图2 系统总体框图

① 开关电源预调整部分
如图2所示，由于输出电压不能超过10V，为了提高效率，减少纹波，先通过降压变压器及整流桥将220V的交流电整成约18V的直流电，通过开关管Q1、Q2，续流二级管D5，储能电感L1、L2和滤波电容C1、C2，构成预稳压开关电源。单片机通过自带的两路A/D对串联调整部分中达林顿管集电级和发射级的电压进行采样（AD0，AD1），通过它们的差值来调整PWM1的占空比，稳定开关电源的输出，从而构成智能恒压差控制系统。这样，既可保证串联调整电路所需的电压差，又降低了串联调整电路输出的损耗，提高了恒流模块的整体效率。在整个模块输入电压发生较大变化时也能进行高精度稳流，由于开关频率远高于工频，纹波也会因此大大降低。

对于Q1、Q2，已知β=30，最大电流为2A，Ui=18V，有：
I=2/β=0.067A             (1)
R1=(Ui－0.7－0.3)/IR1=254Ω (2)
取R1为270Ω，938管脚输出的最大电压为3V，通过R2的电流为：
IR2=IR1/β=0.067/30=0.0022A (3)
R2=（3－0.7）/IR2=1K      (4)
由于本设计对纹波的要求比较高，所以稳流电感L1、L2和滤波电容C1、C2的选取值至关重要。设电感L1的输入电压Vi，电感L2的输出电压Vo，则占空比为：
D=Vo/Vi=0.722             (5)
设工作频率fS=10kHz,则TS=0.0001S,负载R取5Ω，纹波电压为输入电压的0.5%，即ΔVo/Vo=0.5%，则：
L1=L2=(1-D)RTS/2=69.5μH   (6)
C1=C2=VoDTS2/8LΔVo=2500μF  (7)

② 串联调整部分
这部分将单片机输出的PWM方波通过多级RC滤波，形成平稳的基准电压，作为模拟内环的给定值，电流输出范围20～2000mA,步长最小1mA，共有1880个数值。938的捕获/比较单元内部是16位的定时器，输出至PWM2的占空比有65536种状态，满足要求。

由于938单片机的A/D采样电压不能超过3V，而调整管的发射级输出电压最大为10V，集电级电压稳至13V，均超采样的最大值，所以要进行分压。R3、R4、R5、R6为分压电阻，R4、R6可调，取R3=3.3KΩ，R4=1kΩ，R3=2.2kΩ，R3=1KΩ，可满足要求。

R8为采样电阻（采用电流表中的标准分流电阻，稳定性好，精度高），其值取为0.1Ω，它将输出电流以电压的方式输入到放大器A2的同相端。其中，R12为保护电阻，其上的电流可以忽略不计。放大器的输出经ADS1110高精度A/D转换器反馈到单片机，与给定进行比较，构成外部数字闭环控制。设A2的输入电压为U1，输出电压为U2，根据电流相等有：
(U2－U1)/R13=U1/(R14+R15)  (8)
可得放大倍数为：
U2/U1=R13/(R14+R15)+1   (9)
U1最大为0.1Ω×2A=0.2V，U2最大为3V，所以放大器A2的放大倍数设置为15较为合理。据此可取R13为10kΩ，R14为0.5kΩ，可变电阻R15取为1kΩ，其放大倍数范围为6.7〜20，满足要求。

内环模拟调节由调整管Q3、Q4、差动放大器A1（输入阻抗高，具有较高的共模抑制比）及辅助元件构成，采样电压通过放大器A2输入到差动放大器的反向端，PWM2输出电压滤波后到差动放大器的同向端，当输出电流低于设定值时，差动放大器输出为正，调整管导通，输出电流增大，直到与设定值相等。