数控直流电源制造技术

本发明专利技术公开了一种数控直流电源，该数控直流电源采用由D/A转换模块提供基准电压再通过功率运放模块输出，从输出采样反馈至功率运放模块的输入端进行闭环控制，输出电压可从几毫伏到几十伏，电流可从几微安到几安培，精度可达1‰，无需输出极性换向电路就能实现双向电压输出和双向电流输出。此外，本发明专利技术提供的数控直流电源还具有过压/过流保护功能和对输出电压和电流的测量显示功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子信息行业电源
，尤其涉及一种用数字信号输入来控制输出的数控直流电源。
技术介绍
电压电流源是很多仪器设备研制的关键设计之一，电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度，电源在使用时会造成很多不良后果。普通直流稳压电源品种很多，但均存在以下问题:①输出电压或电流通过粗调(波段开关)及细调(电位器)来调节。这样，当输出电压或电流需要精确输出，或需要在一个小范围内改变时(如1.01 1.02V或1.01 1.02mA)，困难就较大。另外，随着使用时间的增加，波段开关及电位器难免接触不良，对输出会有影响；②显示用机械电压，导致用户所需电压、电流难以准确掌控，在传统的设计方法中，若显示输出是对电压的量化值直接进行译码显示输出，其显示值为D/A变换的输入量，由于D/A变换与功率驱动电路弓丨入的误差，使得显示值与电源实际输出值之间可能出现较大的偏差。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。随着信息化时代的飞速发展，电源设备也逐渐向数字化方向发展，数控电源以其智能化程度高、控制能活、精度高、操作简单方便、人机界面友好等优点在电子装置中越来越广泛的使用。现在的数控电源多采用数模变换器产生基准电压，采用模数转换器采样输出值，对设定值和输出值的偏差进行修正，为了得到精确的输出，有的还采用了模糊自适应PID控制技术，在输出双极性电压时还有输出极性换向电路。申请人:在实现本专利技术的过程中发现现有数控电源存在如下技术缺陷:其智能化程度低，控制复杂，用户通常难于掌握；并且其结构复杂，不利于后期的保养与维护。专利
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题为解决上述的一个或多个问题，本专利技术提供了一种数控直流电源，以提高数控直流电源的智能化程度，简化其结构。( 二 )技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种数控直流电源。该数控直流电源包括:控制模块、转发模块、D/A转换模块、功率运放模块、电流档位选择模块、采样模块和模式选择模块。控制模块，用于产生第一数字信号Vinl,并将第一数字信号Vinl发送至转发模块。转发模块，与控制模块相连接，用于将第一数字信号Vinl转发至D/A转换模块。D/A转换模块，其输入端与转发模块相连接，用于将第一数字信号Vinl转换模拟电压VIS。功率运放模块，其第一输入端与D/A转换模块的第一输出端相连接，其第二输入端接地。电流档位选择模块，其输入端与功率运放模块的输出端相连接，其输出端与数控直流电源的输出端相连接，用于输出第一数字信号Vinl对应的输出电压Vo或输出电流1。米样模块包括电流米样单兀和电压采样单元，其中:电流采样单元的两输入端分别与电流档位选择模块的输入端和输出端相连接，其输出端连接至模式选择模块的第一端口 ；电压采样单元的输入端与数控直流电源的负载相连接，其输出端连接至模式选择模块的第二端口。模式选择模块，其第三端口连接至功率运放模块的第二输入端口，在电压源工作模式下，将第二端口连接至第三端口；在电流源工作模式下，将第一端口连接至第三端口。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果:1、本专利技术提供的数控直流电源采用由D/A转换模块提供基准电压再通过功率运放模块输出，从输出采样反馈至功率运放模块的输入端进行闭环控制，输出电压可从几毫伏到几十伏，电流可从几微安到几安培，精度可达1%。，无需输出极性换向电路就能实现双向电压输出和双向电流输出；2、本专利技术提供的数控直流电源还具有过压/过流保护功能和对输出电压和电流的测量显示功能。附图说明图1是本专利技术实施例数控直流电压源连接关系的示意图；图2为本专利技术实施例数控直流电压源的电路示意图；图3为本专利技术实施例具有过流保护模块的数控直流电压源的示意图；图4是本专利技术实施例数控直流电流源连接关系的示意图；图5为本专利技术实施例数控直流电流源的电路示意图；图6为本专利技术实施例具有过压保护模块的数控直流电流源的示意图；图7是本专利技术实施例数控直流电源连接关系的示意图；图8为本专利技术实施例数控直流电源的电路示意图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于所述值。本专利技术提出了一种数控电压/电流源系统，电源的各项参数及操作均在PC机上的控制界面中进行设置，电源的控制芯片根据设置控制其它各部分电路协同工作，得到满足要求的电源。需要说明的是，本专利技术以PC机和可编程逻辑芯片FPGA为例，本领域的技术人员应当了解，其他的具有相同功能的装置或者模块也可以代替相应部件，此处不再详细说明。以下分三部分对本专利技术进行说明:电压源、电流源、可以实现电压源和电流源转换的混合电源。第一部分:数控直流电压源图1是本专利技术实施例数控直流电压源连接关系的示意图。如图1所示，PC机和FPGA通过PC机后的通讯端口相连，PC机上的控制软件将电源的预设参数经过处理后传给FPGA，FPGA将A/D转换模块测量到的输出电压值或电流值传给PC机。FPGA和D/A转换模块、电流档位选择模块、采样模块、测压/测流选择模块、A/D转换模块相连，实现对它们的控制和数据交互。D/A转换模块将FPGA送来的数字信号转换成模拟电压输出到功率运放模块和过流保护模块。电流档位选择模块实现输出电流的档位选择。采样模块实现对输出电压和输出电流的米样，并将输出电压米样信号送给功率运放模块实现恒定的电压输出；将输出电压和输出电流采样信号送给过流保护模块实现输出的限流；将输出电压和输出电流采样信号送给测压/测流选择模块，测压/测流选择模块将输出电压或输出电流的采样信号送给A/D转换模块实现输出电压或输出电流的测量。图2为本专利技术实施例数控直流电压源的电路示意图。电流档位选择模块中Kf-Kn分别对应不同的电流档，每档的电流范围可由PC上的控制软件灵活设定。假设K1对应的电流范围为[-11, IJ，K2对应的电流范围为[_12，-11)和(I1, I2]，Kn对应的电流范围为[_In，-1n-1)和(In+ IJ，其中 0 < I1 < I2 <吣< Ilri < In。在任意时刻，KrKn 中只有一个开关闭合，其中n的值可根据输出电流的范围而定。米样模块中别对应不同的电压采样系数。假设G1对应的电压范围为[-V1, V1],电压采样系数为qi，G2对应的电压范围为[-V2，-V1)和(V1, V2]，电压采样系数为q2，Gm对应的电压范围为[_Vm，-Vm^1)和(Vm，VJ，电压采样系数为qm，其中0 < V1 < V2 <吣< Vnri < Vm。在任意时刻，G^Gm中只有一个开关闭合，其中m的值可根据输出电压的范围而定。测压/测流选择模块中，当电压源设置为测压时，开关J2的H、L导通，将输出电压的采样信号送给A/D转换模块；当电压源设置为测流时，开关J2的H、M导通，将输出电流的采样信号送给A/D转换模块。过流保护模块将输出电流限制在预设的限流范围内。如图2所示，本实施例数控直流电压源包括:控制模块、转发模块、D/A转换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数控直流电源，其特征在于，包括：控制模块、转发模块、D/A转换模块、功率运放模块、电流档位选择模块、采样模块和模式选择模块，其中：所述控制模块，用于产生第一数字信号Vin1，并将所述第一数字信号Vin1发送至所述转发模块；所述转发模块，与所述控制模块相连接，用于将所述第一数字信号Vin1转发至D/A转换模块；所述D/A转换模块，其输入端与所述转发模块相连接，用于将所述第一数字信号Vin1转换为模拟电压VIS；所述功率运放模块，其第一输入端与所述D/A转换模块的第一输出端相连接；所述电流档位选择模块，其输入端与所述功率运放模块的输出端相连接，其输出端与所述数控直流电源的负载相连接，用于输出所述第一数字信号Vin1对应的输出电压VO或输出电流IO；所述采样模块包括电流采样单元和电压采样单元，其中：所述电流采样单元的两输入端分别与所述电流档位选择模块的输入端和输出端相连接，其输出端连接至模式选择模块的第一端口；所述电压采样单元的输入端与所述数控直流电源的负载相连接，其输出端连接至所述模式选择模块的第二端口；所述模式选择模块，其第三端口连接至所述功率运放模块的第二输入端口，在电压源工作模式下，将所述第二端口连接至所述第三端口；在电流源工作模式下，将所述第一端口连接至所述第三端口。...

【技术特征摘要】
1.一种数控直流电源，其特征在于，包括:控制模块、转发模块、D/A转换模块、功率运放模块、电流档位选择模块、采样模块和模式选择模块，其中: 所述控制模块，用于产生第一数字信号Vinl,并将所述第一数字信号Vinl发送至所述转发模块； 所述转发模块，与所述控制模块相连接，用于将所述第一数字信号Vinl转发至D/A转换模块； 所述D/A转换模块，其输入端与所述转发模块相连接，用于将所述第一数字信号Vinl转换为模拟电压VIS ； 所述功率运放模块，其第一输入端与所述D/A转换模块的第一输出端相连接； 所述电流档位选择模块，其输入端与所述功率运放模块的输出端相连接，其输出端与所述数控直流电源的负 载相连接，用于输出所述第一数字信号Vinl对应的输出电压\或输出电流I。; 所述采样模块包括电流采样单元和电压采样单元，其中: 所述电流采样单元的两输入端分别与所述电流档位选择模块的输入端和输出端相连接，其输出端连接至模式选择模块的第一端口 ； 所述电压采样单元的输入端与所述数控直流电源的负载相连接，其输出端连接至所述模式选择模块的第二端口； 所述模式选择模块，其第三端口连接至所述功率运放模块的第二输入端口，在电压源工作模式下，将所述第二端口连接至所述第三端口 ；在电流源工作模式下，将所述第一端口连接至所述第三端口。2.根据权利要求1所述的数控直流电源，其特征在于， 所述控制模块，包括:存储单元、电路选择单元和计算单元；其中: 所述存储单元，用于预存所述采样模块中m组电压采样电路的电压范围区间及其对应的电压采样系数，所述m3 I ;还用于预存所述电流档位选择模块中并联的n组电流档位选择电路的电流范围区间和相应电阻值，所述n > I ； 在电压源工作模式下，所述选择单元，用于根据预设的输出电压值Vfert所在的电压范围区间选择对应的I组电压采样电路，并将该电压采样电路的序号通过所述转发模块发送至所述采样模块；所述计算单元，用于计算(-VtertXqi)的值，其中所述士为被选择的电压采样电路对应的电压采样系数，并将其转换为所述第一数字信号Vinl，所述I < i < m ; 在电流源工作模式下，所述选择单元，用于根据预设输出电流值Ifert和所述存储单元中的电流范围区间选择对应的I组电流档位选择电路，并将该组电流档位选择电路的序号通过转发模块发送至所述电流档位选择模块；所述计算单元，用于计算(-1fertXI^_XP)的值，其中, 为被选择的电流档位选择电路对应的电阻值，P为电流采样系数，并将其转换为所述第一数字信号Vinl，所述KjSn; 所述电流档位选择模块，位于所述功率运放模块和所述数控直流电源的负载之间，包括:第二控制单元和档位选择单元，其中: 所述档位选择单元，其控制端与所述第二控制单元相连接，其输入端与所述功率运放模块的输出端相连接，其输出端与数控直流电源的负载相连接；包括:并联的n组电流档位选择电路；第二控制单元，与所述转发模块相连接，用于将电流档位选择电路的序号对应的电流档位选择电路连通，将其他电流档位选择电路断开； 所述采样模块还包括:第一控制单元，其中: 所述电压采样单元，其控制端与所述第一控制单元相连接，包括所述并联的m组电压采样电路； 所述第一控制单元，与所述转发模块相连接，用于根据所述电压采样电路的序号连通相应的电压采样电路，同时断开除该电压采样电路之外的电压采样电路； 所述电流采样单元，用于将采集到的输出电流信号Vfi发送至所述模式选择模块的第一端口，其中Vfi = (V0-V01) Xp, Vtj和Vm分别为电流档位选择电路的输入端和输出端的电压，P为电流采样系数。3.根据权利要求2所述的数控直流电源，其特征在于， 所述采样模块中，所述电压采样单元中每一组电压采样电路包括: 运算子单元，用于实现数控直流电源的输出电压Vtj与本组电压采样电路对应的电压采样系数的乘积运算；及 开关子单元，与所述运算子单元串联，用于在所述第一控制单元的控制下，实现本组电压采样电路的连通...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐春雨，杨海钢，胡凯，曾宪理，王德利，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：