程控电源

出处:mm7989680 发布于:2008-11-28 10:10:50

  程控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)程控电源的编程方式 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,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6 KKBC-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LM 723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,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,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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