制作一台数控恒压恒流电源(上)hroa

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1、制作一台台数控恒恒压恒流流电源（上上）(一一)20100-111-122 166:033:177 来源源:无无线电杂杂志 魏 坤坤 【作者:肖庆高高大中小】 浏浏览:228744次 评评论:00条 直流稳稳压电源源是任何何电子电电路试验验中不可可缺少的的基础仪仪器设备备，基本本在所有有的跟电电有关的的实验室室都可以以见到。对对于一个个电子爱爱好者来来说，直直流稳压压电源也也是必不不可少的的。要得得到一个个电源，一一般有两两种方法法：一是是购买一一台成品品电源，这这样最为为省事：二是自自己制作作一台电电源（因因为你是是电子爱爱好者），当当然相比比于第一一种方法法会麻烦烦很多。很很显然这这篇文章章

2、不是教教你如何何去选购购一台直直流稳压压电源 基本的的恒压恒恒流电源源结构框框图如图图1所示示。由电电压基准准源、调调整管、误误差放大大、电压压取样以以及电流流取样组组成。电电压基准准源的作作用是为为误差放放大器提提供一个个参考电电压，要要求电压压准确且且长时间间稳定并并且受温温度影响响要小。取取样电路路、误差差放大和和调整管管三者组组成了闭闭环回路路以稳定定输出电电压。这这样的结结构中电电压基准准源是固固定的，电电压和电电流的取取样电路路也是固固定的，所所以输出出电压和和最高的的输出电电流就是是固定的的。而一一般的可可变恒压压恒流电电源是采采用改变变取样电电路的分分压比例例来实现现输出电电压

3、以及及最高限限制电流流的调节节。 基本恒恒压恒流流电源框框图 图22 图1 基基本稳压压电源简简图 图22中所示示的是一一个基本本输出电电压可变变的稳压压电源简简图，可可以很明明显地看看出这个个电路就就是一个个由运算算放大器器构成的的同相放放大器，输输出端加加上了一一个由三三极管组组成的射射极跟随随器以提提高输出出能力，因因为射极极跟随器器的放大大倍数趋趋近于11，所以以计算放放大倍数数时不予予考虑。 输入电电压V+通过RR1和稳稳压二极极管VDD产生基基准电压压Vreef，然然后将VVreff放大11+R33/R22倍，即即在负载载RL上上的得到到的电压压为Vrref（11+R33/R22）

4、，因因为R33可调范范围是00R33maxx，所以以输出电电压范围围为VrrefVreef（11+R33maxx/R22）。这这不就和和我们常常用的LLM3117之类类的可调调稳压芯芯片一样样了，只只是像LLM3117之类类的芯片片内部还还集成了了过热保保护等功功能，功功能更加加完善，但但是也有有它的弊弊端，主主要因为为它是将将电压基基准、调调整管、误误差放大大电路都都集成在在了一个个芯片上上，因此此在负载载变化较较大时芯芯片的温温度也会会有很大大的变化化，而影影响半导导体特性性的主要要因素之之一就是是温度，所所以使用用这种集集成的稳稳压芯片片不太容容易得到到稳定的的电压输输出，这这也正是是高

5、性能能的电压压基准都都是采用用恒温措措施的原原因，比比如LMM3999、LTTZ10000等等。 一只正正在FLLUKEE 88808AA 图图3 五位半半数字万万用表中中“服役役”的LLM3999H图3是是我从FFLUKKE 888088A五位位半数字字万用表表中拍的的恒温电电压基准准LM3399HH。扯远远了，言言归正传传（欲了了解更多多关于电电压基准准源的知知识，请请参看以以前无无线电杂杂志20008年年第7期期中张利利民老师师有关电电压基准准的文章章）。这这种以改改变取样样电阻阻阻值来改改变输出出电压的的稳压电电源应用用是比较较普遍的的，图44照片中中是我们们实验室室中大量量使用的的稳

6、压电电源，就就是使用用调节取取样电阻阻阻值来来调节输输出电压压的，电电压电流流的显示示是使用用一片专专用的电电压测量量芯片IICL771077实现的的，这种种电源价价格低廉廉易于普普及，但但也有显显而易见见的缺点点，因为为进行电电压调节节的可变变电阻经经过长时时间使用用会出现现接触不不良的情情况，这这导致的的后果是是相当严严重的，假假设你正正在将电电压从55V慢慢慢地向66V调整整，因为为某个点点电位器器接触不不良，相相当于电电位器开开路，从从图2可可以看出出，R33开路的的话，输输出电压压就是能能输出的的最高电电压，那那么你心心爱的电电路板就就可能会会回到文文明以前前了。 图4 常用用的稳压

7、压电源 图55 Agiilennt EE36440A数数控稳压压电源 所以更更高端的的电源如如图5所所示的AAgillentt E336400A采用用数字控控制的方方法来实实现电压压以及电电流调节节的，使使用按键键或旋转转编码器器进行设设定，这这样就根根除了调调节环节节的隐患患。 然而一一切事物物都不可可能完美美，因为为数控电电源的输输出电压压都是以以最小步步进电压压值为间间隔的离离散的电电压点，所所以不能能像模拟拟控制的的电源那那样输出出连续的的电压。但但这个缺缺点对我我们平时时的实验验基本没没有影响响，所以以这样的的电源在在我们看看来还是是“完美美”的。这这篇文章章要讲的的就是制制作一个个

8、这样“完完美”的的数控恒恒压恒流流电源。图图6就是是这台电电源的实实物照片片。 图6 本文文所讲述述的数控控稳压电电源 图7 面板板特写本文所讲讲的数控控恒压恒恒流电源源特性如如下：1输出出电压设设定：00200V/00.055V步进进2电电压输出出误差：整个输输出范围围内实测测小于10mmV（FFLUKKE 888088A五位位半数字字万用表表测试）；3输输出电流流设定：033A/00.011A步进进；4电流显显示误差差：小于于5mmA（FFLUKKE 888088A五位位半数字字万用表表测试）；5输输出纹波波峰峰值值小于88mV2A（AAgillentt 5446411D示波波器测试试）；

9、6具有有关闭设设定参数数记忆功功能；77具有有输出使使能功能能；8三个常常用电压压值直接接设置（33.3VV、5VV、122V）（可可通过程程序修改改）；99使用用128864液液晶显示示器，实实时显示示设定的的电压值值、电流流值，当当前通过过测试得得到的电电压值、电电流值以以及输出出状态（图图7所示示）。 先做一一下原理理简析，电电源部分分的原理理图见图图8所示示。这是是个恒压压恒流电电源，所所以它的的结构和和图1框框图中所所示结构构的就不不会有太太大的差差异。首首先2220V的的交流市市电经过过变压器器T1变变压后得得到交流流双122V输出出，即有有中间抽抽头的交交流244V，VVD1VD

10、44组成了了桥式整整流电路路，这个个相信大大家不会会陌生。在在这个桥桥式整流流的上方方还多了了两只可可控硅VVT1、VVT2，方方向和VVD1、VVD2相相同，这这两个可可控硅的的作用是是进行电电压档位位切换的的。当电电源的设设定输出出电压在在8V以以内时，PP4端口口的第44脚HII/LOOW为低低电平（该该电平由由单片机机控制提提供），IIC1、IIC2两两只光电电耦合器器不工作作，所以以可控硅硅VT11、VTT2断开开，此时时的整流流桥由VVD1、VVD2、VVD3和和VD44组成，这这时进入入整流桥桥的是交交流122V。当当电源的的设定输输出电压压高于88V时，PP4端口口的第44脚H

11、II/LOOW为高高电平，这这时ICC1、IIC2两两只光电电耦合器器上电工工作，VVT1、VVT2工工作，交交流244V被加加到了VVT1、VVT2上上，VDD1和VVD2此此时被反反偏而截截至，交交流122V断开开，所以以此时的的整流桥桥由VTT1、VVT2、VVD3和和VD44组成，对对交流224V进进行整流流。这样样就实现现了电压压档位的的切换，以以代替传传统以继继电器切切换的方方式，因因为没有有机械部部件所以以寿命更更长、可可靠性更更高。 图图8 原原理图11（电源源部分） 与图11中的结结构图相相比这个个电源的的电压电电流值都都是可以以调节的的，所以以不是取取样电路路可调就就是基准

12、准电压可可调。这这里我们们使用了了调基准准电压的的方法，因因为取样样电路的的调整一一般是通通过改变变两个分分压电阻阻的阻值值来调整整，要数数字控制制不容易易实现，虽虽然现在在有数控控电阻但但大多只只有8位位，精度度太低不不能满足足要求。在在这里调调节基准准电压是是使用了了一只112位的的双通道道电压输输出型DDA转换换器TLLV56618（IIC5），关关于这个个芯片使使用可以以参考220100年1月月份无无线电杂杂志中我我写的数数字示波波表的文文章，其其中有详详细的描描述这理理解不多多说了。TTLV556188是双通通道122位的DDA转换换器，AA通道用用于最高高输出电电流的设设定，BB通

13、道用用于输出出电压的的设定。使使用REEF1991E（IIC6）作作为TLLV56618的的电压基基准，这这也就是是整个电电源的电电压基准准，基准准电压为为2.0048VV，因为为REFF1911E的温温度系数数为5pppm，负负载调整整率为44ppmm，而且且输出电电流高达达30mmA所以以完全满满足稳压压电源对对基准的的需求，属属于“高高配”。TTLV556188使用22.0448V的的基准，输输出电压压044.0995V时时对应的的输入数数据为0040095，我我们在这这里只取取其04.0000VV的输出出电压范范围，步步进1mmV。对对其进行行5倍放放大就得得到了00200.000V的

14、输输出电压压，步进进5mVV，而我我们的电电源所采采用的步步进是550mVV，这样样就有足足够的余余量对DDA转换换器的输输出带内内误差进进行修正正，但实实际使用用中不经经修正也也是满足足要求的的。 原理图图2（控控制部分分） 图图9 误差放放大器使使用了高高精度双双运算放放大器OOPA222777P（IIC9），因因为它有有着超低低的失调调电压和和超低的的温度漂漂移系数数，以对对提高电电源的精精度和稳稳定度有有着至关关重要的的作用。TTLV556188的B通通道输出出电压用用于设定定输出电电压，该该电压送送到ICC9A的的同相输输入端，反反相输入入端输入入通过RR8、RR9和RR10组组成的

15、11/5分分压电路路分压后后的输出出电压，两两者进行行比较输输出误差差电压用用以控制制调整管管进行输输出电压压的调整整，进而而实现稳稳压的目目的。对对输出电电压和电电流的测测量为了了能和输输出DAA转换器器对应，所所以使用用了一片片12位位4通道道的ADD转换器器ADSS78441E，一一通道用用于输出出电压的的测量，二二通道用用于输出出电流的的测量。AADS778411E需要要一片44.0996V的的电压基基准，所所以使用用REFF1988E（IIC7）为为其提供供，REEF1998E和和REFF1911E是同同系列芯芯片，就就不多说说了。输输出电压压经过11/5分分压后一一路送入入电压误误

16、差放大大器ICC9A，而而另一路路送到了了ADSS78441E（IIC8）的的第2脚脚，即AADS778411E的第第一模拟拟输入单单通道进进行ADD转换，AADS778411E的输输入范围围是040995V，对对应的输输出数据据为040995，测测试转换换的电压压分辨率率为1mmV，但但是输入入电压是是经过11/5分分压的，所所以转换换后的数数值再乘乘以5才才能得到到输出电电压值，所所以电压压测量的的最小分分辨率为为5mVV。为了提高高输出电电流取样样的精度度，所以以输出电电流取样样使用了了一只DDALEE产的0.043W 1%精精度的低低阻值电电阻R55，流过过1A的电电流可以以产生440

17、mVV的压降降，然后后使用仪仪表放大大器ADD6200（IC110）对对R5两端端的压降降进行225倍放放大，可可以得到到1V/1A的的电流取取样关系系，03A的的输出电电流对应应033V的取取样输出出电压，可可以同时时满足DDA转换换器和AAD转换换器的要要求。电电流取样样所得到到的电压压一路送送到ICC9B进进行误差差放大，另另一路送送到ADD转换器器的第二二输入通通道进行行AD转换换，测量量输出电电流。因因为ADDS78841EE的输入入范围是是0440955V，对对应的输输出数据据为040995，所所以电流流测量的的最小分分辨率为为1mAA。 ADD6200的放大大倍数由由R6和R7的

18、并并联值决决定，计计算公式式为Rgg=499.4kk/（G-11），其其中G为放大大倍数，带带入G=25可可得，RRg=22.0558k，因为为2.0058kk不是是标准阻阻值，故故而使用用多圈电电位器调调整得到到，为了了提高电电路的可可靠性，所所以使用用3k的固定定电阻和和10kk的电电位器并并联使用用，即使使电位器器失效，也也不致使使电路参参数发生生巨大变变化而损损坏。TTLV556188的A通道的的输出电电压送到到IC99B的同同相输入入端，IIC9BB的反相相输入端端输入电电流取样样的电压压，由IIC9BB进行误误差放大大输出控控制调整整管。因因为有VVD7和和VD88的存在在，当输输

19、出电流流小于限限制电流流时ICC9B的的同相输输入端的的电压高高于反相相输入端端的电压压，此时时IC99B输出出达到饱饱和，IIC9BB的输出出电压高高于ICC9A的的输出电电压，所所以ICC9B的的输出电电压被VVD8隔隔离，此此时由IIC9AA控制调调整管，电电路工作作在分压压状态。当当输出电电流超过过最高输输出电流流时ICC9B反反相输入入端的电电压高于于同相输输入端的的电压，此此时ICC9B的的输出电电压低于于IC99A，于于是接管管调整管管以实现现输出电电流的恒恒流，电电路工作作在恒流流状态。因因为电源源输出电电压的最最小值是是0V，所所以ICC9和IC110必须须工作在在双电源源下，而而IC99和IC110对负负电源电电流的需需求很小小（低于于10mm A），所所以使用用一片有有1000mA电电流输出出能力的的电荷泵泵芯片MMAX6660（IC33）将+55V电压压镜像成成-5VV为IC99和IC110提供供负电压压，L11和C8组成成LC滤波波器以滤滤除纹波波，使产产生-55V电压压更纯净净。