程控电流源的设计_李迎春.pdf

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1、第32卷第10期电子工程师　　　　　　　　　Vo.l32No.102006年10月　ELECTRONICENGINEER　Oct.2006程控电流源的设计李迎春(西安通信学院电子技术系,陕西省西安市710106)摘要:介绍了一种交流压控电流源,采用了数字电压表技术进行电压测量,再利用单片机的运算功能获得其有效值。通过单片机和数模转换芯片对基准电压进行控制,以达到电压控制电流的目的。而传统的压控电流源完全采用模拟电路来实现,与传统的压控电流源相比,它具有精度高、调整范围宽、智能化程度高等优点,是传统压控电流源的理想替代产品

2、。关键词:电压测量;锁相环;压控电流源中图分类号:TN860引言交流压控电流源是熔丝、开关及继电器触点试验和检测的重要设备。电压测量在电工测量领域有广泛的应用,完全采用模拟电路,线路复杂,其精度难以保证,而且不能实现复杂灵活的控制和运算。对一个恒流源的基本要求是当外界条件(如负载、温度)变化时,它的输出电流始终恒定不变。本设计采用了DVM(数字电压表)技术,对周期性的电压信号进行采样,每个周期获得64个采样值,再利用单片机的运算功能获得其有效值。采样脉冲通过锁相环对输入信号进行倍频,用以控制DA/转换和采样保持电路。单片

3、机和D/A转换芯片完成电压到电流的控制。1系统工作原理断信号,启动A/D转换电路快速转换,实现高速数据采集。这样能在输入信号的一个周期内采样64次,充分保证精度。单片机对被采集的信号进行计算得出有效值(数字量),然后输入DA/和电压电流变换电路,得到线性的电流输出信号。该方案以单片机为核心,智能化程度高,还可以扩展,实现显示、打印等功能。1.2系统实现和计算分析变压器的变比为220/6,输入电压信号有效值为165V～235V,经变压器变为4.5V～6.41V,其峰-峰值为18.13V,本设计采用的A/D芯片为AD574

4、,最大量程为20V,所以输入信号满足量程要求。锁相环CD4046用做倍频电路,其倍数为64,因此系统能够在一个周期内采样64次。这些采集到的数值都是离散值,为了得到电压有效值,必须采用数值积分的方法。具体算法如下:1.1总体设计传统的电流源都是完全采用模拟电路,首先经过变压器,再经有效值变换电路,可以产生正比于输入信号有效值的输出电压,最后利用减法器和电压电流变换电路获得线性变化的输出电流。该方案电路技术要求不高,但是精度和调整范围不能满足要求。这里采取的方案如图1所示。图1压控电流源的总体框图　输入的交流电压信号经过变

5、压器和滤波器,其3次以上的谐波被全部滤掉,幅值也降低到量程范围内。信号的频率为工频50Hz,经过锁相环被拉升到50Hz×64=3200Hz,该频率的信号作为单片机的外部中收稿日期:2005-11-29;修回日期:2006-02-28。T0∫U=1Tu2(t)dt(1)式中:U为电压有效值;T为信号周期。因此,T0∫U2=1Tu2(t)dt(2)令F=U2T,f(t)=u2(t),则F=0∫Tf(t)dt利用梯形积分法,可得:F=h3[f0+4(f1+f3+…+f63)+　2(f2+f4+…+f62)+f64]+R式中:

6、R为余项,R=nh905f(4)(ξ)式中:h=T/(2n)为采样间隔;n=N/2,N为每周期采46第32卷第10期李迎春:程控电流源的设计基本电子电路样点数。　　采用的A/D转换芯片是12位的AD574,满量程为20V。AD574最小分辨率为20V/212=4.88mV。D/A转换电路部分采用DAC0832,该芯片为8位D/A转换芯片,基准电压为10V时,分辨率为:Vo,min=10/28=39mV,输出电流为:Io,min=Vo,min=39mV=0.39mARL100Ψ满足输出电流步进为1mA的精度要求。2模块电路

7、的设计2.1电压测量电路实现真有效值的测量,也就是利用计算电路完成式(1)运算。该电路又称计算型AC/DC变换器,这种方案硬件成本高,电路比较复杂。这里采用了DVM技术,该技术可以理解为A/D变换器加电子计数器,在本方案中电子计数器的功能由单片机完成,A/D变换器采用逐次比较型的AD574。电路如图2所示。图2电压测量电路　采样保持电路LF398用来对模拟信号进行存储,在A/D转换开始时将信号电平保持住,使输出值不变,而在A/D转换结束后又能跟上输入信号的变化。其控制信号来自锁相环的输出信号,频率为3200Hz,以配合A

8、/D的采样和转换频率。LF398是通用型的集成采样保持电路,采样时间小于10μs,保持步长为10mV,满足设计要求。采样保持电路和A/D转换电路中间加有一级电压信号缓冲器,用来提高测量的可靠性。2.2采样脉冲产生电路采样脉冲的产生采用锁相环电路直接实现。用锁相环把信号的频率通过计数器进行64倍频,从而在需采集信号的一