[实用新型]大范围高精度数字式直流电源

说明书

所属技术领域    本实用新型涉及一个数字可控电源系统，该系统由一个数字式可调电压源和两个数字式可调电流源构成。电压源可实现0.010V至18.000V范围内任意电压输出；两电流源可实现0.5uA至2A范围内任意电流输出。两电流源受控于电压源。该电源适合应用于那些对电源输出范围要求大、精度要求高的场合，如建筑物的金属防腐蚀领域等。

背景技术

目前，公知的直流电源均为厢体结构，多路输出，电流电压手动或自动切换输出；在人机交互方面，采用旋钮实现对输出电压或电流的调节；在电路的设计方面，绝大部分由模拟器件构成。传统电源的这些结构特点适合于一般场合的应用，但是，在某些对范围要求大，精度要求高的领域的应用来说，必然存在一些问题。如传统的旋钮调节方式控制输出，由于存在旋钮电位器的磨损、外界振动的干扰、电位器本身精度低等诸多因素，导致了电源输出精度不高，并且会因外界的影响而发生漂移。因此，为了保证电源输出值的恒定，应用时就必须人为地进行纠正。同时，由于传统电源电路设计方面的原因，其输出范围均不会很宽。而且对于大范围的电流输出，传统电源常采用继电器切换方式，因此还存在着换档时间间隔长，干扰大等问题。

发明内容

为了解决传统直流电源系统存在的上述诸多问题，该实用新型提供一个大范围高精度数字式直流电源系统。该电源系统采用PIC单片机为控制核心，采用PID闭环调节的方式提高了电源输出的稳定性；通过采用高精度的AD、DA芯片，拓展了输出的范围和精度；采用双重的输出设定方式，增强了输出设定时的灵活性和精确性；电流源子系统通过采用独特的多通道电路结构，保证了电流输出的范围和精度。

本实用新型解决其技术问题所采用的具体技术方案：

对于该电源系统的整体结构描述如下：该电源系统由一个电压源和两个电流源构成，采用双层结构，电压源为主控层，两个电流源为子层，两个电流源的输出受到电压源的控制。三块电源电路板之间采用光耦隔离。整个系统配有4×4的键盘和16×2的字符液晶，允许使用者对该电源系统相关参数进行设置。同时，该系统具有RS232串行接口，可与PC机或其他主机通讯，进行输出参数设置。该电源系统可同时输出一路恒定的电压和两路恒定的电流，输出电压的范围为0.010V至18.000V，输出电流的范围为0.5uA至2A。

对于电压源的整体结构描述如下：电压源的主控芯片采用PIC系列单片机(16F877A)。在前向通道中采用16位的DA芯片MAX5541，由16F877A单片机直接发送表征输出电压的数值数据至DA芯片。对DA的输出和参考源电压采用高精度的集成运放ICL7650进行减法运算，将DA的输出最小值降低至0V以下，从而消除电压源负载输出端电压无法达到0V的现象。对于运放ICL7650的输出，采用运放AD822放大9倍，对于输出信号，采用另一路AD822进行跟随并驱动输出端的大功率三极管，根据前一路AD822的输出信号输出一定的电压值。在反馈回路，采用两个0.1％精度的塑封电阻(阻值为160K和19.1K)对输出进行分压并将19.1K电阻上的电压反馈回单片机。该模拟电压需要经过一个16位的AD转换芯片AD7705，经转换成为数值信号后再由单片机接收。由此，即构成了一个以单片机为核心的闭环调压回路。在控制方法方面，采用改进后的PID算法对输出电压进行调节，使输出电压能保持稳定。该电路具有输出过流保护的功能。通过在输出回路串入一个1Ω/50W的采样电阻，并将该电阻上的电压经过LM358和另一个恒定的电压进行比较，比较的结果反馈回单片机进行处理，如果输出过流，则单片机将当前输出的电压降至0V，直至过流消除。同时，该电压源具有良好的人机界面：采用了HD7279驱动16键的键盘，用于使用者实现对整个系统的设置；采用了16×2的FM1620字符液晶，将设置过程中的一些参数通过液晶模块显示出来。该电压源留有四路外接的接口，用于和从电压源以及两块电流源电路板进行通讯。该4路通讯接口皆通过高速光藕6N137进行了隔离处理，从而保证了该电路板与其他电路板之间能够进行完全的电气隔离。该电压源板采用了24V电源供电，24V电源由外部接入的开关电源已给定。