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数控直流电流源的设计与实现
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图2 V/I转换电路图
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  电压-电流转换模块由精密运放与三个晶体管组成的达林顿管电路构成。转换电路利用晶体管平坦的输出特性和深度负反馈电路使输出电流稳定,如图2所示,此V/I转换电路的带负载能力强,电流输出范围达0~3A。输出电流Io经反馈电阻Rf得到一个反馈电压Vf,Vf= V11-V12,通过R5、R6加到运算放大器的两输入端,设运放两端的电为V1、V2,Vi由单片机DAC输出。因为理想运放的输入电流约等于零,且V1=V2,则:

V12[1-R6/(R2 R6)] ViR6/(R2 R6)=V11R1(R1 R6)

由于V12 =V11-Vf,则:

V11R2/(R2 R6) (ViR6-VfR2)/(R2 R6)=V11R1/(R1 R5)

令R1=R2=10kW,R5 =R6 =1kW,则有Vf=ViR6/R2=Vi/10

若暂不考虑反馈时,

Io=Vi/(10Rf)

  由此可见,输出电流的标定由D/A转换所得输出电压Vi和Rf的阻值决定,成线性变换。Rf由大线径铜丝制作,其温度系数很小(5ppm/℃),大线径可以使其温度影响减至最小。3个三极管应选用大功率管TIP122,且使用散热片,以保证管子工作在线性区。

  电压-电流转换模块还有另外一种方案,即采用三个运放构成输出电流可变的电流源,如图3所示。输出电流I=Vi/R1,为使R1两端的电压保持恒定,由差分放大器IC1b通过射随器IC1c监测R1两端的电位,此电位经IC1b的7脚加到比较器 ICa的反相输入端与Vref比较,根据比较结果使比较器的输出端变化,直到平衡为止,即Vr1=Vi。电路中的电容用于补偿ICa的频率,减少控制环路的延时。只要R1=R2=R3=R4=R5,此电路的性能较好,但带负载能力不强,环路延时补偿对电路的稳定有较大影响。 来源:www.tede.cn

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图3 三运放V/I转换电路 来源:输配电设备网


  系统键盘模块可以采用独立式或行列式(矩阵式)连接方式,该模块主要完成对输出电流和其它信息的设定。直流稳压电源模块为整个系统供电,语音模块实现语音提示,使系统设计更具人性化,系统具有友好的工作界面。凌阳单片机内部集成有ADC、DAC、PLL、AGC、DTMF等模块,语音功能可由软件编程实现,不需要外接任何电路,有效利用了系统资源。

  系统工作及软件流程

  通过以上对各模块的分析,系统在工作过程中由SPCE061A单片机将被预置的电流通过换算进行D/A转换,以输出电压驱动V/I转换电路,并将该电流对应的电压通过闭环回路,经信号处理电路作A/D转换后输入单片机系统,通过PID算法调整电流输出。整个系统工作流程如图4所示。
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