高精度恒流源設(shè)計(jì)(電氣況勇)初稿

流源設(shè)計(jì)(電氣況勇)初稿高精度恒流源設(shè)計(jì)目錄摘要Abstract0引言1恒流源入門1.1恒流源定義1.1.1簡(jiǎn)易恒流源1.1.2運(yùn)放恒流源1.1.3恒流源的基本要素2.電力電子技術(shù)和直流穩(wěn)定電源2.1電力電子技術(shù)的概況2.1.2電力電子器件的發(fā)展概況2.1.3電力電子變換技術(shù)的發(fā)展2.1.4電力電子控制技術(shù)的發(fā)展2.2電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)2.3直流變換器軟開關(guān)技術(shù)3高穩(wěn)定度穩(wěn)流電源基礎(chǔ)理論3.1穩(wěn)流電源主要性能指標(biāo)3.2直流穩(wěn)流電源的現(xiàn)狀3.3直流穩(wěn)流電源的發(fā)展趨勢(shì)3.4直流穩(wěn)流電源的分類4.1結(jié)論參考文獻(xiàn)致謝摘要電流源輸出的電流和外部影響無(wú)關(guān)，是電子儀器設(shè)備的壹個(gè)重要組成部分。隨著信息時(shí)代的飛速發(fā)展，電源設(shè)備也逐漸向數(shù)字化的方向發(fā)展。電流源能夠見做輸出電壓隨著負(fù)載而變化，保證負(fù)載中的電流恒定不變。以此為思路，本設(shè)計(jì)MCS51作為控制電路，TL494作調(diào)整電路。整個(gè)電路效率高，輸出較穩(wěn)定，紋波電流較小。主要性能參數(shù)：最大輸出電壓25V20mA。本文先介紹了電流源的應(yīng)用，然后簡(jiǎn)要說(shuō)明電力電子技術(shù)，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，開始分析電流源的電路相應(yīng)參數(shù)的計(jì)算，最后分析控制電路。其中，以控制電路的分析為重點(diǎn)，著重說(shuō)明MCS51在電路中的應(yīng)用。先說(shuō)明硬件電路的組成，然后分析各個(gè)程序，說(shuō)明控制的原理。關(guān)鍵字：電流源；數(shù)控；MCS51ABSTRACTCurrentsoutputbycurrentsourceunrelatedwithexternalparts,wichisanimportantcomponentofelectronicequipment.Withtherapiddevelopmentoftheinformationage,powerequipmentgraduallydevelopsinthedirectionofdigit.Seeingoutputvoltagewiththecurrentsourcescanloadchange,ensuringtheloadcurrentconstantunchanged.Takingthisasawayofthinking,thedesignofabuildingandintroducedanumberofcurrentOverLoadProtectionsources.MCS51usedasacontrolcircuit,TL494adjustedcircuit.Entirecircuitefficiencycanbehigher,theexportingmorestable,andthewavecurrentsbecomesmaller.Thefirstintroducedcurrentsourceapplications,andthenabriefdescriptionofthepowerofelectronictechnology,digitaltechnology,andfollowstheanalysisofcurrentsourcescircuitcorrespondingparameterscalculated,thefinalistheanalysisofcontrolcircuits.Theanalysisfocusedonthecontrolcircuit,highlightingMCS51circuitintheapplication.Firstonthecompositionofthehardwarecircuit,andthenanalysisthevariousofproceduresonthecontrolmethod.Keywords:currentsources,digital,MCS511緒言恒流源入門恒流源是電路中廣泛使用的壹個(gè)組件，以下是比較常見的恒流源的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。恒流源分為流出(CurrentSource)和流入(CurrentSink)倆種形式。最簡(jiǎn)單的恒流源，就是用壹只恒流二極管。實(shí)際上，恒流二極管的應(yīng)用是比較少的，除了因?yàn)楹懔鞫O管的恒流特性且不是非常好之外，電流規(guī)格比較少，價(jià)格比較貴也是重要原因。圖(1)簡(jiǎn)易恒流源最常用的簡(jiǎn)易恒流源如圖(1)所示，用倆只同型三極管，利用三極管相對(duì)穩(wěn)定的be電壓作為基準(zhǔn)，電流數(shù)值為：I=Vbe/R1。這種恒流源優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，而且電流的數(shù)值能夠自由控制，也沒(méi)有使用特殊的元件，有利于降低產(chǎn)品的成本。缺點(diǎn)是不同型號(hào)的管子，其be電壓不是壹個(gè)固定值，即使是相同型號(hào)，也有壹定的個(gè)體差異。同時(shí)不同的工作電流下，這個(gè)電壓也會(huì)有壹定的波動(dòng)。因此不適合精密的恒流需求。為了能夠精確輸出電流，通常使用壹個(gè)運(yùn)放作為反饋，同時(shí)使用場(chǎng)效應(yīng)管避免三極管的be電流導(dǎo)致的誤差。圖(2)運(yùn)放恒流源典型的運(yùn)放恒流源如圖所示，如果電流不需要特別精確，其中的場(chǎng)效應(yīng)管也能夠用三極管代替。電流計(jì)算公式為：I=Vin/R1這個(gè)電路能夠認(rèn)為是恒流源的標(biāo)準(zhǔn)電路，除了足夠的精度和可調(diào)性之外，使用的元件也都是很普遍的，易于搭建和調(diào)試。只不過(guò)其中的Vin仍需要用戶額外提供。從之上倆個(gè)電路能夠見出，恒流源有個(gè)定式就是利用壹個(gè)電壓基準(zhǔn)，在電阻上形成固定電流。有了這個(gè)定式，恒流源的搭建就能夠擴(kuò)展到所有能夠提供這個(gè)“電壓基準(zhǔn)”的器件上。最簡(jiǎn)單的電壓基準(zhǔn)，就是穩(wěn)壓二極管，利用穩(wěn)壓二極管和壹只三極管，能夠搭建壹個(gè)更簡(jiǎn)易的恒流源。如圖(3)所示：電流計(jì)算公式為：I=(Vd-Vbe)/R1L431是另外壹個(gè)常用的電壓基準(zhǔn)，利用TL431搭建的恒流源如圖(4)所示，其中的三極管替換為場(chǎng)效應(yīng)管能夠得到更好的精度。電流計(jì)算公式為：I=2.5/R1事實(shí)上，所有的三端穩(wěn)壓，都是很不錯(cuò)的電壓源，而且三端穩(wěn)壓的精度已經(jīng)如圖(5)所示。這種結(jié)構(gòu)的恒流源，不適合太小的電流，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候，三端穩(wěn)壓自身的維持電流會(huì)導(dǎo)致較大的誤差。電流計(jì)算公式為：I=V/R1，其中V是三端穩(wěn)壓的穩(wěn)壓數(shù)值。實(shí)際的電路中，有壹些特殊的結(jié)構(gòu)，也能夠提供很好的恒流特性，最典型的就是壹個(gè)很高的電壓通過(guò)壹個(gè)電阻在壹個(gè)低壓設(shè)備上形成電流，如圖(6)，這個(gè)恒流源的精度，取決于高壓的精確度和低壓設(shè)備本身導(dǎo)致的電壓波動(dòng)。在壹些開關(guān)電源電路中，這個(gè)結(jié)構(gòu)用來(lái)給三極管提供偏置電流。電流計(jì)算公式為：I=Vin/R1值得壹提的是，之上這些恒流源且不都適合安培之上級(jí)別的恒流應(yīng)用，因?yàn)殡娮枭厦嫣蟮碾娏鲿?huì)導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重。圖(2)能夠通過(guò)使用更小的電阻來(lái)降低這個(gè)熱量，不過(guò)在單電源供電模式下，多數(shù)運(yùn)放都不能有效檢測(cè)和輸出接近地或者VccTL431等）偏置電阻上面的電壓，使得這個(gè)電壓進(jìn)入運(yùn)放的檢測(cè)范圍。恒流源的基本要素恒流源的實(shí)質(zhì)是利用器件對(duì)電流進(jìn)行反饋，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)備的供電狀態(tài)，從而使得電流趨于恒定。只要能夠得到電流，就能夠有效形成反饋，從而建立恒流源。能夠進(jìn)行電流反饋的器件，仍有電流互感器，或者利用霍爾元件對(duì)電流回路上某些器件的磁場(chǎng)進(jìn)行反饋，也能夠利用回路上的這些方式都能夠構(gòu)成有效的恒流源，而且更適合大電流等特殊場(chǎng)合，電力電子技術(shù)的概況隨著19世紀(jì)初電磁學(xué)原理的發(fā)現(xiàn)，電力技術(shù)得到了很大地發(fā)展，各種電氣隨后，晶體管特別是三極管的出現(xiàn)促使電子學(xué)進(jìn)入壹個(gè)新的臺(tái)階，集成電路和微電子技術(shù)的進(jìn)壹步發(fā)展成為可能。伴隨著電力技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，許多新的控制技術(shù)和方法也誕生了。至今，隨著用戶對(duì)供電要求的提高，電力技術(shù)、電子技術(shù)和控制技術(shù)融為壹體成為壹門新興的交叉學(xué)科:電力電子技術(shù)。電力電子技術(shù)是二十壹世紀(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之壹，它是壹門使用電力半導(dǎo)體器件，應(yīng)用電路和控制理論知識(shí)分析開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的高效變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)是電工技術(shù)的分支之壹。應(yīng)用電力電子器件和以計(jì)算機(jī)為代表的控制技術(shù)，對(duì)電能特別是大的電功率進(jìn)行處理和變換，是電力電子技術(shù)的主要任務(wù)。能夠認(rèn)為，電力電子技術(shù)研究的內(nèi)容包括以下三個(gè)基本內(nèi)容:①元器件(電力電子器件，磁元件及電容器)。②電力電子變流技術(shù)，包括改變頻率、電壓、電流及變換相數(shù)。③電力電子電路的控制技術(shù)。現(xiàn)代電源技術(shù)是應(yīng)用電力電子半導(dǎo)體器件，綜合自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)〔微處理器)技術(shù)和電磁技術(shù)的多學(xué)科邊緣交叉技術(shù)。在各種高質(zhì)量、高效、高可靠的電源中起關(guān)鍵作用，是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的具體應(yīng)用。當(dāng)前，電力電子作為節(jié)能、節(jié)材、自動(dòng)化、智能化、機(jī)電壹體化的基礎(chǔ)，正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠(yuǎn)的將來(lái).電力電子技術(shù)將使電源技術(shù)更加成熟、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，實(shí)現(xiàn)高效率和高品質(zhì)用電相結(jié)合.電力電子器件的發(fā)展概況電力電子學(xué)誕生以后，人們常把相對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體學(xué)科分為倆個(gè)分支:壹個(gè)是以集成電路為核心的微電子學(xué);另壹個(gè)則是以大功率半導(dǎo)體器件為代表的電力電子學(xué)。前者單元器件的功率越來(lái)越小;后者單元器件的功率越來(lái)越大電力電子器件，既是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，也是電力電子技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)這又把半導(dǎo)體學(xué)科的倆個(gè)分支有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，于是就出現(xiàn)了功率集成電路(PowerIC)簡(jiǎn)稱PIC率下面概略介紹國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的電力電子器件的發(fā)展動(dòng)向和目前水平。(1)雙極功率晶體管由于雙擴(kuò)散工藝的成熟，使器件的電壓、電流、功率等額定值達(dá)到很高水平且己經(jīng)出現(xiàn)了許多具有較快開關(guān)速度和較低開關(guān)損耗的新器件。隨著模塊化技術(shù)的進(jìn)步，巨型晶體管(GiantTransistor)簡(jiǎn)稱GTR，已經(jīng)向高耐壓、大容量方向發(fā)展。雙極功率晶體管應(yīng)用的主要局限性是隨著阻斷電壓的增加，器件增益降低。由于雙極功率晶體管是電流控制器件，增益減小導(dǎo)致了控制信號(hào)的增加，這就需要分立電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而增加了成本。另外由于受安全工作區(qū)的限制，雙極功率晶體管的應(yīng)用需要緩沖電路，這也會(huì)提高應(yīng)用中的系統(tǒng)成本?？傊壳半p極功率晶體管器件發(fā)展的主要目標(biāo)仍是高速晶體管、達(dá)林頓晶體管、功率模塊以及混合集成器件的制造。(2)晶閘管和可關(guān)斷晶閘管(GTO)自從1957年晶閘管問(wèn)世以來(lái)，其功率容量大約增加了30001000A,12000V定生產(chǎn)水平已經(jīng)是4000A,8000V，而且具有過(guò)壓自保護(hù)功能它在直流輸電、無(wú)功補(bǔ)償、大功率直流電源、超大功率和高壓變頻調(diào)速等方面仍有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。和晶閘管相比，GTO具有快的關(guān)斷速度，高的關(guān)斷電流容量和大的關(guān)斷安全工作區(qū)。它代表了晶閘管的發(fā)展方向。(3)功率MOSFET功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管集中了電子管、雙極功率晶體管和晶閘管等優(yōu)點(diǎn)，它具有開關(guān)速度快、驅(qū)動(dòng)功率小和極好的安全工作區(qū)(SOA)等特性，因此，在高性能的開關(guān)電源、斬波器和電機(jī)控制的逆變電源中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。它的特點(diǎn)如下:MOSFET是多數(shù)載流子器件，不存在少數(shù)載流子的存貯效應(yīng)，開關(guān)速度極快，目前IC直接驅(qū)動(dòng)的功率MOSFET的開關(guān)頻率均高于l00kHz。在IMHz左右高頻工作下的DC/DC轉(zhuǎn)換器已經(jīng)問(wèn)世。(4)絕緣柵雙極晶體管(IGBT)IGBT的主要特點(diǎn)是能集MOSFET的電壓激勵(lì)和達(dá)林頓管的大電流低導(dǎo)通電阻特性于壹體，仍保存了高速、高可靠、低開關(guān)損耗、低脈沖拖尾電流，對(duì)溫度不敏感等MOSFETGBT流可比同類MOSFET的輸出電流增加倆倍之上。IGBT有壹個(gè)固有的特點(diǎn)，即其開關(guān)輸出脈沖后沿有約1,us長(zhǎng)的拖尾電流。此電流會(huì)產(chǎn)生壹定的開關(guān)損耗。(5)靜電感應(yīng)晶體管(SIT)和靜電感應(yīng)晶閘管(SITH)靜電感應(yīng)晶體管(SIT)和靜電感應(yīng)晶閘管(SITB)分別于70年代初期及中期在日本研制成功，現(xiàn)已應(yīng)用于許多領(lǐng)域。功率SIT是具有非飽和輸出特性的多子器件，可實(shí)現(xiàn)極高速工作;由于它具有正溫度特性，能實(shí)現(xiàn)多個(gè)SIT且聯(lián)工作，容易實(shí)現(xiàn)大電流化。SITH和普通晶閘管和GTO相比，有低正向壓降、高開關(guān)速度、高阻斷增益、di/dt和dvldtSIT相比，導(dǎo)通電壓較低，但開關(guān)速度也低于SIT。它在大容量應(yīng)用方面很有前途?？傊?，今后電力電子器件將沿著壹下幾個(gè)方向發(fā)展:①大容量化，即高壓、大電流;;;④低導(dǎo)通壓降，可降低導(dǎo)通損耗;⑤模塊化，使主電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，體積縮小:⑥功直集成化，將驅(qū)動(dòng)、保護(hù)、檢測(cè)、控制等功能和器件集成，使裝置更為簡(jiǎn)化。1.1.2電力電子變換技術(shù)的發(fā)展從電能變換功能來(lái)見，電源設(shè)備中常用的變換電路有四種:AC/DC,DC/AC，DC/DC,AC/AC。每種又有單相，三相及其它各種電路類型。下面僅就四種變換電路的發(fā)展方向進(jìn)行概述性的介紹:①AC/DC變換將交流電變換成直流電稱為AC/DC變換，這種變換的功率流向由電源傳向負(fù)載，壹般稱為“整流”。通常單相半波可控整流電路因其性能較差，只應(yīng)用于小功率場(chǎng)合，在實(shí)際應(yīng)用中，廣泛使用的是單相全波可控整流電路。其電路形式有:單相橋式全控整流、單相橋式半控整流及單相雙半波整流電路。三相AC/DC變流器具有比單相變流器更加優(yōu)越的性能，諸如輸出電壓高、脈動(dòng)程度小、源側(cè)功率因數(shù)高以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等。因此它不僅在中、大功率領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，而且仍在直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中得到應(yīng)用。常規(guī)的整流裝置，由于工作方式的影響，功率因數(shù)低，且諧波電流污染了電網(wǎng)，而導(dǎo)致用電設(shè)備之間的相互干擾。因此近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究功率因數(shù)校正器(PFC)成為熱點(diǎn)。正是由于單級(jí)PFC電路在滿足諧波標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)仍能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、高性能，尤其適用于小功率應(yīng)用，因此具有很大的市場(chǎng)前景。②DC/AC變換將直流電變換成交流電稱之為DC/AC高壓大功率逆變技術(shù)是當(dāng)前電力電子技術(shù)的壹個(gè)最新發(fā)展動(dòng)向。它們主要應(yīng)用于大功率電機(jī)調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)和電力系統(tǒng)。這壹方面是因?yàn)楣I(yè)應(yīng)用的實(shí)際需要;另壹方面是因?yàn)樵谶@壹領(lǐng)域有許多挑戰(zhàn)性的前沿研究課題:如高功率開關(guān)容量(50MVA)(>9000v)(>6000A)的新型大功率器件;新型多電平逆變器;大功率逆變器的串且聯(lián)及動(dòng)態(tài)投切;超大功率逆變器的EMC:新型靈活交流輸電系統(tǒng)等。③DC/DC變換將直流電能的任壹參數(shù)(IGM值和極性)加以轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)這壹轉(zhuǎn)換的裝置稱為直流變換器或斬波器。以直流變換器為核心的開關(guān)電源隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用越來(lái)越廣，目前己成為壹個(gè)重要的新興產(chǎn)業(yè)。1985年有人提出了移相控制PWM變換器，通過(guò)調(diào)節(jié)移相角的大小來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。目前，DC/DC電源的軟開關(guān)技術(shù)仍是電力電子技術(shù)的壹個(gè)研究熱點(diǎn)。④AC/AC變換AC/AC變換亦稱交流調(diào)壓和周波變換，把恒定交流變換為可變交流稱為交流調(diào)壓，把固定頻率的交流變?yōu)轭l率可變的交流稱為變頻。變頻電路按照變換次數(shù)又可分為間接變頻和直接變頻倆種結(jié)構(gòu)。前者指包括整流和逆變倆次變換，即將工頻電網(wǎng)的交流電能經(jīng)整流器變換為直流電能，再由逆變器變換為另壹頻率的交流電能。這種電路結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，技術(shù)也較為成熟，生產(chǎn)上已得到廣泛應(yīng)用。直接變頻電路較間接變頻電路在結(jié)構(gòu)上復(fù)雜，但只有壹次轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)效率較高，對(duì)大容量裝置有價(jià)值。電力電子控制技術(shù)的發(fā)展電力電子控制策略的發(fā)展體當(dāng)下各種控制理論和控制思想的嘗試和應(yīng)用。目PFCPI控制是工程實(shí)際中應(yīng)用最廣的控制器，它概念清晰，容易實(shí)現(xiàn)，且魯棒性強(qiáng)。比例P調(diào)節(jié)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，積分I調(diào)節(jié)消除靜態(tài)誤差、增加穩(wěn)態(tài)精度，同時(shí)又增加了控制的相位滯后。PI穩(wěn)態(tài)精度不容易滿足要求。重復(fù)控制是壹種基于周期的控制方法，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于質(zhì)子同步加速器等高在重復(fù)信號(hào)發(fā)生器內(nèi)模的作用下，控制器進(jìn)行逐周期點(diǎn)對(duì)應(yīng)式的積分控制，通過(guò)對(duì)波形誤差的逐點(diǎn)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)時(shí)無(wú)靜差的控制效果。二瞬時(shí)內(nèi)環(huán)反饋控制是通過(guò)負(fù)反饋使反饋量接近給定，且抑制反饋環(huán)所包圍的環(huán)節(jié)的參數(shù)變動(dòng)或擾動(dòng)所引起的偏差。因此在逆變器控制中，若給定為正弦，瞬時(shí)值內(nèi)環(huán)控制能使輸出電壓波形盡量接近正弦，從而減小輸出電壓畸變率。電壓電流的雙環(huán)控制能夠避免單環(huán)控制在抵抗負(fù)載擾動(dòng)方面的缺點(diǎn)，同時(shí)具就是電流內(nèi)環(huán)的設(shè)計(jì)要求具備足夠?qū)挼膸?，這就使得對(duì)數(shù)字控制器提出了很高的要求。相互促進(jìn)的。新器件的產(chǎn)生使得新的電路和控制能夠?qū)崿F(xiàn)，同時(shí)壹種新的電路和應(yīng)用又反過(guò)來(lái)促進(jìn)器件的發(fā)展。1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)時(shí)間進(jìn)入21世紀(jì)，如何解決能源、資源和環(huán)境問(wèn)題，成為困擾我們?nèi)祟惿娴闹卮髥?wèn)題，以功率變換為目的、以實(shí)現(xiàn)高效獲得高品質(zhì)電能為根本任務(wù)的電力電子反唇技術(shù)，同微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合將成功地解決這些危機(jī)。功率變換技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)能夠概括為:.21世紀(jì)電力電子技術(shù)研究領(lǐng)域可從電力半導(dǎo)體器件、電力電子成套裝置及控制理論三大方面來(lái)探討，而電力電子成套裝置又隨行業(yè)的不同可分為很多方面。1.3直流變換器軟開關(guān)技術(shù)自電力電子開關(guān)變換器出現(xiàn)以后，PWM技術(shù)以效率高、動(dòng)態(tài)性能好、線性度高等優(yōu)點(diǎn)在各種電力變換器中得到廣泛的應(yīng)用，而且己經(jīng)被認(rèn)為是電力變換器領(lǐng)域中壹項(xiàng)成熟、理想和重要的基本控制技術(shù)，在今后仍然具有較大的發(fā)展?jié)摿?。直流變換器壹般采用PWM控制方式，開關(guān)管工作在硬開關(guān)狀態(tài)。傳統(tǒng)的PWM:(1)開關(guān)器件在開通和關(guān)斷時(shí)由于開關(guān)管的電壓和電流的交疊區(qū)產(chǎn)生的開通損耗和關(guān)斷損耗隨開關(guān)頻率的提高而增加;(2)開關(guān)器件關(guān)斷時(shí)電路中的雜散電感產(chǎn)生很大的di/dt，過(guò)高的電壓尖峰加在開關(guān)器件的倆端容易造成開關(guān)器件電壓擊穿:(3)當(dāng)開關(guān)器件在高壓下開通時(shí)，開關(guān)器件結(jié)電容通過(guò)開關(guān)器件放電，產(chǎn)生很大的沖擊電流，不僅增加器件的損耗，而且仍可能導(dǎo)致器件的過(guò)熱損壞;(4)開關(guān)器件在開關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生的高頻噪聲造成傳導(dǎo)和輻射干擾。因此硬開關(guān)直流變換器的開關(guān)頻率不可能太高。然而電力變換器的體積和重量和開關(guān)頻率有著直接的關(guān)系。提高開關(guān)頻率能夠使變換器中變壓器、電感等磁性元件以及電容的體積和重量都大為減小，從而提高變換器的功率密度。此外，提高開關(guān)頻率對(duì)于降低開關(guān)電源的音頻噪聲和改善動(dòng)態(tài)性能都大有好處。在直流電力變換器中，提高開關(guān)頻率的基本思路是發(fā)展新型的主電路拓?fù)浼耙及闶峭ㄟ^(guò)有序、受控的諧振造成開關(guān)管的零電壓或零電流開關(guān)環(huán)境，且讓變換器中全部或部分開關(guān)管只在這種環(huán)境下進(jìn)行開通和關(guān)斷，即“軟開關(guān)”技術(shù)。直流開關(guān)電源的軟開關(guān)技術(shù)壹般可分為以下幾類:(1)全諧振型變換器，壹般稱之為諧振變換器。(2)準(zhǔn)諧振變換器和多諧振變換器。(3)零開關(guān)PWM變換器。(4)零轉(zhuǎn)換PWM變換器。本文主要內(nèi)容高能物理研究中的粒子(質(zhì)子、電子、重離子等)加速器、核磁共振裝置、超導(dǎo)電工技術(shù)研究以及計(jì)量測(cè)試等精密應(yīng)用都對(duì)電源的性能和規(guī)格提出了新的要求。高度發(fā)達(dá)的現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)迫切需要高精度高穩(wěn)定度的電源.主要內(nèi)容如下:第壹部分介紹了高穩(wěn)定度電源基礎(chǔ)理論。且從數(shù)學(xué)的角度，給出了高穩(wěn)定度電流源的主要性能指標(biāo)的定義第二部分簡(jiǎn)述了直流穩(wěn)流電源的控制結(jié)構(gòu)第三部分設(shè)計(jì)出方案且進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。第四部分對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，得出穩(wěn)定電源中影響穩(wěn)定度的主要因素及解決手段2高穩(wěn)定度穩(wěn)流電源基礎(chǔ)理論2.1穩(wěn)流電源主要性能指標(biāo)穩(wěn)流電源的主要性能指標(biāo)是電流穩(wěn)定度，它表明電源在輸入交流電壓、負(fù)載電阻和環(huán)境溫度變化時(shí)，以及在開機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，使電源輸出電流維持給定值的能力。壹般情況下，穩(wěn)流電源在輸入電壓Uin、負(fù)載電阻RL、環(huán)境溫度T改變時(shí)，輸出電流都會(huì)改變。另外，開機(jī)后電源本身的有關(guān)參數(shù)也會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間t改變和漂移，引起電流的漂移，電源輸出穩(wěn)定電流I。可用下式來(lái)表示(2.1)由于穩(wěn)流電源輸出電流Is是個(gè)多變量的函數(shù)，對(duì)其變化量△l.分別對(duì)各個(gè)變量單獨(dú)變化時(shí)所引起的變化量進(jìn)行計(jì)算，然后再綜合，而當(dāng)計(jì)算某壹變量時(shí)，不考慮其他變量的影響。這樣所得到的電流輸出量對(duì)該變量導(dǎo)數(shù)即是如下式所示:(2.2)為了表示穩(wěn)流電源在上述固素變動(dòng)影響下的穩(wěn)定性，通常采用以下指標(biāo):I.電流長(zhǎng)期穩(wěn)定度si:表示在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，輸出電流的變化和當(dāng)時(shí)輸出電流相之比，即(2.3)8小時(shí)、24小時(shí)不等，在實(shí)踐中多用該指標(biāo)來(lái)衡量電源的穩(wěn)定性。2.穩(wěn)流系數(shù)si:表示在負(fù)載電阻和環(huán)境溫度不變的情況下，輸出電流的相對(duì)變化量和輸入電壓相對(duì)變化量之比，即其中△Uin/Uin常以10%作為基本單位。3.動(dòng)態(tài)內(nèi)阻Ro:表示在輸入電壓和環(huán)境溫度不變的情況下，輸出電壓的相對(duì)變化量和輸出電流相對(duì)變化量之比，即:理想穩(wěn)流源的內(nèi)阻為無(wú)限大。4.溫度系數(shù)kit;表示在輸入電壓和負(fù)載不變時(shí)，電源輸出電流的變化量和環(huán)境溫度的變化量之比。kit=之上三個(gè)指標(biāo)主要用來(lái)衡量穩(wěn)流電源的穩(wěn)定性。5.電流紋波ri;:電流紋波大小通常用輸出電流中交流分量的峰峰值或有效值和當(dāng)時(shí)直流分量的比來(lái)表示。ri=(27).直流高穩(wěn)定度電源的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)隨著電子設(shè)備向高精度、高穩(wěn)定性和可靠性方向發(fā)展，對(duì)設(shè)備的能源部件壹電源也相應(yīng)地提出了更高的要求。在穩(wěn)定電源里面，鑒于理論和工藝等多方面的差異，通常按穩(wěn)定度劃分為普通穩(wěn)定電源和高穩(wěn)定度電源。普通穩(wěn)定電源是許多電子設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室必須具備的1%～0.1%制的二次電源，它和普通穩(wěn)定電源的區(qū)別在于其輸出電壓(或電流)少優(yōu)于100PPM(萬(wàn)分之壹或1X10-4)達(dá)0.001PPM(十億分之壹)。世界各國(guó)在要求高質(zhì)量供電的技術(shù)中，仍普遍采用蓄電池供電方式。蓄電池最突又不經(jīng)濟(jì)，而且有腐蝕性的液體或氣體揮發(fā)物損害工作人員的健康和精密的儀器儀表。更主要的在于其容量有限，傳輸損耗大，放電曲線不理想，大電流使用不穩(wěn)定。此外，某些運(yùn)動(dòng)的負(fù)載對(duì)象，裝載蓄電池顯然不太方便，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，蓄電池這種傳統(tǒng)的供電方式在許多方面已越來(lái)越不適應(yīng)了。二十世紀(jì)六十年代以后，有了新的發(fā)展。首先是空間技術(shù)、控制技術(shù)和測(cè)量技術(shù)的實(shí)際需要，隨著優(yōu)質(zhì)振子的自穩(wěn)零放大器、光電放大器、電流比較儀等臻把高穩(wěn)定度電源技術(shù)推上了新水平。短短的十幾年間，高穩(wěn)定度電源在許多方面不僅僅能夠取代蓄電池，而且在容量和性能上遠(yuǎn)比蓄電池優(yōu)越，功能更完善，逐步形成高穩(wěn)定度電源這壹現(xiàn)代電源技術(shù)分支。直流穩(wěn)流電源的分類按照控制方式不同，高穩(wěn)定度直流穩(wěn)流電源仍可分為以下幾種:線性電源、相控電源和開關(guān)電源。線性電源利用大功率晶體管的放大特性來(lái)進(jìn)行工作，它又分為串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)流和且聯(lián)調(diào)整穩(wěn)流倆種方式。線性電源的穩(wěn)流特性好，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，噪聲小，可是在大電流工作時(shí)，需要串聯(lián)和且聯(lián)較多數(shù)量的大功率晶體管，特別是作為低壓大電流電源時(shí)，因?yàn)橛姓{(diào)壓器預(yù)調(diào)壓，因此效率更低，響應(yīng)很慢。晶閘管相控電源是利用晶閘管的相控特性來(lái)穩(wěn)流的。晶閘管相控電源輸出紋波較大，對(duì)電網(wǎng)干擾比較嚴(yán)重，壹般采用多相串聯(lián)或且聯(lián)整流工作以減小紋波，開關(guān)電源可分為斬波器方式和變換器方式倆種。開關(guān)電源利用開關(guān)管的開關(guān)特勝，通過(guò)控制開關(guān)管占空比進(jìn)行工作，工作頻率達(dá)幾十至幾百千周，省掉了體積龐大的工頻變壓器和電抗器，因而電源效率高、體積小，但輸出功率較小，且存在電磁兼容問(wèn)題?？墒墙陙?lái)，隨著新型半導(dǎo)體開關(guān)元件的出現(xiàn)，和各種軟開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的提出，有效克服了開關(guān)電源的固有缺點(diǎn)，提高了開關(guān)電源單機(jī)輸出功率，開關(guān)電源迅速普及開來(lái)，得到廣泛應(yīng)用。目前在中小功率電源方面，幾乎完全取代了線性電源和相控電源。同時(shí)采用變換器且聯(lián)和開關(guān)管且聯(lián)，開關(guān)電源的輸出功率大幅度提高，在中、大功率領(lǐng)域也逐步占有壹席之地。2.2直流穩(wěn)流電源控制結(jié)構(gòu)高穩(wěn)定度直流穩(wěn)流電源是壹種以半導(dǎo)體元件為功率變換和控制器件的、以穩(wěn)定輸出電流為目的的大功率電力電子設(shè)備。在磁鐵電源中，其輸出功率從幾百瓦到幾百千瓦，輸出電流從幾安培到幾千安培不等。高穩(wěn)定度直流穩(wěn)流電源是由基準(zhǔn)、電流采樣裝置、功率變換器、調(diào)節(jié)器、濾波器、負(fù)載等幾部分組成的，采用負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)節(jié)原理的系統(tǒng)，原理框圖如下圖所示基準(zhǔn)提供參考電壓，決定著穩(wěn)流電源的輸出值;電流采樣裝置對(duì)電源實(shí)際輸;調(diào)節(jié)器對(duì)基準(zhǔn)電壓和反饋電壓的差進(jìn)行放大;調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)作為控制信號(hào)去控制穩(wěn)流執(zhí)行環(huán)節(jié)壹功率變換器的動(dòng)作:濾波器對(duì)輸出電流進(jìn)行濾波，然后將符合要求的電流供給負(fù)載。對(duì)線性電源來(lái)說(shuō)，執(zhí)行環(huán)節(jié);對(duì)可控硅相控電源來(lái)說(shuō)是可控硅整流器;對(duì)開關(guān)電源來(lái)說(shuō)則是開關(guān)變換器。(I)基準(zhǔn)Uref:又稱給定環(huán)節(jié)，用來(lái)提供基準(zhǔn)信號(hào)，壹般為電壓信號(hào)，但代表給定電流?；鶞?zhǔn)首先要好，意即基準(zhǔn)的穩(wěn)定度要非常好，因?yàn)殡娫吹妮敵鲭S基準(zhǔn)幾近相同比例變化。壹般說(shuō)來(lái)基準(zhǔn)的穩(wěn)定度要高于整機(jī)輸出量穩(wěn)定度半個(gè)量級(jí)之上?；鶞?zhǔn)是高穩(wěn)定度電源的基礎(chǔ)，不論是模擬基準(zhǔn)仍是數(shù)字基準(zhǔn)，除應(yīng)根據(jù)要求選擇基準(zhǔn)外，對(duì)其外圍元件和工作狀態(tài)也必須精心選擇，確保所選基準(zhǔn)工作在最佳狀態(tài)。(2)采樣反饋環(huán)節(jié):用以測(cè)量電源輸出電流，且將其轉(zhuǎn)換成反饋電壓信號(hào)Uf，以便和基準(zhǔn)進(jìn)行比較。反饋電壓信號(hào)是否能準(zhǔn)確反映輸出電流的變化同樣決定電源的穩(wěn)流精度。對(duì)電流檢測(cè)轉(zhuǎn)換元件的要求是高帶寬，以便對(duì)電流的變化能夠快速反應(yīng);:時(shí)間的穩(wěn)定性，減小電流檢測(cè)元件對(duì)輸出電流的影響:抗干擾能力強(qiáng)。(3);放大校正環(huán)節(jié)是帶有校正環(huán)節(jié)的放大器，將反饋信號(hào)Uf和基準(zhǔn)信號(hào)Uref進(jìn)行比較，得到誤差信號(hào)△U。壹方面放大誤差信號(hào)AU，得到控制信號(hào)△Uk，另壹方面改善電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。穩(wěn)流電源中用的較多的有比例-積分(PI)-積分-微分(PID)電源特性密切相關(guān)。(4)執(zhí)行環(huán)節(jié):對(duì)線性電源來(lái)說(shuō)，控制信號(hào)△Uk送入調(diào)整管的基極，控制調(diào)整管的集電極電壓:對(duì)相控電源來(lái)說(shuō)，DUk送入晶閘管的觸發(fā)電路，控制晶閘管的導(dǎo)通角;對(duì)開關(guān)電源來(lái)說(shuō)，DUk送入脈寬調(diào)制器，控制開關(guān)管占空比。(5)其他環(huán)節(jié):主要指電源的濾波器和負(fù)載，仍包括各種繼電保護(hù)電路及狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路等。2.3直流穩(wěn)流電源的穩(wěn)態(tài)誤差直流穩(wěn)流電源的穩(wěn)態(tài)誤差可分為倆類:第壹類為靜態(tài)誤差(簡(jiǎn)稱靜差)，和電源系統(tǒng)的類型及輸入信號(hào)有關(guān)，包括給定靜差和擾動(dòng)靜差，靜差能夠通過(guò)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)來(lái)克服;第二種為系統(tǒng)誤差，主要由電流采樣單元、調(diào)節(jié)器、基準(zhǔn)的溫漂、時(shí)漂引起的，是電源系統(tǒng)無(wú)法克服的誤差。穩(wěn)流電源控制結(jié)構(gòu)可用傳遞函數(shù)表示如下:給定靜差傳遞函數(shù)Gc(s)為調(diào)節(jié)器，壹般采用運(yùn)算放大器電路Gcn(s)為功率變換器Gld(s)壹般為磁鐵線圈，是壹個(gè)慣性環(huán)節(jié);Hd(s)為電流采樣環(huán)節(jié)，實(shí)際上能夠見作壹個(gè)比例因子。Uref是基準(zhǔn)給定U3(S)為調(diào)節(jié)器誤差Us(S)為功率變換器誤差U2(S)為電網(wǎng)擾動(dòng)、負(fù)載擾動(dòng)等綜合影響穩(wěn)定度而調(diào)節(jié)器又無(wú)法克服的誤差主要有三項(xiàng):(1)基準(zhǔn)源偏差dUref:(2)采樣偏差dHd:當(dāng)電流采樣裝置反饋系數(shù)變化時(shí)，檢測(cè)出的反饋信號(hào)不能真實(shí)反映電流而使電源的電流出現(xiàn)誤差，從而影響電源的穩(wěn)定度。(3)調(diào)節(jié)器引入的偏差dU3:為調(diào)節(jié)器，且且將集成運(yùn)算放大器進(jìn)行理想化處理，而實(shí)際工作中，實(shí)際的元件性能和理想運(yùn)算放大器是有差別的，且不滿足上述理想化條件，因此對(duì)實(shí)際集成運(yùn)算放大器來(lái)說(shuō)存在計(jì)算誤差.2.4減少系統(tǒng)誤差的措施及其實(shí)現(xiàn)方法前壹節(jié)已經(jīng)分析了直流穩(wěn)流電源的穩(wěn)態(tài)誤差的主要來(lái)源，且給出了提高穩(wěn)定度的主要方法。本節(jié)主要介紹如何實(shí)現(xiàn)這些方法，以減少那些影響穩(wěn)定度而調(diào)節(jié)器又無(wú)法克服的誤差。2.4.1基準(zhǔn)電壓源當(dāng)基準(zhǔn)電壓Uref由于某種原因不穩(wěn)定而量值變化時(shí)，將使輸出電壓或輸出電流以同樣的相對(duì)值變化。因此基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定度將是穩(wěn)壓電源和穩(wěn)流電源穩(wěn)定度的極限值，再加上其他因素對(duì)穩(wěn)定電源穩(wěn)定度的影響，壹般電源的穩(wěn)定度要比基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定度要低壹個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，若要獲得電源較高的穩(wěn)定度，必須使基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定度高于所要求的電源穩(wěn)定度壹個(gè)數(shù)量級(jí).基準(zhǔn)電壓的不穩(wěn)定，主要是由于基準(zhǔn)電壓源的溫漂、噪聲、包括向基準(zhǔn)電壓源供電的輔助電源的電壓波動(dòng)及紋波等影響所造成的。因此對(duì)于基準(zhǔn)源主要的要求就是溫漂低、噪聲小?；鶞?zhǔn)壹般有標(biāo)準(zhǔn)電池、穩(wěn)壓二級(jí)管等。標(biāo)準(zhǔn)電池穩(wěn)定度非常好且無(wú)噪聲，但電壓比較低，只有1V左右，輸出功率較小，調(diào)節(jié)不方便，存在使用壽命問(wèn)題;穩(wěn)壓二級(jí)管等由半導(dǎo)體元件組成，由于硅管和鍺管相比穩(wěn)定性較好，所以穩(wěn)壓管幾乎都用硅管。它的基準(zhǔn)電壓高，調(diào)節(jié)方便，使用壽命長(zhǎng)，得到了廣泛的應(yīng)用，但半導(dǎo)體元件易受干擾、有噪聲、受溫度影響比較大。隨著集成電路技術(shù)的不斷進(jìn)步，模擬集成電路制造商推出了許多種類的高精度集成基準(zhǔn)電源。為了實(shí)現(xiàn)高精度，通常都利用硅半導(dǎo)體材料本身固有的特征電壓作為基準(zhǔn)電壓(比如齊納二極管反向擊穿電壓或者基射結(jié)電壓Vgg)。但由于硅半導(dǎo)體對(duì)溫度敏感(具有壹定的溫度系數(shù))，所以為了解決溫度漂移問(wèn)題，通常選擇壹種和基準(zhǔn)電壓的溫度系數(shù)極性相反但絕對(duì)值相近的器件或電路(例如△Vgg)，使倆者結(jié)合起來(lái)，相互溫度補(bǔ)償，使總體溫度系數(shù)趨近于零。數(shù)字基準(zhǔn)是近幾年來(lái)新發(fā)展起來(lái)的，它利用程序來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的高低，然后將調(diào)節(jié)好的數(shù)字信號(hào)通過(guò)D/AC變成模擬電壓信號(hào)供電源使用.數(shù)字基準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)是精度高而且調(diào)節(jié)非常方便，且能夠得到任意波形的基準(zhǔn)信號(hào)。數(shù)字基準(zhǔn)的主要問(wèn)題是存在量化誤差，即受位數(shù)限制，不可能得到完全光滑的模擬信號(hào)，另外，數(shù)/模轉(zhuǎn)換過(guò)程中存在轉(zhuǎn)換時(shí)間的問(wèn)題。隨著集成電路技術(shù)的不斷進(jìn)步，高分辨率、高穩(wěn)定性、高速AC/DC和DC/AC的芯片不斷涌現(xiàn)，數(shù)字基準(zhǔn)的性能越來(lái)越優(yōu)越，其優(yōu)勢(shì)也越來(lái)越明顯?；鶞?zhǔn)是高穩(wěn)定度電源的基礎(chǔ)，不論是模擬基準(zhǔn)仍是數(shù)字基準(zhǔn)，除應(yīng)根據(jù)要求選擇基準(zhǔn)外，對(duì)其外圍元件和工作狀態(tài)也必須精心選擇，確保所選基準(zhǔn)工作在最佳狀態(tài)。2.4.2采樣環(huán)節(jié)跟基準(zhǔn)電壓源壹樣，采樣環(huán)節(jié)也會(huì)直接影響電源的穩(wěn)定度。所以，在選用電流采樣裝置時(shí)，要用漂移小、穩(wěn)定性好的電流傳感器。這對(duì)于高穩(wěn)定度電源來(lái)說(shuō)尤為重要高精度電流檢測(cè)元件壹般有分流器和直流電流傳感器倆種。分流器實(shí)際上是壹個(gè)毫歐級(jí)的電阻，由錳銅合金等受溫度影響非常小的材料制成，電阻溫度系數(shù)可達(dá)到lppm/0C。為減小采樣環(huán)節(jié)對(duì)穩(wěn)定度的影響，可加大采樣電阻的值，以提高電流的采樣信號(hào)電壓，提高信噪比，相應(yīng)地也要提高基準(zhǔn)電壓;這樣采樣電阻上所消耗的功率也大，大功率應(yīng)用時(shí)需要冷卻，常用的冷卻方式為油浸水冷;也能夠?qū)Σ蓸与娮柽M(jìn)行溫度補(bǔ)償。在CEBAF的電子回旋加速器中采用的電流采樣裝15ppm/0C1311功率損耗大。直流電流傳感器(DCCT)克服了分流器的不足，采取非接觸式測(cè)量電流，體積小、輸出電壓高、功耗小。根據(jù)工作原理可分為倆種，壹種采用霍爾效應(yīng)原理，這種傳感器由于利用霍爾效應(yīng)，因此受溫度影響比較大，精度在1%另外壹種采用零磁通原理，這種電流傳感器對(duì)溫度、對(duì)時(shí)間的穩(wěn)定性非常好，分別為lppm/0C,0.lppm/month，帶寬在100KHz，廣泛應(yīng)用在高穩(wěn)定度電源中。2.4.2運(yùn)算放大器選擇在穩(wěn)定電源中，運(yùn)算放大器常被用作比較放大器或誤差放大器，處于穩(wěn)定電源的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的最前級(jí)，因此，運(yùn)算放大器除了本身增益高外，它對(duì)處于調(diào)節(jié)系統(tǒng)末端的功率變換電路的影響，仍必須乘上運(yùn)算放大器后各級(jí)所有的放大倍數(shù)。在運(yùn)算放大器的輸入端，任何微弱的干擾信號(hào)，均有可能得到放大，從而對(duì)電源產(chǎn)生影響。因此，運(yùn)算放大器的好壞，對(duì)穩(wěn)定電源能否具有優(yōu)良的調(diào)節(jié)性能關(guān)系重大。傳統(tǒng)的高精度高穩(wěn)定度電流源大多是線性電源，體積小效率低。高頻PWM電源具有高效節(jié)能、體積小重量輕、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，是電力電子的發(fā)展方向。本節(jié)將詳細(xì)介紹主電路工作原理和主要元器件的設(shè)計(jì)方法，且對(duì)主電路進(jìn)行仿真分析以驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法和所選參數(shù)的正確性。數(shù)字控制方案的優(yōu)勢(shì)和不足隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以及數(shù)字控制理論的成熟和發(fā)展，數(shù)字控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)日益明顯。近年來(lái)，數(shù)字控制技術(shù)在電力電子領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，采用以微機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)字控制替代模擬控制已成為現(xiàn)代電力電子電路控制的重要發(fā)展趨勢(shì)。相對(duì)模擬控制系統(tǒng)，數(shù)字控制系統(tǒng)壹般具有下列優(yōu)勢(shì)(1)系統(tǒng)緊湊，通用性強(qiáng)，可壹機(jī)多用，性能價(jià)格比高。(2)控制規(guī)律靈活，且可在線修改控制算法或參數(shù)。。(3)能夠?qū)崿F(xiàn)許多先進(jìn)、復(fù)雜的控制算法，可從根本上提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)。(4)抗干擾能力強(qiáng)，能夠獲得較高的穩(wěn)定性和控制精度。壹般來(lái)說(shuō)，元器件的精度很難達(dá)到10-5，而數(shù)字調(diào)節(jié)器的運(yùn)算精度則很容易達(dá)到這個(gè)數(shù)量級(jí)。(5)便于實(shí)現(xiàn)控制、管理和通信的結(jié)合，可提高分布式系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和可靠性。采用更高速的DSP，能夠適當(dāng)提高變換器的開關(guān)頻率，但若仍采用現(xiàn)有的控制方100kHZ之上或是控制更為復(fù)雜的高頻開關(guān)功率變換器的要求，仍將是十分團(tuán)難的。高精度高穩(wěn)定度電流源實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的主要難點(diǎn)至少包括:(1)變換器開關(guān)動(dòng)作對(duì)采樣的嚴(yán)重干擾。(2)檢測(cè)的量化誤差導(dǎo)致控制精度顯著下降。(3)高速運(yùn)行下數(shù)字化脈寬調(diào)制(PWM)時(shí)間分辨率的急劇下降。(4)開關(guān)功率變換器數(shù)字化控制的數(shù)學(xué)模型了解不深入。數(shù)控恒流源系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖壹：直流穩(wěn)壓電源的基本原理圖設(shè)計(jì)的數(shù)控直流電源和傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源相比，具有操作方便、電壓穩(wěn)定度高的特點(diǎn)，其輸出電壓大小采用數(shù)字顯示．原理方框組成見圖l7“+”“壹”倆鍵操作，控制可逆計(jì)數(shù)器分別作加、減計(jì)數(shù)，可逆計(jì)數(shù)器的二進(jìn)制數(shù)字輸出分D，AD／A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量按比例轉(zhuǎn)換成模擬電壓．然后經(jīng)過(guò)射極跟隨器控制調(diào)整輸出級(jí)輸出所需的穩(wěn)定電壓。圖l中A／D變換器所采集的是輸出電壓、電流的值，這些數(shù)據(jù)可用來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)和輸出顯示?？墒窃诒驹O(shè)計(jì)方案中沒(méi)有去實(shí)現(xiàn)該功能，而是通過(guò)萬(wàn)用表和交流毫伏表在外設(shè)處直接測(cè)量，這樣既實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能又為電路負(fù)載處測(cè)量提供了方便，而且電路間干擾相應(yīng)減少。圖l系統(tǒng)框圖電流源恒定電流的產(chǎn)生是本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的最主要功能，實(shí)現(xiàn)難度也不大，可用非常簡(jiǎn)單的幾個(gè)模擬器件完成，但其高精度、穩(wěn)定度及紋波的控制卻是完成整個(gè)功能的重點(diǎn)。由于對(duì)電流穩(wěn)定度要求太高，很小的干擾就會(huì)影響測(cè)試結(jié)果，所以必然會(huì)加大調(diào)試工作量進(jìn)而找到最佳狀態(tài)。數(shù)字控制部分利用高精度的A／D和D／A來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字部分和模擬部分的接口。可用D／A轉(zhuǎn)換電路來(lái)控制步進(jìn)大小?？墒怯捎诒驹O(shè)計(jì)要求高達(dá)2A的電流輸出，用于A／D采樣的標(biāo)準(zhǔn)電阻會(huì)有明顯的溫度變化，而引起阻值變化，造成電流誤2ALM350散熱片。單片機(jī)控制D／A芯片產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓，且和電流源反饋回路中的采樣電阻上產(chǎn)生的電壓進(jìn)行比較，因?yàn)椴蓸与娮枋菢?biāo)準(zhǔn)的高精度電阻(康銅絲繞制)以其上的電壓只跟回路中電流有關(guān)系，達(dá)到輸出恒定電流的目的，通過(guò)運(yùn)算放大器進(jìn)行開環(huán)放大后控制三極管的基極，產(chǎn)生恒定的電流輸出。顯示部分采用高精度AID芯片采樣標(biāo)準(zhǔn)電阻上的電壓值，且根據(jù)I=U/R來(lái)計(jì)算顯示電流值。電流源恒定電流的產(chǎn)生是