数控电压源与数控电流源设计课件

韶关学院电子系韶关学院电子系数控电压源与数控电流源数控电压源与数控电流源一、数控电压源的原理一、数控电压源的原理1.概念概念：直流输出电压的数值可进行数字控制的电压源：直流输出电压的数值可进行数字控制的电压源参数：参数：步进间距：电压最小的分辨率步进间距：电压最小的分辨率电压范围：直流电压的输出大小范围电压范围：直流电压的输出大小范围输出电流：最大的输出的电流，衡量带负载能力输出电流：最大的输出的电流，衡量带负载能力稳波电压：稳波电压：误差误差一、数控电压源的原理1.概念：直流输出电压的数值可进行数字1韶关学院电子系韶关学院电子系数控电压源与数控电流源数控电压源与数控电流源一、数控电压源的原理一、数控电压源的原理2.实例：实例：设计并制作一个简易数控稳压电源设计并制作一个简易数控稳压电源 要求：要求：a.输出电压：输出电压：0V到到+10V/DC可调，步进为可调，步进为0.1V，误差的绝对，误差的绝对值小于值小于1%；b.最大输出电流：最大输出电流：1A；c.电压调整率小于电压调整率小于1%（输入电压变化范围（输入电压变化范围+3V+12V，满载），满载）；d.负载调整率小于负载调整率小于1%（输出电压为（输出电压为+9V，负载电流变化范，负载电流变化范围围0.1A1A）；）；e.纹波电压（峰纹波电压（峰-峰值）小于输出电压的峰值）小于输出电压的0.5%（满载时）；（满载时）；一、数控电压源的原理2.实例：设计并制作一个简易数控稳压电源2韶关学院电子系韶关学院电子系数控电压源与数控电流源数控电压源与数控电流源1DA转换器实现电压数控转换器实现电压数控思考题：思考题：1.假如假如Vout的电压范围为的电压范围为05V，如何通过电，如何通过电路转换，变为路转换，变为5V5V范围范围2.如何利用如何利用AD转换器实现电压幅度程控？转换器实现电压幅度程控？转换器位数转换器位数N对输出电压分辨率的影响？对输出电压分辨率的影响？1 DA转换器实现电压数控思考题：1.假如Vout的电压范围3韶关学院电子系韶关学院电子系数控电压源与数控电流源数控电压源与数控电流源1DA转换器实现电压数控转换器实现电压数控1 DA转换器实现电压数控4韶关学院电子系韶关学院电子系数控电压源与数控电流源数控电压源与数控电流源1DA转换器实现电压数控转换器实现电压数控1 DA转换器实现电压数控5韶关学院电子系韶关学院电子系数控电压源与数控电流源数控电压源与数控电流源利用利用DA转换器实现的数控电源电压输出，存在输出电转换器实现的数控电源电压输出，存在输出电流小、带负载能力差的缺点。流小、带负载能力差的缺点。1DA转换器实现电压数控转换器实现电压数控利用DA转换器实现的数控电源电压输出，存在输出电流小、带负载6韶关学院电子系韶关学院电子系数控电压源与数控电流源数控电压源与数控电流源R3作用？作用？反馈的类型？反馈的类型？调节电阻调节电阻R3可以运放的放大倍数。可以运放的放大倍数。AU(空空)-(R3+R2)/R1电压串联负反馈电压串联负反馈1DA转换器实现电压数控转换器实现电压数控R3作用？调节电阻R3可以运放的放大倍数。AU(空)-(R7韶关学院电子系韶关学院电子系数控电压源与数控电流源数控电压源与数控电流源2稳压芯片实现电压数控稳压芯片实现电压数控Iadj小于小于100uA改变改变RW可以改变输出的电压可以改变输出的电压2 稳压芯片实现电压数控Iadj小于100uA改变RW可以改8韶关学院电子系韶关学院电子系数控电压源与数控电流源数控电压源与数控电流源2稳压芯片实现电压数控稳压芯片实现电压数控2 稳压芯片实现电压数控9韶关学院电子系韶关学院电子系数控电压源与数控电流源数控电压源与数控电流源3PWM实现电压数控实现电压数控PWM0，VOUT=0VPWM=100%,VOUT最大输出最大输出R1、R2、C1、C2有什么作用？有什么作用？低通滤波低通滤波运放有什么作用？运放有什么作用？阻抗变换，起缓冲作用阻抗变换，起缓冲作用3 PWM实现电压数控PWM0，VOUT=0VR1、R2、10韶关学院电子系韶关学院电子系数控电压源与数控电流源数控电压源与数控电流源三种方法实现的数控电压源的优缺点分析：三种方法实现的数控电压源的优缺点分析：DA转换器转换器稳压芯片稳压芯片PWM用用DA转换器实现的数控电压的系统结果：转换器实现的数控电压的系统结果：微处理器微处理器DA转换器转换器射极跟随器射极跟随器AD转换器转换器键盘键盘显示显示三种方法实现的数控电压源的优缺点分析：用DA转换器实现的数控11韶关学院电子系韶关学院电子系数控电压源与数控电流源数控电压源与数控电流源数控电流源数控电流源数控电压数控电压V/I转换转换数控电流源数控电压V/I转换12韶关学院电子系韶关学院电子系数控电压源与数控电流源数控电压源与数控电流源设计任务设计任务1.基本要求基本要求1)输出电流范围：输出电流范围：2002000mA。2)可设置并显示输出电流给定值，要求输出电流与给定值偏差可设置并显示输出电流给定值，要求输出电流与给定值偏差的绝对值的绝对值给定值的给定值的1+10mA。3)具有具有”+”、”-”步进调整功能，步进步进调整功能，步进10mA。4)改变负载电阻，输出电压在改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时以内变化时,要求输出电流变要求输出电流变化的绝对值化的绝对值输出电流值的输出电流值的1+10mA。5)纹波电流纹波电流2mA。6)自制电源。自制电源。设计任务1.基本要求13韶关学院电子系韶关学院电子系数控电压源与数控电流源数控电压源与数控电流源方案一：开关调整型方案一：开关调整型恒流源，如图恒流源，如图3-14所示，所示，电源电源Ui(交流或直流交流或直流)通过通过开关开关S和滤波回路向负载和滤波回路向负载提供电流。这个电流也流提供电流。这个电流也流过标准电阻过标准电阻RS，而放大器，而放大器A将将RS上的电压降上的电压降IogRS和基准电压和基准电压US比较，并对比较，并对电子开关电子开关S进行控制以保进行控制以保持输出电流持输出电流Io的稳定。的稳定。方案一：开关调整型恒流源，如图3-14所示，电源Ui(交14韶关学院电子系韶关学院电子系数控电压源与数控电流源数控电压源与数控电流源方案二：连续调整型恒流源，方案二：连续调整型恒流源，其结构示意图如图其结构示意图如图3-15所示，所示，其中其中A是放大器，它的一个是放大器，它的一个输入端接基准电压输入端接基准电压US，另，另一个输入端加入反馈电压一个输入端加入反馈电压IogRS，由于放大器的作用，由于放大器的作用，最终使输出电流在标准电阻最终使输出电流在标准电阻RS上的压降和基准电压近上的压降和基准电压近似相等，因此得到，由此可似相等，因此得到，由此可见，连续调整型恒流源的输见，连续调整型恒流源的输出电流仅由基准电压和标准出电流仅由基准电压和标准电阻决定，而与电源电压和电阻决定，而与电源电压和负载变化无关。负载变化无关。方案二：连续调整型恒流源，其结构示意图如图3-15所示，其中15韶关学院电子系韶关学院电子系数控电压源与数控电流源数控电压源与数控电流源方案三：组合调整型恒流源，方案三：组合调整型恒流源，如图如图3-16所示。它将前两所示。它将前两种方案结合起来，综合了种方案结合起来，综合了两者的优点，即在开关调两者的优点，即在开关调整稳压电路后紧接连续调整稳压电路后紧接连续调整型恒流源电路。这样一整型恒流源电路。这样一来，开关电路输出的脉冲来，开关电路输出的脉冲纹波经后接的连续调整电纹波经后接的连续调整电路调整后，最终输出的电路调整后，最终输出的电流十分稳定，但系统也更流十分稳定，但系统也更加复杂。加复杂。方案三：组合调整型恒流源，如图3-16所示。它将前两种方案结16韶关学院电子系韶关学院电子系数控电压源与数控电流源数控电压源与数控电流源电流源方案电流源方案电流源方案17韶关学院电子系韶关学院电子系数控电压源与数控电流源数控电压源与数控电流源恒流源电路恒流源电路恒流源电路由比较放大器、调整管、负载和采样电阻恒流源电路由比较放大器、调整管、负载和采样电阻4部分组成部分组成RL为负载，为负载，RS为采样电阻，场效应晶体管为采样电阻，场效应晶体管IRFP为调整管，为调整管，LM358为比较放大器，采用一个稳压二极管稳定场效应晶体管为比较放大器，采用一个稳压二极管稳定场效应晶体管的的Ugs，起到保护调整管的作用。，起到保护调整管的作用。LM358用正负用正负12V供电，调供电，调整管整管IRFP用独立电源正用独立电源正18V供电，以满足其大功率的要求。输供电，以满足其大功率的要求。输出电压不大于出电压不大于10V，输出电流范围最大为，输出电流范围最大为2000mA，所以负载，所以负载RL在在05之间，采样电阻之间，采样电阻RS如前所述取如前所述取0.1。从采样电阻。从采样电阻RS的的上端引入深度负反馈到比较放大器的负级，采样电压也通过上端引入深度负反馈到比较放大器的负级，采样电压也通过ADC输入到单片机处理；比较放大器的正极与输入到单片机处理；比较放大器的正极与DA模拟输出相模拟输出相连，通过连，通过LM358的比较放大作用以及调整管的比较放大作用以及调整管IRFP的调节作用的调节作用使输出电流达到稳定。使输出电流达到稳定。恒流源电路恒流源电路由比较放大器、调整管、负载和采样电阻4部18