專(zhuān)利名稱(chēng)：直流偏置恒流電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于恒流控制的裝置，屬于數(shù)字控制，顯示，直流恒流電源技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在需要對(duì)磁性電感器進(jìn)行交直流疊加測(cè)試以及為磁性材料的特性分析提供 方便的時(shí)候， 一般的LCR電橋還需要另外一個(gè)直流偏置電源提供一定大小的直流 電。并且，此直流電源的接入， 一方面要防止其對(duì)LCR電橋的損害，另一方面要 盡量減小其對(duì)LCR電橋測(cè)量精度的影響。根據(jù)我們的調(diào)查，目前市面的一些直流偏置電源的價(jià)格比較昂貴，它們一般 都設(shè)計(jì)成受控于某些特定的LCR電橋。并且所適用的頻率范圍一般都比較窄。一般情況下，我們只需要一些簡(jiǎn)單的參數(shù)例如，在通過(guò)一定電流的情況下， 磁性電感器的電感量的變化情況，以及在通過(guò)多大電流后電感器會(huì)飽和等等。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)易的數(shù)字控制顯示的恒流源，控制 過(guò)程增加了跟隨控制模塊，增加了恒流控制的穩(wěn)定性。技術(shù)方案本發(fā)明的直流偏置恒流電源包括功率電源、直流電源、微控制 器電路部分、恒流源控制、跟隨恒流源控制、按鍵與顯示；其中功率電源的功率 電壓輸出端接跟隨恒流源控制的功率電壓輸入端，直流電源的輸出分別接微控制 器電路部分、恒流源控制、跟隨恒流源控制、按鍵與顯示，微控制器電路部分的 基準(zhǔn)電壓輸出端接恒流源控制的基準(zhǔn)電壓輸入端，微控制器電路部分的第一控制 輸出端接按鍵與顯示的第一控制輸入端，恒流源控制的采集輸出端接微控制器部 分的輸入端，跟隨恒流源控制的上調(diào)節(jié)端與恒流源控制的下調(diào)節(jié)端相連，跟隨恒 流源控制的第一電流輸出端與恒流源控制的第二電流輸出端分別接負(fù)載。功率電源采用功率為"240W"工頻變壓器、4個(gè)參數(shù)為"60V,60A"的整流 二極管D1 D4和一個(gè)參數(shù)為"16V10000uF"的電容組成；微控制器電路部分采 用型號(hào)為"PIC16F913"的微控制電路、和型號(hào)為"TLC5615"的DAC以及型號(hào)為 "ULN2003"的LED驅(qū)動(dòng)電路；恒流源控制采用型號(hào)為"AD817"的運(yùn)算放大器和 型號(hào)為"IRFP260"的場(chǎng)效應(yīng)管；跟隨恒流源控制同樣采用型號(hào)為"AD817"的運(yùn) 算放大器和型號(hào)為"IRFP260"的場(chǎng)效應(yīng)管，與跟隨恒流源控制鏡象對(duì)稱(chēng)。恒流源控制的基準(zhǔn)電壓輸入端經(jīng)過(guò)第一分壓電阻和第二分壓電阻，分壓后接 運(yùn)算放大器"AD817"的同相輸入端，運(yùn)算放大器"AD817"的輸出端接阻容匹配 網(wǎng)絡(luò)的由第一電阻的輸出端、第一電容的輸出端、第二電阻的輸出端、第二電容 的輸出端連成的一端，再接場(chǎng)效應(yīng)管"IFRP260"的基極，場(chǎng)效應(yīng)管"IFRP260" 的源極接"無(wú)感電阻"后接地；同時(shí)"無(wú)感電阻"接阻容匹配網(wǎng)絡(luò)的由電阻三的 輸出端、電阻四的輸出端連成的一端，經(jīng)過(guò)電阻四后，接"AD817"的反向輸入 端；另外，場(chǎng)效應(yīng)管"IFRP260"的源極還接另一個(gè)運(yùn)算放大器"AD817"的同向 輸入端第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第十電阻和第十一電容、第 十二電容組成。跟隨恒流源控制是恒流源控制的對(duì)稱(chēng)鏡像。跟隨恒流源控制中的場(chǎng)效應(yīng)管 "IRFP260"的第二源極接第五電阻后接上調(diào)節(jié)端，之后接恒流源控制的下調(diào)節(jié) 端，經(jīng)第十四電阻后接場(chǎng)效應(yīng)管"IRFP260 "的漏極。有益效果本設(shè)計(jì)采用跟隨恒流控制的方法，配合恒流控制部分實(shí)現(xiàn)了提供 穩(wěn)定的直流電的恒流源。通過(guò)人機(jī)交互設(shè)定指定的電流值，可以給需要交直流疊 加測(cè)試的情況下提供恒定的直流電。本設(shè)計(jì)有別于傳統(tǒng)的恒流源的電路設(shè)計(jì)，增加了用于協(xié)調(diào)恒流控制的跟隨恒 流電路部分。使的恒流的控制調(diào)節(jié)更平穩(wěn)，并且使得兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管之間一直保持 電源電壓的中點(diǎn)，更加有利于恒流的控制。其次，采用微控制器控制，豐富了電路的功能，便于提供人機(jī)交互。另外，將電源、微控制器控制部分、采集部分、恒流控制部分集合在一起， 高度集成，降低了設(shè)計(jì)成本。這個(gè)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用。


圖1是本發(fā)明的電路原理框圖，圖2是本發(fā)明中恒流控制部分的總的原理框圖，圖3為功率電源的電路原理圖，圖4是直流電源的電路原理圖，圖5是微控制器電路部分的電路原理圖，圖6是恒流控制部分的電路原理圖，圖7是跟隨恒流控制部分的電路原理圖，圖8是人機(jī)交互部分包括按鍵與LED,其中有功率電源l、直流電源2、微控制器電路部分3、恒流源控制4、跟 隨恒流源控制5、按鍵與顯示6。
具體實(shí)施方式
根據(jù)恒流源的基本原理，當(dāng)在一個(gè)電阻的兩端施加一個(gè)固定大小的電壓，就 能得到一個(gè)恒定的電流。當(dāng)然，如果想得到較大電流，對(duì)這個(gè)電阻的要求一般比 較高。要求電阻能承受大的額定功率。依照這一原理我們?cè)O(shè)計(jì)恒流源的電路原理框圖如圖1所示 電路的設(shè)計(jì)使用220V交流電，內(nèi)部分為兩個(gè)電源 一是給恒流源的輸出提供能量的功率電源；另一個(gè)是給電路中其他模塊供電的模塊電源。使用者可以通 過(guò)調(diào)節(jié)人機(jī)界面上的按鍵，控制微控器通過(guò)D/A給恒流源控制部分提供給定的模 擬基準(zhǔn)電壓，恒流源控制部分通過(guò)反饋控制以及上端跟隨恒流源的調(diào)節(jié)使得輸出 一個(gè)穩(wěn)定的直流電流。另外，微控器采集恒流源的數(shù)據(jù)用于人機(jī)界面的顯示。功率電源l:由大功率工頻變壓器以及整流濾波電路組成的大功率電源，為恒流源提供電源；設(shè)定功率為240W,整流濾波電路采用4個(gè)60A， 60V的場(chǎng)效應(yīng)管 和16V, 10000uF的電容組成。直流電源2:該直流穩(wěn)壓電源由正負(fù)12V輸出，IOW的工頻變壓器，整流橋 kbplO和濾波電路組成，輸出有兩路，分別為+12V和-12V。其中+ 12V經(jīng)過(guò)7805 后產(chǎn)生+5V的輸出。微控制器電路部分3:微控制器選用Microchip公司的PIC16F913,采用內(nèi)部 振蕩器以及內(nèi)部A/D模塊，工作電源由輔助電源的+12V輸出經(jīng)過(guò)7805后產(chǎn)生的 +5V電壓提供。另外還包括一個(gè)TEXAS儀器公司推出的10位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器 (DAC)TLC5615，以及一個(gè)由TL43組成的2. 5V的基準(zhǔn)源。這部分主要負(fù)責(zé)人機(jī)交互的按鍵與顯示、提供恒流源控制部分的模擬電壓，采集恒流源控制部分的電壓 信號(hào)。恒流控制部分4:運(yùn)算放大器采用AD公司的高性能運(yùn)算放大器AD817，場(chǎng)效 應(yīng)管采用IRFP260。檢流負(fù)載采用0. 1歐姆/5W的無(wú)感電阻。由于反饋電路的存 在，并且運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)具有很強(qiáng)容性負(fù)載的場(chǎng)效應(yīng)管，加之，工作電流要在 0-10A的寬范圍內(nèi)變化，因此電路很容易產(chǎn)生自激的現(xiàn)象。因此要特別注意電容 電阻的選擇、連接位置以及PCB板的布線。另外，采集放大部分將檢流電阻兩端的電壓值采集放大后送入微控器作模數(shù) 轉(zhuǎn)辨，用于LED的顯示。由于檢流電阻兩端的電壓在比較小的范圍內(nèi)變化，為了 滿(mǎn)足微控器內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)，以及精度的要求，將此電壓進(jìn)行放大，放大到 A/D的測(cè)量范圍內(nèi)。提高采樣精度跟隨恒流源控制5:這部分可以看成恒流源控制部分的一個(gè)鏡像，和恒流源 控制部分對(duì)稱(chēng)，也是由AD817和場(chǎng)效應(yīng)管IRFP260組成。按鍵與顯示6:主要是提供人機(jī)交互。該直流偏置電源包括功率電源1、直流電源2、微控制器電路部分3、恒流 源控制4、跟隨恒流源控制5、按鍵與顯示6;其中功率電源1的功率電壓輸出 端1-1接跟隨恒流源控制5的功率電壓輸入端5-1，直流電源2的輸出分別接微 控制器電路部分3、恒流源控制4、跟隨恒流源控制5、按鍵與顯示6，微控制器 電路部分3的基準(zhǔn)電壓輸出端3-3接恒流源控制4的基準(zhǔn)電壓輸入端4-2，微控 制器電路部分3的第一控制輸出端3-4接按鍵與顯示6的第一控制輸入端6-1， 恒流源控制4的采集輸出端4-3接微控制器部分3的輸入端3-1，跟隨恒流源控 制5的上調(diào)節(jié)端5-3與恒流源控制4的下調(diào)節(jié)端4-4相連，跟隨恒流源控制5 的第一電流輸出端5-4與恒流源控制4的第二電流輸出端4-5分別接負(fù)載。功率電源1采用功率為"240W"工頻變壓器、4個(gè)參數(shù)為"60V,60A"的整 流二極管D1 D4和一個(gè)參數(shù)為"16V10000uF"的電容Cl組成；微控制器電路 部分3采用型號(hào)為"PIC16F913"的微控制電路、和型號(hào)為"TLC5615"的MC 以及型號(hào)為"UL腦03"的LED驅(qū)動(dòng)電路；恒流源控制4采用型號(hào)為"AD817"的 運(yùn)算放大器和型號(hào)為"IRFP260"的場(chǎng)效應(yīng)管跟隨恒流源控制5同樣采用型號(hào) 為"AD817"的運(yùn)算放大器和型號(hào)為"IRFP260"的場(chǎng)效應(yīng)管，與跟隨恒流源控制 鏡象對(duì)稱(chēng)。恒流源控制4的基準(zhǔn)電壓輸入端4-2經(jīng)過(guò)第一分壓電阻4-1-1和第二分壓電 阻4-1-2，分壓后接運(yùn)算放大器"AD817"的同相輸入端4-1-3，運(yùn)算放大器 "AD817"的輸出端4-1-4接阻容匹配網(wǎng)絡(luò)的由第一電阻的輸出端4-2-1、第一 電容的輸出端4-2-2、第二電阻的輸出端4-2-3、第二電容的輸出端4-2-4連成 的一端，再接場(chǎng)效應(yīng)管"IF謹(jǐn)0"的基極4-1-5，場(chǎng)效應(yīng)管"IFRP260"的源極 4-1-6接"無(wú)感電阻"4-13后接地；同時(shí)"無(wú)感電阻"4-13接阻容匹配網(wǎng)絡(luò)的 由電阻三的輸出端4-2-5、電阻四的輸出端4-2-6連成的一端，經(jīng)過(guò)電阻四后， 接"AD817"的反向輸入端4-1-8;另外，場(chǎng)效應(yīng)管"IFRP260"的源極4-1-6還 接另一個(gè)運(yùn)算放大器"AD817"的同向輸入端4-1-10。恒流源控制4的阻容網(wǎng)絡(luò) 由第六電阻4-6、第七電阻4-7、第八電阻4-8、第九電阻4-9、第十電阻4-10 和第十一電容4-11、第十二電容4-12組成。跟隨恒流源控制5是恒流源控制4 的對(duì)稱(chēng)鏡像。跟隨恒流源控制5中的場(chǎng)效應(yīng)管"IRFP260"的第二源極5-1-1接 第五電阻5-5后接上調(diào)節(jié)端5-3,之后接恒流源控制4的下調(diào)節(jié)端4-4，經(jīng)第十 四電阻4-14后接場(chǎng)效應(yīng)管"IRFP260 "的漏極4-1-9。整個(gè)硬件電路的工作原理是通過(guò)調(diào)節(jié)按鍵讓單片機(jī)發(fā)指令控制D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一定大小的模擬電壓(0-IV)經(jīng)過(guò)反饋控制，設(shè)定檢流電阻兩端的電壓值在這 個(gè)范圍內(nèi)。放大器放大器的反饋控制、場(chǎng)效應(yīng)管的調(diào)節(jié)、以及上端跟隨調(diào)節(jié)器的 調(diào)節(jié)三者協(xié)調(diào)配合使得輸出電流得以穩(wěn)定。同時(shí)，將檢流電阻端的電壓采集放大 后送入微控制器的A/D模塊，通過(guò)微控制器的運(yùn)算，將采集到的值變換成實(shí)際的 電流值送到LED上去顯示。
權(quán)利要求
1.一種直流偏置恒流電源，其特征在于該直流偏置電源包括功率電源(1)、直流電源(2)、微控制器電路部分(3)、恒流源控制(4)、跟隨恒流源控制(5)、按鍵與顯示(6)；其中功率電源(1)的功率電壓輸出端(1-1)接跟隨恒流源控制(5)的功率電壓輸入端(5-1)，直流電源(2)的輸出分別接微控制器電路部分(3)、恒流源控制(4)、跟隨恒流源控制(5)、按鍵與顯示(6)，微控制器電路部分(3)的基準(zhǔn)電壓輸出端(3-3)接恒流源控制(4)的基準(zhǔn)電壓輸入端(4-2)，微控制器電路部分(3)的第一控制輸出端(3-4)接按鍵與顯示(6)的第一控制輸入端(6-1)，恒流源控制(4)的采集輸出端(4-3)接微控制器部分(3)的輸入端(3-1)，跟隨恒流源控制(5)的上調(diào)節(jié)端(5-3)與恒流源控制(4)的下調(diào)節(jié)端(4-4)相連，跟隨恒流源控制(5)的第一電流輸出端(5-4)與恒流源控制(4)的第二電流輸出端(4-5)分別接負(fù)載。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流偏置恒流電源，其特征在于功率電源(1)采 用功率為"240W"工頻變壓器、4個(gè)參數(shù)為"60V，60A"的整流二極管D1 D4和 一個(gè)參數(shù)為"16V10000uF"的電容(Cl)組成；微控制器電路部分(3)采用型 號(hào)為"PIC16F913"的微控制電路、和型號(hào)為"TLC5615"的MC以及型號(hào)為"U畫(huà)03"的LED驅(qū)動(dòng)電路；恒流源控制(4)采用型號(hào)為"AD817"的運(yùn)算放 大器和型號(hào)為"IRFP260"的場(chǎng)效應(yīng)管；跟隨恒流源控制(5)同樣采用型號(hào)為"AD817"的運(yùn)算放大器和型號(hào)為"IRFP260"的場(chǎng)效應(yīng)管，與跟隨恒流源控制鏡 象對(duì)稱(chēng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流偏置恒流電源，其特征在于恒流源控制(4) 的基準(zhǔn)電壓輸入端(4-2)經(jīng)過(guò)第一分壓電阻(4-1-1)和第二分壓電阻(4-1-2)， 分壓后接運(yùn)算放大器"AD817"的同相輸入端(4-卜3)，運(yùn)算放大器"AD817"的 輸出端(4-1-4)接阻容匹配網(wǎng)絡(luò)的由第一電阻的輸出端(4-2-1)、第一電容的 輸出端(4-2-2)、第二電阻的輸出端(4-2-3)、第二電容的輸出端(4-2-4)連 成的一端，再接場(chǎng)效應(yīng)管"證260"的基極(4-1-5)，場(chǎng)效應(yīng)管"證260"的 源極(4-1-6)接"無(wú)感電阻"(4-13)后接地；同時(shí)"無(wú)感電阻"(4-13)接阻 容匹配網(wǎng)絡(luò)的由第三電阻的輸出端(4-2-5)、電阻四的輸出端(4-2-6)連成的一端，經(jīng)過(guò)電阻四后，接"AD817"的反向輸入端(4-1-8);另夕卜，場(chǎng)效應(yīng)管"IFRP260" 的源極(4-1-6)還接另一個(gè)運(yùn)算放大器"AD817"的同向輸入端(4-1-10)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流偏置恒流電源，其特征在于恒流源控制(4) 的阻容網(wǎng)絡(luò)由第六電阻(4-6)、第七電阻(4-7)、第八電阻(4-8)、第九電阻(4-9)、 第十電阻(4-10)和第十一電容(4-11)、第十二電容(4-12)組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流偏置恒流電源，其特征在于跟隨恒流源控制 (5)是恒流源控制(4)的對(duì)稱(chēng)鏡像。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流偏置恒流電源，其特征在于跟隨恒流源控制 (5)中的場(chǎng)效應(yīng)管"IRFP260"的第二源極(5-1-1)接第五電阻(5-5)后接上調(diào)節(jié)端(5-3)，之后接恒流源控制(4)的下調(diào)節(jié)端(4-4)，經(jīng)第十四電阻(4-14) 后接場(chǎng)效應(yīng)管"IRFP260 "的漏極(4-1-9)。
全文摘要
直流偏置恒流電源采用跟隨恒流控制的方法，配合恒流控制部分實(shí)現(xiàn)了提供穩(wěn)定的直流電的恒流源。通過(guò)人機(jī)交互設(shè)定指定的電流值，可以給需要交直流疊加測(cè)試的情況下提供恒定的直流電。該直流偏置電源包括功率電源(1)、直流電源(2)、微控制器電路部分(3)、恒流源控制(4)、跟隨恒流源控制(5)、按鍵與顯示(6)；其中功率電源(1)的功率電壓輸出端(1-1)接跟隨恒流源控制(5)的功率電壓輸入端(5-1)，直流電源(2)的輸出分別接微控制器電路部分(3)、恒流源控制(4)、跟隨恒流源控制(5)、按鍵與顯示(6)，微控制器電路部分(3)的基準(zhǔn)電壓輸出端(3-3)接恒流源控制(4)的基準(zhǔn)電壓輸入端(4-2)。
文檔編號(hào)G05F1/10GK101221454SQ200710191028
公開(kāi)日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2007年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月4日
發(fā)明者張旭蘋(píng), 杜洪偉, 順 王 申請(qǐng)人:南京大學(xué)