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行业技术|可编程直流电源原理
作者：博一建材 2017-03-10 浏览:88
博一建材讯：可编程直流电源指通过外部控制来设定输出电压、输出电流的稳压、稳流或稳压／稳流的电源。（1）可编程直流电源的编程方式程控电源的编程方式一般有无源和有源两种。以图1示出的稳压电源为例，因为式中Ur——电流通路中放大器的基准电压。所以，改变反馈电阻Rf或输人电阻Ra，或者同时改变Rf和Ra都可改变输出值，此即所谓的无源编程法。若这种电源通过改变基准电压Ur或基准电流的方式改变输出值，就是有源编程法。图1用外部电阻对稳压电源实施有源编程的电路控制系数N是程控电源的一项主要技术指标。对用Rf制系数N是产生单位电压变化所要求的电阻变化，单位为Ω／v。因此，电源的输出电压为式中Rf——编程电阻。为了获得比较高的输出电压分辨率，控制系数常选用1kΩ／v或10kΩ／v。程控电源的另一项主要指标是编程速度。这是控制元件改变后，Uout（或Iout）达到要求的标称值所需要的时间。图2是用外部电压Ur对稳压电源实施有源编程的电路图。通常，根据稳压电源所要求的输出特性，可以控制电压叽为步进电压或斜坡电压等不同形式，产生额定输出电压的外部控制电压为±10V或±1V。因为Ur在电源的外面，所以，可在远地对电源进行编程。为了获得高分辨率的输出设定值，Ur也可用数字方式来控制。图2用外部电压Ur对稳压电源实施有源编程的电路图（2）数字式程控电源在自动测试系统中，常要求以很高的编程速度来设定高分辨率的输出值，数字式程控电源能满足该要求，图3是数字式稳压电源和稳流电源的原理电路图。D／A转换器把输入的数字式数据转换为基准端的模拟电压Ur，它的分辨率由输人的数据位数决定。例如，如果Ur的量程为0～10V，输入12位BCD码（3位十进制数），则数据的最低位增量为10mV。Ur分为1000步，每步10mV。如果输人12位二进制数据，则分辨率达0.0244％。因为图3（a）中的Uout和图3（b）中的Iout都正比于Ur，故按此方式，可以设定任意高的分辨率的输出值Uout和Iout。图3数字式稳压电源和稳流电源的原理电路①数字式程控电源的一般结构。图4所示为比较完整的数字式程控电源结构框图。其数字电路部分由数据输人缓冲器、光电隔离器、锁存器和D／A转换器组成。图4数字式程控电源结构框图数据输人缓冲器：电源用并行形式的数字式数据输入。通常，数据的电平与数字电路中经常使用的TTL硬件相兼容，即逻辑0为0～＋0.4V，逻辑1为＋2.4～5.5V。若输人的数据（如来自MOS、CMOS或其他硬仵的数据）不符合上述规定，则可通过数据输入缓冲器转换为与TTL兼容的标准形式，数据输人缓冲器的输出接光电隔离器。光电隔离器：光电耦合器由于具有转换速度快、可靠性高以及隔离性能好等特点，所以，数字式程控电源中常用它来作为输人和输出之间的隔离。图5是电源中实际使用的光电隔离纛器的连接图（传递延迟约为60ns）。每当输人数据为逻篚辑1态时，发光二极管LED就在外壳内发光。只要“允许”端为高电平（地址缓冲器输出为高），与非门的输出就响应输人状态的变化。一旦出现数据传送脉冲，这些数据就传送到锁存器内。这里所述的传送脉冲由选通脉冲经过合适的延迟产生，因此，能够同时锁存所有需要寄存的数据位，而不必考虑输人电路和数据线上的不同延迟。图5光电隔离器锁存器：程控电源中的锁存器常由若干片4D或8D触发器组成。触发器的D端接各位输入数据，时钟输人端接传送脉冲。当传送脉冲为高态时，输人数据就暂存在锁存器内。D／A转换器：如前所述，程控电源的输出分辨率直接由D／A转换器的性能决定，所以，D／A转换器是程控电源最重要的部分。为了迅速、准确地控制输出，D／A转换器的转换速度和准确度都必须足够高。此外，按要求，最好能具有正、负双极性输出能力。②KBC－Ⅱ型可编程电源工作原理。KBC－Ⅱ型可编程电源由数模转换器、基准电压源、电压比较器、运算放大器A1l～A3、输出电压可调的稳压器、CPU、显示器及键盘等几部分组成，输出电压的大小与输出顺序由键盘设定，并由计算机控制实现。图6是这种电源的原理电路图。图6KKBC－Ⅱ型可编程电源的原理电路图中，带有恒温槽的精密基准源LM399提供一个稳定的基准电压。这个电压经运放A1反相放大后作为DAC的参考电压Uref，其极性为负。DAC的模拟输出送A2放大，其反馈电阻为DAC内部的电阻RFB。A2的输出接LM723的第5端子，为它提供参考电压。LM723是电压可调线性稳压集成器。它的差分输人端是4（反相）、5（同相），输出端是10。为增大输出电流，在输出端外接了一个达林顿管。整个电源的输出电压Uout经精密电阻分压，反馈到反向输人端4。A2的同相输人端接一个可调的高稳定电位器R2，用于“零点调整”。当DAC所接受的数据为全零时，调R2以改变A2的同相端电位，进而改变LM723中差分放大器的同相端电位，使输出Uout调整到0。R1用于“斜率调整”。在输出满幅度附近取一点，并让DAC接受这点数值，再通过调Uref来调整其模拟输出，进而改变LM723同相端5的电位，最终使输出Uout调整到与DAC接受的数据相符合的值上。斜率调整完毕之后，让DAC接受一个满度值，这时A2的输出最大，调整凡使比较器A4的输出处在由低电平翻转为高电平的门限上，并锁死R3，在电源面板上只保留R1。开机校准时，可输出一个满度值，调凡使输出Uout逐渐增加。实际上就是使实际输出曲线的斜率逐渐加大，当它大过理想曲线斜率时，比较器的输出发生翻转。计算机检测到这个翻转后显示“Error”来提示。然后，向反方向调整R3到“Error”刚刚消失，此时即可认为校准成功。以后，电源即可按DAC接收到的数据输出准确的电压。
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