多路輸出程控恒流源設計

恒流源是能夠向負載提供恒定電流的電源。現代電子技術的廣泛應用，促進了對恒流源的需求。在LED照明應用中，LED對電流的敏感度高，因此，性能良好的恒流源可以極大地提高LED的使用壽命，本文主要介紹了一種多路輸出程控恒流源系統的設計和實現。該恒流源每一路輸出電流在O～3．5 A可選，可滿足多種使用需求。

1 程控恒流源電路設計
該系統采用3路恒流源并聯輸出結構，每路電流輸出大小可以獨立控制，并由自己獨立反饋控制回路，能自行穩定其輸出電流。電流輸出形式多樣，可以3路同時工作，每路輸出電流大小保持獨立；在長時間工作時，也可以3路分時工作，以避免電路元件工作在長時間、大電流狀態下疲勞性損壞。此外，多路電流并聯輸出結構，可以在單路燒毀的情況下使用余下通道，從而不至于影響整個系統。同時，采取每通道模擬部分單獨成PCB板，可以適應通道擴展要求。
本文所提出的程控恒流源是以單片機為核心，通過與電壓電流轉換電路相結合的方法，實現電流可預置、可連續調節的功能，該系統主要包括兩大部分：數控模塊和直流電源模塊。本設計的系統結構框圖如圖1所示。

1．1 直流電源模塊的設計
該恒流源采用Buck電路，前端采用電源模塊輸入，電路簡單，易于控制。Buck電路是應用很廣泛的降壓電路，主電路由不受控整流管、電感、開關管和濾波電容組成。其輸入側由開關管的通斷實現對輸入電壓的斬波；輸出側由電感、電容組成二階濾波網絡，可以減小輸出電壓、電流紋波。

圖2中，當開關管導通，整流管截止時，忽略開關管的導通壓降，電感L兩端的電位為VIN和輸出電壓VO，且近似保持不變，故電感電流線性增加，此時在電感中儲存能量。若電容C兩端的電壓比輸出電壓略低，則電源還需為電容充電，在電容中儲存一定的能量。此過程負載消耗的能量由電源提供。一旦開關管變為截止，整流管導通，電感L中的磁場將改變其兩端的電壓極性，以保持其電流方向不變。忽略整流管上的壓降，電感L兩端的電位變為零和VO且近似不變，電感L中的電流線性下降，其中儲存的能量提供給負載。同時，當VO有所下降時，電容C也為負載RL提供部分能量。可見，這一過程負載RL消耗的能量由電感L和電容C提供。總之，Buck變換器就是用電感L和電容C作為儲能組件，將能量以離散的形式由輸入傳到輸出。其中，控制芯片提供反饋控制用以實現恒流輸出。
Buck調整器可工作于連續和不連續模式下，但是Buck型輸出濾波器的拓補會在不連續模式下出現問題，因此，對該濾波器的拓補，電感選擇應保證直到輸出最小規定電流時，電感電流也保持連續。直流電流等于電感電流斜坡峰峰值一半時對應臨界連續，所以

其中，Vin是輸入電壓，Vout為輸出電壓，fs是開關頻率，因為該電路對紋波要求高，選擇了L較大，為10 mH。
濾波電容C的選擇取決于紋波電壓的大小，而紋波大小又由電容ESR和電感電流紋波△IL決定，所以要選取合適的COUT，以最小化電壓紋波和負載瞬態值。通常情況下，電容的取值可由以下公式獲得：

Ion是輸出電流，Vor是紋波電壓。