数控直流电流源制造技术

本发明专利技术公开了一种数控直流电流源。本数控直流电流源采用由D/A提供电压再通过功率运放直接输出，从输出电流采样进行反馈控制，输出电流可从几微安到几安培，精度可达1‰，并且能实现双向电流输出。此外，本电源还具有过压保护功能和对输出电流和电压的测量显示功能。

【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流源。
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。随着电子技术的深入发展，各种智能仪器及设备越来越多，涉及领域越来越广，对电源的要求也越来越高。电流源作为其中的一员，也有相应的要求。现在越来越多的产品都往数控方向发展，因为数控方式可以提供更灵活更精确的控制。目前数控直流电流源普遍采用压控方式，即首先产生控制电压，然后经V-1转换实现电流输出。由于控制电压产生方式、V-1转换方法以及电流控制方式不同，电流源在输出范围以及精度上存在较大差异。在需要较大电流的设备中，普遍采用场效应管，达林顿管等功率器件实现V-1转换，并且多采用开环控制方式，这类电流源的输出范围可以达到IA以上，但受功率器件精度以及控制方法的制约，其精度普遍低于1%。，并且只能实现正向电流的输出。在需要几十到几百毫安的电流设备中，一般采取由D/A提供电压再通过V/I转换实现恒流输出，再通过普通三极管，达林顿管放大输出，最后通过A/D来反馈输出的电流值，从而做到闭环控制使输出电流值精确和稳定，但这类电源结构复杂，也只能实现正向电流的输出。在小电流应用中，多直接采用电流输出型D/A转换器产生，虽然精度能够在uA级别，但由于D/A转换器的输出电流范围较小，所以该类电源的输出不会超过几个mA。
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流源，以利用数字输入来实现对输出电流的精确控制。( 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流源。该数控直流电流源包括:控制模块、转发模块、D/A转换模块和功率运放模块，其中: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转换为模拟电压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，其输出端连接数控直流电流源的输出端，用于输出第一数字信号Vinl对应的输出电流I。。(三)有益效果本数控直流电流源采用由D/A提供电压再通过功率运放直接输出，从输出电流采样进行反馈控制，输出电流可从几微安到几安培，精度可达1%。，并且能实现双向电流输出。此外，本电源还具有过压保护功能和对输出电流和电压的测量显示功能。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直流电压/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IV..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[-1n，-1n-1)和(In+ IJ，其中 O < I1 < I2 <吣< Ilri < In。在任意时刻，Kr..Kn 中只有一个开关闭合，其中η的值可根据输出电流的范围而定。米样模块中G^..Gm分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O < 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转换模块、功率运放模块和采样模块，其中: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，用于将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数控直流电流源，其特征在于，包括：控制模块、转发模块、D/A转换模块和功率运放模块，其中：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；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；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；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，其输出端连接所述数控直流电流源的输出端，用于输出所述第一数字信号Vin1对应的输出电流IO。

【技术特征摘要】
1.一种数控直流电流源，其特征在于，包括:控制模块、转发模块、D/A转换模块和功率运放模块，其中: 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； 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； 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 ； 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，其输出端连接所述数控直流电流源的输出端，用于输出所述第一数字信号Vinl对应的输出电流2.根据权利要求1所述的数控直流电流源，其特征在于，还包括: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流源的负载之间； 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，用于预存所述电流档位选择模块中并联的η组电流档位选择电路的电流范围区间和相应电阻值，所述η≥I ； 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(-1fcrt X & X P)，其中，所述P为采样模块中电流采样单元的电流采样系数，所述&为被选择的电流档位选择电路对应的电阻值，并将其转化为第一数字信号Vinl后通过转发模块发送至D/A转换模块，所述KjSn; 所述电流档位选择模块包括: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，其输出端与所述数控直流电流源的负载相连接，包括:并联的η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。3.根据权利要求2所述的数控直流电流源，其特征在于，还包括:采样模块，其两输入端与所述电流档位选择模块的输入端和输出端相连接，其输出端连接至功率运放模块； 所述采样模块包括:电流采样单元； 所述电流采样单元，其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，其输出端与所述功率运放模块的第二输入端相连接，用于将采集到的输出电流信号Vfi发送至所述功率运放模块的第二输入端，其中Vfi = (V0-V01) Xp, Vtj和Vtjl分别为电流档位选择模块的输入端和输出端的电压。4.根据权利要求3所述的数控直流电流源，其特征在于，所述电流档位选择模块，所述档位选择单元中每一组电流档位选择电路包括: 采样电阻；及 开关子单元，与所述采样电阻串联，用于在所述第二控制单元的控制下，实现本组电流档位选择电路的连通与断开。5.根据权利要求4所述的数控直流电流源，其特征在于，对于每一组电流档位选择电路I，所述电流范围区间、所述电阻、电流采样系数的关系为: 所述电流范围区间乘以电阻再乘以电流采样系数所得的电压范围区间要在D/A转换模块的工作电压范围区间内。6.根据权利要求5所述的数控直流电流源，其特征在于， 所述控制模块中: 所述存储单元，还用于预存所述电压采样单元的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m > I ； 所述选择单元，还用于根据预设的输出限压值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； 所述采样模块，通过转发模块与所述控制模块相连接，包括:电压采样单元和第一控制单元；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，其输入端与所述数控直流电流源的负载相连接，其输出端与所述测压/测流选择模块的第二端口相连接； 所述第一控制单元，与所述转发模块相连接，用于根据所述...

【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：