多路输出程控恒流源设计

恒流源是能够向负载提供恒定电流的电源。现代电子技术的广泛应用，促进了对恒流源的需求。在LED照明应用中，LED对电流的敏感度高，因此，性能良好的恒流源可以极大地提高LED的使用寿命，本文主要介绍了一种多路输出程控恒流源系统的设计和实现。该恒流源每一路输出电流在O～3．5 A可选，可满足多种使用需求。

1 程控恒流源电路设计
该系统采用3路恒流源并联输出结构，每路电流输出大小可以独立控制，并由自己独立反馈控制回路，能自行稳定其输出电流。电流输出形式多样，可以3路同时工作，每路输出电流大小保持独立；在长时间工作时，也可以3路分时工作，以避免电路元件工作在长时间、大电流状态下疲劳性损坏。此外，多路电流并联输出结构，可以在单路烧毁的情况下使用余下通道，从而不至于影响整个系统。同时，采取每通道模拟部分单独成PCB板，可以适应通道扩展要求。
本文所提出的程控恒流源是以单片机为核心，通过与电压电流转换电路相结合的方法，实现电流可预置、可连续调节的功能，该系统主要包括两大部分：数控模块和直流电源模块。本设计的系统结构框图如图1所示。

1．1 直流电源模块的设计
该恒流源采用Buck电路，前端采用电源模块输入，电路简单，易于控制。Buck电路是应用很广泛的降压电路，主电路由不受控整流管、电感、开关管和滤波电容组成。其输入侧由开关管的通断实现对输入电压的斩波；输出侧由电感、电容组成二阶滤波网络，可以减小输出电压、电流纹波。

图2中，当开关管导通，整流管截止时，忽略开关管的导通压降，电感L两端的电位为VIN和输出电压VO，且近似保持不变，故电感电流线性增加，此时在电感中储存能量。若电容C两端的电压比输出电压略低，则电源还需为电容充电，在电容中储存一定的能量。此过程负载消耗的能量由电源提供。一旦开关管变为截止，整流管导通，电感L中的磁场将改变其两端的电压极性，以保持其电流方向不变。忽略整流管上的压降，电感L两端的电位变为零和VO且近似不变，电感L中的电流线性下降，其中储存的能量提供给负载。同时，当VO有所下降时，电容C也为负载RL提供部分能量。可见，这一过程负载RL消耗的能量由电感L和电容C提供。总之，Buck变换器就是用电感L和电容C作为储能组件，将能量以离散的形式由输入传到输出。其中，控制芯片提供反馈控制用以实现恒流输出。
Buck调整器可工作于连续和不连续模式下，但是Buck型输出滤波器的拓补会在不连续模式下出现问题，因此，对该滤波器的拓补，电感选择应保证直到输出最小规定电流时，电感电流也保持连续。直流电流等于电感电流斜坡峰峰值一半时对应临界连续，所以

其中，Vin是输入电压，Vout为输出电压，fs是开关频率，因为该电路对纹波要求高，选择了L较大，为10 mH。
滤波电容C的选择取决于纹波电压的大小，而纹波大小又由电容ESR和电感电流纹波△IL决定，所以要选取合适的COUT，以最小化电压纹波和负载瞬态值。通常情况下，电容的取值可由以下公式获得：

Ion是输出电流，Vor是纹波电压。