一种高精度可调标准电压源的设计.pdf

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1、旦应用技孜术木一种高精度可调标准电压源的设计周松斌，林创鲁刘洋黄可嘉(1．华南理工大学机械与汽车工程学院2．广东省科学院自动化工程研制中心)摘要：针对高精度标准电压源缺乏电压可调、可控功能，本文提出一种高精度可调标准电压源方案。通过采用高稳定度基准电压源、双通道PWM闭环电压调节和双DAC可编程电压输出技术，实现高精度标准电压可调节输出。输出范围OV-IOV，分辨率1r。实测结果表明输出误差低于+(1Ox10+10v)，满足设计要求。关键词：高精度：标准电压源；可调；脉冲宽度调制压模块、双通道PWM闭环电压调节模块、双DAC1引言可

2、编程电压输出模块、低噪声电源模块和中央处理模直流标准电压源可输出精密的直流电压信号，作块。为实现高精度可调、可控标准电压输出，主要思为直流电压的计量检定、精密测量和校验的基准，路是：先由高稳定度基准电压模块输出稳定的7v固在工矿企事业、科研、国防军工、仪表生产制造、质定电压，接着双通道脉宽调制(PulseWidm监等部门广泛使用，具有广阔的开发与应用前景，成Modulation，PWM)闭环电压调节模块通过两路的为人们长期关注和努力的研究热点。PWM调制把电压提升到高稳定的10V，由双DAC标准电压源生产厂家主要有美国福禄克公司、日

3、实现可编程20位数模转换输出0V到10V的高稳定本横河、上海苏特等。输出精度在20x10以下的产度电压。低噪声电源模块用于提供各模块所需直流电品，多数是电压固定型。为了高稳定度和高精度，这压，中央处理模块包含CPU及各类接口。些产品缺乏电压可调、可控功能，产品性价比不高，使用范围受限。近年来，集成电路迅猛发展，各种基于新技术的数模变换器(Digital-to—AnalogConverter，DAC)芯片陆续出现，为电压可调、可控的高精度标准电压源的实现提供了新的解决方法。本文提出一图1整机原理框图种高精度可调标准电压源方3方案设计案

4、，并通过实验验证方案的可行性。3．1低噪声直流电源模块2原理设计为了实现高精度输出及测量性能，必须为其工作高精度可调标准电压源主要设计指标：电压输出电路提供低噪声电源。采用交流滤波-÷环形变压范围0V~10V，．分辨率l，输出精度为_÷I．兀滤波线性调节器的方法设计直流电压电：e(10xl+10)。路，为主板提供直流+13V、一13V和5V三种低噪声整机原理框图如图1所示，包含高稳定度基准电直流电压电源。术基金项目：广州市科技计划项目2OlOJ～D00291、1IA34060555；广东省科技计划项目2011B020401011、2

5、01IB031200002。3．2中央处理模块电压模块提供的电压为固定的7．191051V。CPU采用ST公司的系列处理器STM32处理器3．4双通道PWM闭环控制电压调节模块stm32f103。该处理器是一款高性能、低成本、低功耗、为了克服基准电压源电压较低、负载能力弱的缺外设丰富的嵌入式芯片，最高工作频率可达72MHz，点，需要对其进行调节以提高电压和扩大驱动负载能完全能够满足系统设计要求【3】。除了LCD显示接口、力。传统采用高精度、低温漂电阻网络实现调节的方键盘接口、输入接口外，还设计了USB和网络接口，案，其输出端温漂和精

6、度受电阻网络的影响较大，特结合这些接口可实现标准源的在线可调、可控功能。别是运放增益大时，输出端精度难于保证。本标准源CPU负责恒温控制、PWM调制、DAC编程输采用基于双通道PWM的闭环控制调节技术，在普通出以及各类接口控制及通讯。上位机设定输出电压电阻、运放元件基础上，实现基准电压的等精度放大。值，通过接口与CPU通讯，实现标准电压源的电压双通道PWM的闭环控制调节技术原理图如图2可调、可控。所示。3．3高稳定度基准电压模块基准电压源是高精度标准电压源的“心脏”，直接影响整机的性能及精度。普通基准源存在较大的漂移误差和随图2双通

7、道PWM的闭环控制调节技术原理图机误差，如何减少这两种误差，是研主要包括电压放大反馈回路和斩波稳零反馈电制高精度标准电压源的关键之一。电压基准主要有齐路两部分。电压放大反馈回路主要由低噪放大、输出纳、隐埋式齐纳和带隙三种结构形式，其中隐埋式驱动和分压网络组成，实现电压升压和提高输出驱动齐纳的长期稳定性、噪声、负载调制率等性能参数均能力；斩波稳零反馈电路主要包括主半H桥、次半H优于其它基准源。为得到高稳定度基准电压源，本文桥、高阶低通滤波器、二阶低通滤波器和斩波稳零放采用了恒温控制的隐埋式齐纳基准源。大器组成。双PWM输出用于控制半H

8、桥和次半H基准源采用LTZ1000芯片，片内集成了温度传桥，输出调制波；高阶低通滤波器的输出输入到斩波感器和加热器，温度系数达到0．05~10-6／℃；齐纳管稳零放大器的正相端，二阶低通滤波器的输出与7．1V采用了深埋技术，电压稳定度