专利名称：直流偏置恒流电源的制作方法
技术领域：
本发明是一种用于恒流控制的装置，属于数字控制，显示，直流恒流电源技 术领域。
背景技术：
在需要对磁性电感器进行交直流叠加测试以及为磁性材料的特性分析提供 方便的时候， 一般的LCR电桥还需要另外一个直流偏置电源提供一定大小的直流 电。并且，此直流电源的接入， 一方面要防止其对LCR电桥的损害，另一方面要 尽量减小其对LCR电桥测量精度的影响。根据我们的调查，目前市面的一些直流偏置电源的价格比较昂贵，它们一般 都设计成受控于某些特定的LCR电桥。并且所适用的频率范围一般都比较窄。一般情况下，我们只需要一些简单的参数例如，在通过一定电流的情况下， 磁性电感器的电感量的变化情况，以及在通过多大电流后电感器会饱和等等。发明内容技术问题本发明的目的是设计了一种简易的数字控制显示的恒流源，控制 过程增加了跟随控制模块，增加了恒流控制的稳定性。技术方案本发明的直流偏置恒流电源包括功率电源、直流电源、微控制 器电路部分、恒流源控制、跟随恒流源控制、按键与显示；其中功率电源的功率 电压输出端接跟随恒流源控制的功率电压输入端，直流电源的输出分别接微控制 器电路部分、恒流源控制、跟随恒流源控制、按键与显示，微控制器电路部分的 基准电压输出端接恒流源控制的基准电压输入端，微控制器电路部分的第一控制 输出端接按键与显示的第一控制输入端，恒流源控制的采集输出端接微控制器部 分的输入端，跟随恒流源控制的上调节端与恒流源控制的下调节端相连，跟随恒 流源控制的第一电流输出端与恒流源控制的第二电流输出端分别接负载。功率电源采用功率为"240W"工频变压器、4个参数为"60V,60A"的整流 二极管D1 D4和一个参数为"16V10000uF"的电容组成；微控制器电路部分采 用型号为"PIC16F913"的微控制电路、和型号为"TLC5615"的DAC以及型号为 "ULN2003"的LED驱动电路；恒流源控制采用型号为"AD817"的运算放大器和 型号为"IRFP260"的场效应管；跟随恒流源控制同样采用型号为"AD817"的运 算放大器和型号为"IRFP260"的场效应管，与跟随恒流源控制镜象对称。恒流源控制的基准电压输入端经过第一分压电阻和第二分压电阻，分压后接 运算放大器"AD817"的同相输入端，运算放大器"AD817"的输出端接阻容匹配 网络的由第一电阻的输出端、第一电容的输出端、第二电阻的输出端、第二电容 的输出端连成的一端，再接场效应管"IFRP260"的基极，场效应管"IFRP260" 的源极接"无感电阻"后接地；同时"无感电阻"接阻容匹配网络的由电阻三的 输出端、电阻四的输出端连成的一端，经过电阻四后，接"AD817"的反向输入 端；另外，场效应管"IFRP260"的源极还接另一个运算放大器"AD817"的同向 输入端第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻和第十一电容、第 十二电容组成。跟随恒流源控制是恒流源控制的对称镜像。跟随恒流源控制中的场效应管 "IRFP260"的第二源极接第五电阻后接上调节端，之后接恒流源控制的下调节 端，经第十四电阻后接场效应管"IRFP260 "的漏极。有益效果本设计采用跟随恒流控制的方法，配合恒流控制部分实现了提供 稳定的直流电的恒流源。通过人机交互设定指定的电流值，可以给需要交直流叠 加测试的情况下提供恒定的直流电。本设计有别于传统的恒流源的电路设计，增加了用于协调恒流控制的跟随恒 流电路部分。使的恒流的控制调节更平稳，并且使得两个场效应管之间一直保持 电源电压的中点，更加有利于恒流的控制。其次，采用微控制器控制，丰富了电路的功能，便于提供人机交互。另外，将电源、微控制器控制部分、采集部分、恒流控制部分集合在一起， 高度集成，降低了设计成本。这个电路设计简单实用。
图1是本发明的电路原理框图，图2是本发明中恒流控制部分的总的原理框图，图3为功率电源的电路原理图，图4是直流电源的电路原理图，图5是微控制器电路部分的电路原理图，图6是恒流控制部分的电路原理图，图7是跟随恒流控制部分的电路原理图，图8是人机交互部分包括按键与LED,其中有功率电源l、直流电源2、微控制器电路部分3、恒流源控制4、跟 随恒流源控制5、按键与显示6。
具体实施方式
根据恒流源的基本原理，当在一个电阻的两端施加一个固定大小的电压，就 能得到一个恒定的电流。当然，如果想得到较大电流，对这个电阻的要求一般比 较高。要求电阻能承受大的额定功率。依照这一原理我们设计恒流源的电路原理框图如图1所示 电路的设计使用220V交流电，内部分为两个电源 一是给恒流源的输出提供能量的功率电源；另一个是给电路中其他模块供电的模块电源。使用者可以通 过调节人机界面上的按键，控制微控器通过D/A给恒流源控制部分提供给定的模 拟基准电压，恒流源控制部分通过反馈控制以及上端跟随恒流源的调节使得输出 一个稳定的直流电流。另外，微控器采集恒流源的数据用于人机界面的显示。功率电源l:由大功率工频变压器以及整流滤波电路组成的大功率电源，为恒流源提供电源；设定功率为240W,整流滤波电路采用4个60A， 60V的场效应管 和16V, 10000uF的电容组成。直流电源2:该直流稳压电源由正负12V输出，IOW的工频变压器，整流桥 kbplO和滤波电路组成，输出有两路，分别为+12V和-12V。其中+ 12V经过7805 后产生+5V的输出。微控制器电路部分3:微控制器选用Microchip公司的PIC16F913,采用内部 振荡器以及内部A/D模块，工作电源由辅助电源的+12V输出经过7805后产生的 +5V电压提供。另外还包括一个TEXAS仪器公司推出的10位数/模转换器 (DAC)TLC5615，以及一个由TL43组成的2. 5V的基准源。这部分主要负责人机交互的按键与显示、提供恒流源控制部分的模拟电压，采集恒流源控制部分的电压 信号。恒流控制部分4:运算放大器采用AD公司的高性能运算放大器AD817，场效 应管采用IRFP260。检流负载采用0. 1欧姆/5W的无感电阻。由于反馈电路的存 在，并且运算放大器驱动具有很强容性负载的场效应管，加之，工作电流要在 0-10A的宽范围内变化，因此电路很容易产生自激的现象。因此要特别注意电容 电阻的选择、连接位置以及PCB板的布线。另外，采集放大部分将检流电阻两端的电压值采集放大后送入微控器作模数 转辨，用于LED的显示。由于检流电阻两端的电压在比较小的范围内变化，为了 满足微控器内部A/D转换的基准，以及精度的要求，将此电压进行放大，放大到 A/D的测量范围内。提高采样精度跟随恒流源控制5:这部分可以看成恒流源控制部分的一个镜像，和恒流源 控制部分对称，也是由AD817和场效应管IRFP260组成。按键与显示6:主要是提供人机交互。该直流偏置电源包括功率电源1、直流电源2、微控制器电路部分3、恒流 源控制4、跟随恒流源控制5、按键与显示6;其中功率电源1的功率电压输出 端1-1接跟随恒流源控制5的功率电压输入端5-1，直流电源2的输出分别接微 控制器电路部分3、恒流源控制4、跟随恒流源控制5、按键与显示6，微控制器 电路部分3的基准电压输出端3-3接恒流源控制4的基准电压输入端4-2，微控 制器电路部分3的第一控制输出端3-4接按键与显示6的第一控制输入端6-1， 恒流源控制4的采集输出端4-3接微控制器部分3的输入端3-1，跟随恒流源控 制5的上调节端5-3与恒流源控制4的下调节端4-4相连，跟随恒流源控制5 的第一电流输出端5-4与恒流源控制4的第二电流输出端4-5分别接负载。功率电源1采用功率为"240W"工频变压器、4个参数为"60V,60A"的整 流二极管D1 D4和一个参数为"16V10000uF"的电容Cl组成；微控制器电路 部分3采用型号为"PIC16F913"的微控制电路、和型号为"TLC5615"的MC 以及型号为"UL腦03"的LED驱动电路；恒流源控制4采用型号为"AD817"的 运算放大器和型号为"IRFP260"的场效应管跟随恒流源控制5同样采用型号 为"AD817"的运算放大器和型号为"IRFP260"的场效应管，与跟随恒流源控制 镜象对称。恒流源控制4的基准电压输入端4-2经过第一分压电阻4-1-1和第二分压电 阻4-1-2，分压后接运算放大器"AD817"的同相输入端4-1-3，运算放大器 "AD817"的输出端4-1-4接阻容匹配网络的由第一电阻的输出端4-2-1、第一 电容的输出端4-2-2、第二电阻的输出端4-2-3、第二电容的输出端4-2-4连成 的一端，再接场效应管"IF謹0"的基极4-1-5，场效应管"IFRP260"的源极 4-1-6接"无感电阻"4-13后接地；同时"无感电阻"4-13接阻容匹配网络的 由电阻三的输出端4-2-5、电阻四的输出端4-2-6连成的一端，经过电阻四后， 接"AD817"的反向输入端4-1-8;另外，场效应管"IFRP260"的源极4-1-6还 接另一个运算放大器"AD817"的同向输入端4-1-10。恒流源控制4的阻容网络 由第六电阻4-6、第七电阻4-7、第八电阻4-8、第九电阻4-9、第十电阻4-10 和第十一电容4-11、第十二电容4-12组成。跟随恒流源控制5是恒流源控制4 的对称镜像。跟随恒流源控制5中的场效应管"IRFP260"的第二源极5-1-1接 第五电阻5-5后接上调节端5-3,之后接恒流源控制4的下调节端4-4，经第十 四电阻4-14后接场效应管"IRFP260 "的漏极4-1-9。整个硬件电路的工作原理是通过调节按键让单片机发指令控制D/A转换产生一定大小的模拟电压(0-IV)经过反馈控制，设定检流电阻两端的电压值在这 个范围内。放大器放大器的反馈控制、场效应管的调节、以及上端跟随调节器的 调节三者协调配合使得输出电流得以稳定。同时，将检流电阻端的电压采集放大 后送入微控制器的A/D模块，通过微控制器的运算，将采集到的值变换成实际的 电流值送到LED上去显示。
权利要求
1.一种直流偏置恒流电源，其特征在于该直流偏置电源包括功率电源(1)、直流电源(2)、微控制器电路部分(3)、恒流源控制(4)、跟随恒流源控制(5)、按键与显示(6)；其中功率电源(1)的功率电压输出端(1-1)接跟随恒流源控制(5)的功率电压输入端(5-1)，直流电源(2)的输出分别接微控制器电路部分(3)、恒流源控制(4)、跟随恒流源控制(5)、按键与显示(6)，微控制器电路部分(3)的基准电压输出端(3-3)接恒流源控制(4)的基准电压输入端(4-2)，微控制器电路部分(3)的第一控制输出端(3-4)接按键与显示(6)的第一控制输入端(6-1)，恒流源控制(4)的采集输出端(4-3)接微控制器部分(3)的输入端(3-1)，跟随恒流源控制(5)的上调节端(5-3)与恒流源控制(4)的下调节端(4-4)相连，跟随恒流源控制(5)的第一电流输出端(5-4)与恒流源控制(4)的第二电流输出端(4-5)分别接负载。
2. 根据权利要求1所述的直流偏置恒流电源，其特征在于功率电源(1)采 用功率为"240W"工频变压器、4个参数为"60V，60A"的整流二极管D1 D4和 一个参数为"16V10000uF"的电容(Cl)组成；微控制器电路部分(3)采用型 号为"PIC16F913"的微控制电路、和型号为"TLC5615"的MC以及型号为"U画03"的LED驱动电路；恒流源控制(4)采用型号为"AD817"的运算放 大器和型号为"IRFP260"的场效应管；跟随恒流源控制(5)同样采用型号为"AD817"的运算放大器和型号为"IRFP260"的场效应管，与跟随恒流源控制镜 象对称。
3. 根据权利要求1所述的直流偏置恒流电源，其特征在于恒流源控制(4) 的基准电压输入端(4-2)经过第一分压电阻(4-1-1)和第二分压电阻(4-1-2)， 分压后接运算放大器"AD817"的同相输入端(4-卜3)，运算放大器"AD817"的 输出端(4-1-4)接阻容匹配网络的由第一电阻的输出端(4-2-1)、第一电容的 输出端(4-2-2)、第二电阻的输出端(4-2-3)、第二电容的输出端(4-2-4)连 成的一端，再接场效应管"證260"的基极(4-1-5)，场效应管"證260"的 源极(4-1-6)接"无感电阻"(4-13)后接地；同时"无感电阻"(4-13)接阻 容匹配网络的由第三电阻的输出端(4-2-5)、电阻四的输出端(4-2-6)连成的一端，经过电阻四后，接"AD817"的反向输入端(4-1-8);另夕卜，场效应管"IFRP260" 的源极(4-1-6)还接另一个运算放大器"AD817"的同向输入端(4-1-10)。
4. 根据权利要求1所述的直流偏置恒流电源，其特征在于恒流源控制(4) 的阻容网络由第六电阻(4-6)、第七电阻(4-7)、第八电阻(4-8)、第九电阻(4-9)、 第十电阻(4-10)和第十一电容(4-11)、第十二电容(4-12)组成。
5. 根据权利要求1所述的直流偏置恒流电源，其特征在于跟随恒流源控制 (5)是恒流源控制(4)的对称镜像。
6. 根据权利要求1所述的直流偏置恒流电源，其特征在于跟随恒流源控制 (5)中的场效应管"IRFP260"的第二源极(5-1-1)接第五电阻(5-5)后接上调节端(5-3)，之后接恒流源控制(4)的下调节端(4-4)，经第十四电阻(4-14) 后接场效应管"IRFP260 "的漏极(4-1-9)。
全文摘要
直流偏置恒流电源采用跟随恒流控制的方法，配合恒流控制部分实现了提供稳定的直流电的恒流源。通过人机交互设定指定的电流值，可以给需要交直流叠加测试的情况下提供恒定的直流电。该直流偏置电源包括功率电源(1)、直流电源(2)、微控制器电路部分(3)、恒流源控制(4)、跟随恒流源控制(5)、按键与显示(6)；其中功率电源(1)的功率电压输出端(1-1)接跟随恒流源控制(5)的功率电压输入端(5-1)，直流电源(2)的输出分别接微控制器电路部分(3)、恒流源控制(4)、跟随恒流源控制(5)、按键与显示(6)，微控制器电路部分(3)的基准电压输出端(3-3)接恒流源控制(4)的基准电压输入端(4-2)。
文档编号G05F1/10GK101221454SQ200710191028
公开日2008年7月16日 申请日期2007年12月4日 优先权日2007年12月4日
发明者张旭苹, 杜洪伟, 顺 王 申请人:南京大学