）。首要运用了AVR的PWM功用和A/D功用。
AVR单片机片内有一个具有16位PWM功用的守时/计数器。在一般形式下，计数器不停地累加，计到最大值（TOP=0xffff）后溢出，返回到最小值0x0000重新开始。当启用PWM功用即在单片机的快速PWM形式下，通过调整OCR1A的值可完成输出PWM波的占空比改变。发生PWM波形的机理是：PWM引脚电平在发生匹配时（匹配值为0～0xffff之间的值，如图2中的C），以及在计数器清零（从MAX变为BOTTOM）的那一个守时器时钟周期内发生跳变，具体完成进程如图2所示。
图2PWM波发生进程
图2中的C～F为OCR1A匹配值。从图中可见，波形在每个匹配值处以及计数清零时输出发生改变，然后完成了PWM波。因为OCR1A的值能够从0x0000到0xffff，共有65535个值，因而PWM波的最大分辨率为1/65535，满意体系分辨率规划要求。PWM波的频率为：
（1）
单片机内部有1个10位的逐次迫临型ADC，当运用片内VCC作为参阅电压Vref，其分辨率为：
（2）
若运用片内的2.56V基准源作为参阅电压，依据式（2）可得到其分辨率为0.003V。
当体系需求更高的分辨率时，能够通过软件补偿的办法来完成。具体完成办法可参阅相关材料。
3 滤波和功放模块
图3二阶RC低通滤波电路
PWM波发生后不能直接用于操控MOSFET，需把其变成能随占空比改变而改变的直流电压。在此，咱们选用二阶RC低通无源滤波器，并取得了很好的作用。
二阶RC低通无源滤波器的体系函数为：
（3）
其间，A为通带增益，Q为质量要素，ω0为截止频率。依据式（1）算出PWM波的频率，取截止频率为30kHz，由式（3）可确认对应的电阻、电容值。
因为无源滤波器的负载能力差，信号通过二阶无源滤波网络后衰减比较凶猛，需求添加一级功率扩大电路。功放电路比较简略，也有经典电路，限于篇幅不再赘述。
4 恒流源模块
恒流源选用的是压控恒流元件IRF540，它的VGS为20V，ID为33A。截止时，最大漏电流为1μA，导通电阻仅有0.04Ω，图4为IRF540的特性曲线。
图4IRF540特性曲线
由图4可知，当VGS为5V时，可输出电流就可到达30A左右，完全能完成小电压操控大电流的意图。具体使用电路如图5所示。
图5横流电路
IRF540的G极接PWM波转化后的直流电压，D极接能供给15V/5A电流的电源（可选用开关电源），S极用来接采样电阻和负载。采样电阻应选用温漂系数低、阻值为10mΩ、精度为1%的大功率锰铜丝电阻。当对采样电阻两头信号进行差分后，可得到采样电阻两头的电压值U，而在已知采样电阻阻值情况下，很简略得到流经采样电阻的电流，即I=U/R。因为负载与采样电阻在同一条支路，故流经负载的电流也为I。差分扩大电路的扩大倍数可依据采样电阻阻值以及ADC的参阅电压来挑选，图5中要求R1=R3，R2=R4，扩大倍数为R4/R3。需求留意的是该电路应该具有很高的输入阻抗，以削减对负载电路的影响。差分信号经ADC口送入单片机进行处理。
软件规划
由图6可知，整个体系是一个动态的闭环体系。因为PWM初始匹配值设置的巨细不同，电流值在开始时可能会跟设定值有较大差错。跟着闭环体系的自我调整，逐步使输出安稳在设定值上下。体系到达安稳状况的时刻以及安稳后电流值动摇的起伏，可依据规划要求由软件来调整。
图6程序流程图
试验成果
咱们对此数控恒流源进行了负载测验，测验成果如下：
从表1和表2的实测数据中能够看出，该恒流源在负载为100Ω以内，最大差错仅为2mA，在0～200mA段没有差错，满意了规划要求，到达了较高的精度。
假如需求进步200mA段以上的精度，可选用软件补偿的办法完成。即先丈量足够多的测验数据，然后选用曲线拟合办法对数据分段进行补偿，具体办法可参阅相关材料。
结语
本文介绍的依据PWM技能的数控恒流源电路结构简略，本钱低，体系安稳牢靠，精度高，现已使用于工业生产。假如规划要求更高的恒流值，能够替换更大功率的+15V/I电源，以及替换适宜的压控恒流元件.
