便携式电流源设计

宋 武

（黄冈职业技术学院 质量管理处，湖北 黄冈438002）

电流源的特点是无论负载如何变化，输出电流保持恒定。电流源作为常用的电子仪器在研发和检测部门都有着广泛的应用，特别在电路分析中离不开电流源。但随着电子技术的快速发展，电流源的效率高、稳定、体积小、使用方便、便于携带、精度高已是大家追求的目标，比如电流源在信号变换、电子测量、电路分析中的应用,其性能直接对各种结果产生影响，正确选用电流源电路结构及参数在电子测量和电路分析中十分重要［1］。

1 系统总体框架与硬件设计

设计的便携式电流源在充分考虑实用，经济，大小等方面的基础上，还要满足功耗低、稳定、性能优越的特点，选择合适的控制器、直流转换芯片和优化软件控制模式是整个设计过程的核心。

1.1 系统总体框架

设计的电流源由DC-DC转换模块、恒流电路、采样电路、报警电路、D/A模块等电路组成，如图1所示。其原理是将电池输入3.6V直流电压通过开关电源控制器LM2577转换输出24V电压，为恒流电路、D/A模块以及利用LM7805转换为相应电压提供给控制器和液晶显示器。通过按键调节实现不同恒定电流的输出。

图1 LED闪光灯电源系统方框图

1.2 控制器

采用TI公司的MSP430F149作为系统控制器。该处理器是一种16位超低功耗的混合信号处理器。具有处理能力强、运算速率快、超低功耗、片内资源丰富等特点，运算功能强，软件编程灵活，自由度大，可用各种软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且单片机功耗极低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。

1.3 DC-DC转换电路

采用集成芯片实现DC-DC升压电路。利用集成芯片实现直流升压，外围电路简单，便于调节，输出稳定，而且能根据需求进行调节，在综合考虑各种因素情况下选择了开关电源控制器LM2577，该芯片在DC-DC转换电路中，具有外接元器件少、输出开关电流可达到3A，可以接成简单升压、隔离和多输出电压的开关电源电路。输出直流电压可调，最高的输出电压可以达到36V，能满足电路中各模块的供电要求。LM2577在DC-DC转换电路如图2所示，该电路能将输入3V-5V升高到24V以上，由于输入电压不高，为了方便携带，输入端利用干电池作为输入即可。

图2 DC-DC转换电路图

图2中反馈取样电阻R1、R2的阻值可以确定直流输出端的电压值。例如当输出直流电压为+12V时，R1的阻值为17.5kΩ,R2为2kΩ。输出电压的确定公式如下：

1.4 恒流电路设计

该恒流电路核心器件是集成运算放大器LM324和场效应管IRF540，单片机通过D/A转换器TLC5615输出模拟信号接入LM324的同相输入端引脚3。通过对R4进行采样，实时显示场效应管IRF540在导通条件下流过的电流，在改变负载R3阻值时，流过负载的电流不改变。通过单片机控制器改变电压值，也可以在单片机控制电压值一定的情况调整电位器R4，从而达到输出不同恒流的目的。

图3 恒流源电路图

1.5 D/A转换电路

模数转换器（DAC）TLC5615具有基准电压两倍的输出电压范围，DAC是单调变化的，器件使用简单，TLC5615与单片机连接电路图如图4所示，模数转换器的输出送入恒流电路的输入端。

图4 D/A转换电路连接图

1.6采样电路

本系统采用MSP430单片机自带的12位AD模块，同相输入端5引脚接入恒流电路的采样点，进运算放大器LM324输出后接入单片机的输入端口。采样电路连接电路图如图5所示。

图5 采样电路连接图

1.7 显示电路

本设计中用液晶来显示电流检测与设置、电压检测、脉冲个数与周期设置、报警显示。通过按键实现不同功能菜单。具体电路如图6所示。图中液晶引脚上网络标号对应的口线与单片机上的口线对接即可。

图6 液晶与单片机连接图

2 软件设计

MSP430F149作为整个系统的核心控制器件，通过控制液晶显示器、按键、A/D转换器等模块，实现对负载的电流与电压检测，设置负载的导通电流的周期、峰值以及输出方式，完成对整个系统的控制，达到系统的设计要求。软件设计流程图如图7所示。

图7 软件设计流程图

3 结语

在设计过程中，不管是硬件调试还是软件测试，我们力求经济、实用，同时充分发挥软件编程方便灵活的特点，简化电路，来满足系统设计要求。设计好的电流源，整个大小为10cm×10cm×2cm，便于携带；通过改变负载，测量了多组数据，负载中流过的电流与电流源提供的电流的相对误差不到1%，而且性能稳定，操作方便灵活，在未来市场中拥有很好的发展前景和，应用空间。

［1］任秀荣，陈瑞友，任广军.基于LM2576稳压器的数字电流源设计［J］.硅谷，2014.

［2］赵继文.传感器与应用电路设计［M］.北京：科学出版社，2009.

［3］李智奇,白小平,程晓龙等.MSP430系列超低功耗单片机原理与系统设计［M］.西安:西安电子科技大学出版社,2008.

［4］秦龙.MSP430单片机常用模块与综合系统实例精讲［M］.北京：电子工业出版社，2007.

［5］黄智伟，王彦，陈文光等.全国大学生电子设计竞赛训练教程［M］.北京：电子工业出版社,2005.