一种便携式宽量限的高稳定度恒流源制造技术

本发明专利技术涉及一种便携式宽量限的高稳定度恒流源，其结构包括ARM单片机系统、触摸屏模块、升压模块、负反馈放大模块、DA控制模块、恒流源调整模块、电流补偿模块、温度测量和保持模块、采样电阻模块、检测模块、恒流源供电模块和电源模块等部分。本发明专利技术可输出0‑10V之间的任意电压值的高精度电压基准，短时间内输出电压的相对标准差达到2.34*10‑7，电压稳定度为3.4*10‑8。本发明专利技术恒流源解决了传统恒流源调整管压降控制电路中分档变压器需要特殊制作且由于电压分档不均造成切换前后电流突变、电机控制电路和调压器机械减速装置复杂庞大以及引入开关电源后对电流稳定度和纹波造成的干扰大等缺陷和不足。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电源装置，具体地说是一种便携式宽量限的高稳定度恒流源。
技术介绍
随着现代科技的发展，科研部门和工业企业对恒流源的准确度和稳定度均提出了更高的使用要求。例如，在研究量子质量基准定义千克单位的方案中以及在功率天平方案中，都需要用到输出电流1mA、稳定度高于1ppm的恒流源。另外，在超导磁铁系统中，为了产生磁场，需要给超导线圈提供恒定的电流，并且稳定度要求在10ppm量级。现有国内市场上使用的恒流源的准确度等级只在10-4量级，稳定性也只有10-5量级。目前在中国计量院已经有了满足这些精度要求的恒流源装置，但其体积大，整体要分装在三个不同的箱子中，不便于携带，属于实验室产品，没有批量化和小型化的产品。该恒流源装置通过低负载效应采样电阻，加上高精度处理芯片以以及外围电路，并串联多级场效应管，用于自动调节负载变化时的电流输出，保持输出的电流不变。控制恒流源、调整管压降的传统做法有三种。第一种是根据调整管压降的大小，采用波段开关更换分档变压器抽头。其缺点是，所用分档变压器的抽头较多，一般需要特殊制作；而且，波段开关切换瞬间会产生尖峰干扰，影响电流的稳定度。由于变压器各抽头电压并非绝对均匀，这就造成波段开关切换前后，调整管的压降存在有一定的差别，从而影响恒流源的稳定度。第二种是根据调整管压降控制步进电机转动，电机通过机械减速装置带动调压器调节输入电压。其缺点是需要设计机械减速装置和复杂的电机控制电路，系统庞大笨重；而且电机转动时将对恒流源产生干扰。第三种是将开关稳压电源与串联反馈式恒流源相串联组成自动反馈系统，根据恒流源调整管压降，自动调节开关电源调整管的开关频率或触发时间，从而调节开关电源的输出电压，使恒流源调整管压降保持恒定。这种方法可连续调节调整管压降，不会造成电流突变。但是因为前级电路为开关电源，无论是用可控硅调相斩波电路还是用三极管逆变电路，由于开关电源调整管工作在开关状态，因此输出电压不可避免地带有开关频率的谐波，从而影响了恒流源输出电流的稳定度和纹波特性，严重时有可能污染电网，造成其他用电设备无法正常运转。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种便携式宽量限的高稳定度恒流源，以解决传统恒流源调整管压降控制电路电压不均匀和切换前后电流变化较大的问题。本专利技术是这样实现的：一种便携式宽量限的高稳定度恒流源，包括有：ARM单片机系统，分别与触摸屏模块、升压模块、DA控制模块、负反馈放大模块、温度测量和保持模块相接，用于接收用户的电流设置并把设置后的计算结果输出给DA控制模块；触摸屏模块，与ARM单片机系统相接，用于和用户之间的交互；升压模块，分别ARM单片机系统和DA控制模块相接，用于调节精密电压基准输出；DA控制模块，分别与ARM单片机系统、升压模块和恒流源调整模块相接，用于调整反馈电路的输入电压；负反馈放大模块，分别与ARM单片机系统和恒流源调整模块相接，用于恒流源调整模块的驱动；恒流源调整模块，分别与负反馈放大模块、DA控制模块、采样电阻模块、电流补偿模块检测模块、温度测量和保持模块相接，用于调整电流输出；温度测量和保持模块，分别与ARM单片机系统和恒流源调整模块相接，用于测量调整模块由于温度带来的温漂，并对洹流进行调整，消除由于调整模块因温度上升带来的输出误差；电流补偿模块，与恒流源调整模块相接，用于提供系统的恒流输出的电流维持；采样电阻模块，分别与恒流源调整模块和检测模块相接，用于提供电压基准的输出；检测模块，分别与采样电阻模块和恒流源调整模块相接，用于对输出电流进行检测；恒流源供电模块，分别与恒流源供电模块和检测模块相接，用于为恒流源提供输出电流；以及电源模块，为ARM单片机系统和各工作模块提供工作电源。所述电源模块包括第一电源模块和第二电源模块；所述第一电源模块分别与ARM单片机系统、触摸屏模块和升压模块相接，输出+5V直流电压；所述第二电源模块分别与负反馈放大模块和恒流源供电模块相接，输出±12V直流电压。所述采样电阻模块是由100只阻值为100Ω的电阻并联，实现1Ω阻值的采样电阻；100只电阻的正负温度系数相匹配，使总体电阻的温度系数之和等于或基本等于零；100只电阻通过铜板载体上均布的100个孔洞固定连接在一起。本专利技术采用串联负反馈的原理设计了恒流源电路、0—10V高精度可调电压基准模块、调整管压降控制方法以及LMBDA开关电源的控制算法，并完成了低负载效应1Ω采样电阻的制作。本专利技术实现了电流输出值0-1A可调的功能，并且针对电感负载调整了电路结构，做了相应的保护补偿电路和控制算法，使精密可调恒流源不仅可以应用于电感负载，而且输出电流的相对稳定性也达到了2.97×10-7/min量级，最终完成了可用于电感负载的精密可调恒流源的制作。本专利技术是一种用于电感负载的可调精密恒流源，其核心是串联负反馈式运算放大电路。其中运算放大器、调整管、采样电阻和基准电压等均对恒流源的稳定性有重要的影响。本专利技术的主电源回路中包括有四个部分：调整管、采样电阻、测试电阻和负载。由于电路恒流，因此，采样电阻和测试电阻的两端压降不变，负载两端的压降变化直接导致调整管漏源电压随之变化。由于调整管不是理想的调整管，输出阻抗有限，如果漏源电压下降，就会导致调整管输出电流下降，从而影响输出电流的稳定度。因此，本专利技术设计了一种调整管压降控制方法：单片机通过监视调整管漏源之间的电压，控制AD芯片改变主电源电压，实现了调整管压降的自动控制。恒流源用于感性负载时，最容易发生的问题就是自激震荡，然而恒流源又要实现0-1A的可调功能，这个功能本身就和电感负载相冲突。首先，本专利技术设计了电流补偿模块来解决电感负载的自激震荡。其次，在ARM单片机系统的控制程序中，对电流的上升速率进行控制，实现了上升速率的随时可调。当恒流源需要调节到某一输出电流值时，不可以马上跳变至该电流值，而是需要缓慢变化到这一电流值。最后，当恒流源携带感性负载时，可靠接地对电流输出的稳定度和抗干扰能力也有着重要的作用。因此调整电路结构，增强了携带感性负载时的抗干扰能力。通过上述三个方法，有效解决了感性负载的自激震荡问题。设计了程控主电源控制电路及方法，扩展了恒流源的通用性。由于恒流源电路恒流，当驱动不同负载时，所需的电压也有所不同。为了保证恒流源精度，主电源电压也应该随着负载的变化而调整。本专利技术通过DA控制模块对主电源电压进行控制，可实现主电源电压随负载不同而随时变化。一般的高精度恒流源一般只能在负载固定、输出某一固定值的电流时保持较高的精度。本专利技术在输出0-1A之间任何电流、携带300W以下任何负载都能保证较高的精度，实现了宽量限的高稳定度恒流源。本专利技术设计了一种电流反馈调整补偿电路，并通过高精度单片机输出控制高精度DA控制模块，以控制调整电路的反馈。通过DA控制模块对恒流源调整管的管压降进行连续调整，避免了分档调节时造成管压降跳跃而引起的电流突变，同时避免了引入开关电源后对电流稳定度和纹波特性造成的不利影响。本专利技术可输出0-10V之间的任意电压值的高精度电压基准，短时间内输出电压的相对标准差达到2.34*10-7，电压稳定度为3.4*10-8。将其作为恒流源的电压参考源，最终实现了0-10A电流可调的电流源输出。本专利技术结构紧凑、成本低廉，适用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式宽量限的高稳定度恒流源，其特征是，包括有：ARM单片机系统，分别与触摸屏模块、升压模块、DA控制模块、负反馈放大模块、温度测量和保持模块相接，用于接收用户的电流设置并把设置后的计算结果输出给DA控制模块；触摸屏模块，与ARM单片机系统相接，用于和用户之间的交互；升压模块，分别ARM单片机系统和DA控制模块相接，用于调节精密电压基准输出；DA控制模块，分别与ARM单片机系统、升压模块和恒流源调整模块相接，用于调整反馈电路的输入电压；负反馈放大模块，分别与ARM单片机系统和恒流源调整模块相接，用于恒流源调整模块的驱动；恒流源调整模块，分别与负反馈放大模块、DA控制模块、采样电阻模块、电流补偿模块检测模块、温度测量和保持模块相接，用于调整电流输出；温度测量和保持模块，分别与ARM单片机系统和恒流源调整模块相接，用于测量调整模块由于温度带来的温漂，并对洹流进行调整，消除由于调整模块因温度上升带来的输出误差；电流补偿模块，与恒流源调整模块相接，用于提供系统的恒流输出的电流维持；采样电阻模块，分别与恒流源调整模块和检测模块相接，用于提供电压基准的输出；检测模块，分别与采样电阻模块和恒流源调整模块相接，用于对输出电流进行检测；恒流源供电模块，分别与恒流源供电模块和检测模块相接，用于为恒流源提供输出电流；以及电源模块，为ARM单片机系统和各工作模块提供工作电源。...

【技术特征摘要】
1.一种便携式宽量限的高稳定度恒流源，其特征是，包括有：ARM单片机系统，分别与触摸屏模块、升压模块、DA控制模块、负反馈放大模块、温度测量和保持模块相接，用于接收用户的电流设置并把设置后的计算结果输出给DA控制模块；触摸屏模块，与ARM单片机系统相接，用于和用户之间的交互；升压模块，分别ARM单片机系统和DA控制模块相接，用于调节精密电压基准输出；DA控制模块，分别与ARM单片机系统、升压模块和恒流源调整模块相接，用于调整反馈电路的输入电压；负反馈放大模块，分别与ARM单片机系统和恒流源调整模块相接，用于恒流源调整模块的驱动；恒流源调整模块，分别与负反馈放大模块、DA控制模块、采样电阻模块、电流补偿模块检测模块、温度测量和保持模块相接，用于调整电流输出；温度测量和保持模块，分别与ARM单片机系统和恒流源调整模块相接，用于测量调整模块由于温度带来的温漂，并对洹流进行调整，消除由于调整模块因温度上升带来的输出误差；电流补偿模块，与恒流源调整模块相接，用于提供系统的恒流输出的电流维持；采样电阻模块，分别与恒流源调整模块和检测模块相接，用于提供电压基准的输出；检测模块，分别与采样电阻模块和恒流源调整模块相接，用于对输出电流进行检测；恒流源供电模块，分别与恒流源供电模块和检测模块相接，用于为恒流源提供输出电流；以及电源模块，为ARM单片机系统和各工作模块提供工作电源。2.根据权利要求1所述的便携式宽量限的高稳定度恒流源，其特征是，所述电源模块包括第一电源模块和第二电源模块；所述第一电源模块分别与ARM单片机系统、触摸屏模块和升压模块相接，输出+5V直流电压；所述第二电源模块分别与负反馈放大模块和恒流源供电模块相接，输出±12V直流电压。3.根据权利要求1所述的便携式宽量限的高稳定度恒流源，其特征是，所述恒流源调整模块包括串联反馈式恒流源电路、恒流源调整管压降反馈补偿电路、电流测试电路、保...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘霜，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：河北;13