專利名稱：一種二端串聯(lián)型自供電數(shù)控大功率直流可調(diào)穩(wěn)流裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二端串聯(lián)型自供電數(shù)控大功率直流可調(diào)穩(wěn)流裝置(結(jié)構(gòu)框圖如圖I所示)，裝置工作電壓可達幾百伏。特別涉及裝置中采用精密穩(wěn)壓集成電路組成精密穩(wěn)壓電源模塊(2)，以及采用數(shù)字電位器組成數(shù)字穩(wěn)流調(diào)節(jié)模塊(3)，屬于穩(wěn)流、穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
通常穩(wěn)流電源是在穩(wěn)壓電源的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，穩(wěn)壓部分一般采用半導(dǎo)體穩(wěn)壓二極管或三端專用穩(wěn)壓器件如78XX系列構(gòu)成，穩(wěn)流電源工作時應(yīng)允許負載短路。穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓特性較差，構(gòu)成的穩(wěn)流電源效果不好。78XX系列穩(wěn)壓器件耐壓為40V，用它構(gòu)成的穩(wěn)流電源輸入電壓不能超過40V，只能用于負載電阻較小或穩(wěn)流電流較小的環(huán)境。若要求穩(wěn)流電源的工作電壓達到數(shù)百伏，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。這類穩(wěn)流電源的控制部分有專用供電系統(tǒng)。若需要將普通高壓整流電源升級改造成高壓大功率穩(wěn)流電源，如鍍膜機電源，采用這類裝置會增加改造的復(fù)雜性，設(shè)計難度和制作成本。本設(shè)計二端串聯(lián)型穩(wěn)流電路利用功率三極管或場效應(yīng)晶體管的變阻特性，根據(jù)負載或輸入電壓的變化自動調(diào)節(jié)輸出回路總電阻，達到穩(wěn)流效果，控制部分電源采用自供電結(jié)構(gòu)。一種基本二端串聯(lián)型穩(wěn)流電路如圖2所示，該穩(wěn)流電源可直接插入原無穩(wěn)壓穩(wěn)流的直流電源供電系統(tǒng)中，實現(xiàn)穩(wěn)流供電，如對濺射鍍膜機的鍍膜或勵磁線圈的恒流供電。該穩(wěn)流電路最大能承受約數(shù)百伏的輸入電壓。圖2所示電路的功能簡述如下功率放大和穩(wěn)流反饋由功率器件T和采樣電阻Rf為主體部件，T選用大功率MOS管作為穩(wěn)流電路調(diào)整管，直接串聯(lián)在直流供電回路中，根據(jù)負載或輸入電壓的變化自動調(diào)節(jié)輸出電阻，達到穩(wěn)流的效果。電阻Rf為穩(wěn)流采樣電阻，穩(wěn)流控制信號從Rf上取出，經(jīng)前置放大器比較放大后控制VMOS管輸出。穩(wěn)壓電源由電阻R3和穩(wěn)壓二極管D組成。穩(wěn)壓輸出的穩(wěn)定性直接決定了穩(wěn)流電路的電流穩(wěn)定性。僅由R3和D構(gòu)成的穩(wěn)壓電路輸出電壓隨電流波動大，穩(wěn)定效果差。為提高電壓穩(wěn)定性，一般采用穩(wěn)壓二極管、三端穩(wěn)壓集成電路78XX組合實現(xiàn)穩(wěn)壓。該類型電路的主要缺點是工作電流較大大，輸入電壓增高時導(dǎo)致電阻R3上功耗迅速增大,實際應(yīng)用時工作電壓動態(tài)范圍小,系統(tǒng)功耗較大。穩(wěn)流調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)圖2中電位器W抽頭的位置改變電路的穩(wěn)流值。穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動提高穩(wěn)流控制靈敏度。具體結(jié)構(gòu)可參考圖7。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種二端串聯(lián)型自供電數(shù)控大功率直流可調(diào)穩(wěn)流裝置，該裝置與上述基本串聯(lián)型穩(wěn)流電源比較，實現(xiàn)了數(shù)控調(diào)節(jié)，并且留出微機控制接口(TTL電平)，便于實現(xiàn)智能化和程控。電流穩(wěn)定性較好；允許較高工作電壓、較大負載電阻的工作環(huán)境；增加了過壓保護功能，防止功率管T因意外引起擊穿損壞。該裝置可實現(xiàn)高至幾百伏電壓的大功率穩(wěn)流供電。本發(fā)明一種二端串聯(lián)型自供電數(shù)控大功率直流可調(diào)穩(wěn)流裝置，結(jié)構(gòu)框圖如圖I所示，它包含4個應(yīng)用電路模塊功率放大和穩(wěn)流反饋電路(1)，精密穩(wěn)壓電源模塊(2)，數(shù)控穩(wěn)流調(diào)節(jié)模塊(3)，穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)。它們彼此互相連接。圖3給出了二端口穩(wěn)流裝置的具體電路和元器件型號、規(guī)格。該裝置僅有兩個端口 V+和V-。應(yīng)用時V+與供電電源“ + ”端相連,V-與負載相連,負載的另一端與供電電源的端相連。裝置本身不需要單獨供電。裝置設(shè)有反接保護和過壓保護。反接保護由整流二極管Dl實現(xiàn)，防止電源端口接反引起電路損壞。過壓保護由壓敏電阻RV實現(xiàn)，保護功率管T不被擊穿損壞。
圖中Dl :根據(jù)需要可選1N4007(工作電流彡1A)，或1N540X (工作電流彡3A)等整流二極管。RV :壓敏電阻，可選MYG型壓敏電阻，其標稱工作電壓應(yīng)低于管子T的擊穿電壓Vdss，可取 . ^^dss °圖3給出了模塊之間的位置連接關(guān)系和連接方式。附圖4，5，6，7是圖3的分割細化，便于模塊功能的理解。根據(jù)圖3中電路引線定義符號或圖4 7中電路引出端口符號，它們之間的位置連接關(guān)系是I.工作時該穩(wěn)流裝置串聯(lián)接入負載回路中，二極管Dl正端D+與裝置端口 V+相連，負端D-與電路⑴的Td端相連；壓敏電阻VR并聯(lián)在裝置端口 V+、V-兩端。V+與供電電源“ + ”端相連，V-端與負載相連，負載的另一端與供電電源端相連。2.功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I)的Td端與保護二極管D-端相連，輸入端Tin與穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的輸出端Ao相連，Rf+端與穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的In-端相連，Rf-端與該穩(wěn)流裝置V-端相連。3.精密穩(wěn)壓電源模塊(2)中的輸入Win端與保護二極管負端D-相連，公共端W-與該穩(wěn)流裝置的V-輸入端相連，輸出Wol端與穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的A+端相連，輸出Wo2端與數(shù)控穩(wěn)流調(diào)節(jié)模塊(3)的P+端相連。4.數(shù)控穩(wěn)流調(diào)節(jié)模塊(3)的P+端與精密穩(wěn)壓電源模塊(2)的Wo2端相連，P-端與穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的A-端相連。Pw端與穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的IN+端相連。5.穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊⑷的正輸入端IN+與數(shù)控穩(wěn)流調(diào)節(jié)模塊(3)中的Pw端相連，負輸入端IN-與功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I)的Rf+相連;Ao端接電路(I)的輸入Tin端，A+端接精密穩(wěn)壓電源模塊(2)的Wol端，A-端與該穩(wěn)流裝置V-端相連。圖3，圖4，圖5，圖6，圖7電路工作說明如下所述功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I):見圖4或圖3，以VMOS管T為主要器件，由T、采樣電阻Rf、保護電阻R9、RlO組成。其連接關(guān)系是R9的一端作為該電路(I)的輸入端Tin,另一端與R10、T的柵極G相連，T的漏極D作為該電路(I)的電源正端Td，T的源極S與電阻Rf、RlO相連作為該電路(I)的反饋端Rf+，電阻Rf的另一端作為該電路(I)的電源負端Rf-。
功率調(diào)整管的選取該電路⑴中T為大功率VMOS管，根據(jù)需要選擇管子。對于瞬間最高工作電壓彡750V (負載短路時)的環(huán)境，可采用8N90C (極限參數(shù)ID = 6A，VDSS =900V,Pd = 170W)或類似的管子。對于瞬間最高工作電壓彡150V (負載短路時)的環(huán)境，可采用IRFP250N (極限參數(shù)ID = 30A，Vdss = 200V，PD = 210W)或類似的管子。上述VMOS管必須安裝在表面積足夠大的鍍黑鋁散熱片上，并采用強迫風冷散熱。降低VMOS管上的工作電壓可大幅度降低本裝置的功耗，提高可靠性。因此正常工作時，應(yīng)盡量調(diào)低裝置兩端的輸入電壓。若調(diào)整管T采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)，可以提高裝置的穩(wěn)流功率。Rf是電流采樣電阻，為精密線繞電阻，其阻值和功率由最大穩(wěn)流值Imax決定。Rf選擇先確定裝置最大工作時穩(wěn)定電流Imax, Rf應(yīng)滿足下式
Rf ^ 5/Imax(I)公式(I)決定了 Rf的上限值，電阻上功耗大時，需將它安裝在散熱片上。該功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I)共有4個端口 Tin，Rf+，Td和Rf-。所述精密穩(wěn)壓電源模塊(2):見圖5或圖3，是由限流電阻Rl，精密穩(wěn)壓集成電路D2、D3(TL431)及外接電阻R2、R3、R4、R5，濾波電容Cl、C2、C3組成。D2、D3為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，提供5V(Wo2輸出)和10. 5V(ffol輸出)穩(wěn)壓電壓。其之間連接關(guān)系是電阻Rl的一端作為該模塊(2)的輸入端Win ；D2的陰極與Rl的另一端、分壓電阻R2及電容C1、C3正極相連，并作為該模塊(2)的10. 5V輸出端Wol ；D2的調(diào)整端與R2的另一端及R3相連；D2的陽極與R3、Cl的另一端及D3的陰極、R4、C2相連，并作為該模塊⑵的5V輸出端Wo2 ；D3的調(diào)整端與R4的另一端及R5相連；D3的陽極與R5、C2的另一端及C3的負極相連，并作為該模塊(2)的公共端W-。TL431的工作電流為I 100mA，穩(wěn)壓電源模塊⑵的輸出電壓Wol、Wo2由下式?jīng)Q定Wo2=(l+R4/R5) X2. 5(2)Wol=ffo2+(l+R2/R3) X2. 5 (3)本例設(shè)計為Wo2=5V，Wol=IO. 5V。穩(wěn)壓電路限流電阻Rl的阻值由功率調(diào)整管T上承受的最大連續(xù)工作電壓確定。電壓高時，Rl的取值大，反之Rl可取得小一些。例如R1取IOk時，根據(jù)TL431的特性，瞬間最高輸入電壓可允許O. IAX 10000 Ω=1000ν。實際上連續(xù)最大工作電壓由電阻Rl上的功耗P=V2/R決定，若Rl取16W(可用兩個IOW的水泥電阻并聯(lián))，則該模塊(2)連續(xù)工作輸入電壓可至400V (注意此時調(diào)整管T上的功耗不要超過限制)?？梢?，本電路有較寬的工作電壓范圍。電容C3起濾波作用。該精密穩(wěn)壓電源模塊(2)共有4個端口 輸入端Win，輸出端Wol、Wo2，公共端W-。所述數(shù)控穩(wěn)流調(diào)節(jié)模塊(3):見圖6或圖3，由數(shù)字電位器U2X9C103和電阻R11、R12，輕觸開關(guān)S1、S2組成。數(shù)字電位器U2X9C103是內(nèi)有99個電阻，100個抽頭點的IOkQ低功耗CMOS固態(tài)電位器，3線串聯(lián)接口，有掉電記憶、上電恢復(fù)功能，5V工作電壓。弓丨腳按順序排列為，I腳/INC :增量脈沖輸入，2腳U/D m /減方向控制，3腳VH :數(shù)字電位器高電位端，4腳Nss :電源負，5腳Vw :數(shù)字電位器抽頭，6腳VL :數(shù)字電位器低電位端，7腳/CS :片選端，8腳Vcc 電源正。該模塊(3)中輕觸開關(guān)SI是增量按鈕，S2是增減方向按鈕。點按輕觸開關(guān)SI和S2，可改變Pw端對V-端電壓UPW。每按壓一次SI，則電流增大一步，直到最大值。若按下S2不放的同時，按壓SI按鈕，則電流減小。該模塊(3)之間連接關(guān)系是數(shù)字電位器U2X9C103的8腳Vcc接Rll和精密穩(wěn)壓電源模塊⑵的Wo2 (5V)端，Rll的另一端接3腳VH ;6腳VL接R12，R12的另一端接4腳Vss ；7腳/CS接4腳Vss，2腳U/D和I腳/INC分別接輕觸鍵S2和SI，并引出作為微機控制端口 UD和INC ;輕觸鍵SI和S2的另一端接4腳Vss，4腳Nss引出線作為該模塊(3)的P-端；8腳Vcc引出線作為P+端；5腳Vw引出線作為Pw端。該數(shù)控穩(wěn)流調(diào)節(jié)模塊⑶有五個端口 P+、P-和Pw和微機控制端口 INC和UD。所述穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4):見圖7或圖3，由低功耗單電源運放U1(LM358)，正端輸入電阻R6、負端輸入電阻R7和負反饋電阻R8組成標準直流放大器，實現(xiàn)對穩(wěn)流控制信號的比較和放大。其之間的連接關(guān)系是該Ul的正輸入端(引腳3)與該R6相連，該R6的另一端作為該模塊⑷的輸入端IN+ ;該Ul的負輸入端(引腳2)與該R7、R8相連，該R7的另一端作為該模塊(4)的輸入端IN-;該Ul輸出端(引腳I)與該R8的另一端相連，作為該模塊
(4)的輸出端Ao ；i^Ul的引腳8是該模塊(4)的電源正端A+，該Ul的引腳4是該模塊(4)的公共端A-。該穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)共有5個端口 IN+，IN-, Ao, A+和A-。
穩(wěn)定電流的顯示采用3位半LED數(shù)字電壓表頭，差分工作方式，取Rf兩端電壓測量值變換后讀出，實現(xiàn)穩(wěn)流值的實時LED數(shù)字顯示。優(yōu)點及功效本發(fā)明涉及一種二端串聯(lián)型自供電數(shù)控大功率直流可調(diào)穩(wěn)流裝置的優(yōu)點是裝置可實現(xiàn)幾百伏電壓的大功率穩(wěn)流供電，電流穩(wěn)定性較好；有較大的工作電壓范圍和負載變化范圍；數(shù)控調(diào)節(jié)，留有微機控制接口(TTL電平)，便于實現(xiàn)智能化和程控。有過壓保護功能，防止瞬間高壓引起功率管T擊穿。


圖I是二端串聯(lián)型自供電數(shù)控大功率直流可調(diào)穩(wěn)流裝置結(jié)構(gòu)框2是基本串聯(lián)型穩(wěn)流電路不意3是二端串聯(lián)型自供電數(shù)控大功率直流可調(diào)穩(wěn)流裝置電路4是功率放大和穩(wěn)流反饋電路5是精密穩(wěn)壓電源模塊電路6是數(shù)控穩(wěn)流調(diào)節(jié)模塊電路7是穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊電路中符號說明如下圖2基本串聯(lián)型穩(wěn)流電路RU R2 :分壓電阻；ff :線繞電位器；D :穩(wěn)壓二極管；R3 :限流電阻。T :大功率VMOS管；Rf :精密功率線繞電阻。端口 V+:與供電電源“+”端相連，端口 V-:與負載相連。圖3二端串聯(lián)型自供電數(shù)控大功率直流可調(diào)穩(wěn)流裝置電路圖
總電路中，Dl :反接保護二極管；RV :壓敏電阻；端口 V+，端口 V-。功率放大和穩(wěn)流反饋電路⑴T :VM0S功率管；Rf :采樣電阻——系精密功率線繞電阻；R9、RlO :保護電阻——系普通電阻。Tin、Rf+、Td、Rf-:電路引線定義符號。精密穩(wěn)壓電源模塊⑵R1:限流電阻，為大功率水泥電阻；R2、R3、R4、R5 :系金屬膜電阻;D2、D3 :精密穩(wěn)壓集成電路TL431 ;C1、C2 :濾波電容，C3 :電解電容。Win、Wol、Wo2、W-:電路引線定義符號。數(shù)控穩(wěn)流調(diào)節(jié)模塊(3) U2 (X9C103):數(shù)字電位器；R11、R12 :系金屬膜電阻；S1、S2 :輕觸按鍵。P+、P-、Pw :電路引線定義符號，INC、UD :備用控制端口。穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊⑷U1 :單電源運放LM358 ;R6、R7，R8 :系金屬膜電阻。IN+、IN-、AO、A+和A-電路弓I線定義符號。圖4功率放大和穩(wěn)流反饋電路 T =VMOS功率管，Rf :系精密功率線繞電阻，其阻值和功率由電源的最大穩(wěn)流值決定。R9、RlO普通電阻;。Tin、Rf+、TcU Rf-:電路引出端口。圖5精密穩(wěn)壓電源模塊Rl :限流電阻，為大功率水泥電阻；R2、R3、R4、R5 :系金屬膜電阻；D2、D3 :精密穩(wěn)壓集成電路TL431 ;C1、C2 :濾波電容，C3 :電解電容。Win、Wol、Wo2、W-:電路引出端口。圖6數(shù)控穩(wěn)流調(diào)節(jié)模塊U2 (X9C103):數(shù)字電位器；R11、R12 :系金屬膜電阻;S1、S2 :輕觸按鍵。P+、P_、Pw 電路引出端口，INC、UD :備用控制端口。圖7穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊Ul :單電源運放LM358 ;R6、R7、R8系金屬膜電阻。IN+、IN-、AO、A+和A-:電路引
出端口。
具體實施例方式本發(fā)明是一種二端串聯(lián)型自供電數(shù)控大功率直流可調(diào)穩(wěn)流裝置，結(jié)構(gòu)框圖如圖I。具體實施電路如圖3所示，它包含4個模塊功率放大和穩(wěn)流反饋電路(1)，精密穩(wěn)壓電源模塊(2)，數(shù)控穩(wěn)流調(diào)節(jié)模塊(3)，穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)。根據(jù)附圖3中電路引線定義符號或圖4 7中電路引出端口符號，它們之間的位置連接關(guān)系是I.工作時該穩(wěn)流電源裝置串聯(lián)接入負載回路中，電路有反接保護和過壓保護。反接保護由整流二極管Dl實現(xiàn)，Dl正端與端口 V+相連，負端與電路⑴的Td端相連；過壓保護由壓敏電阻VR實現(xiàn)，VR與端口 V+、V-并聯(lián)。V+與供電電源“ + ”端相連，V-端與負載相連，負載的另一端與供電電源端相連。整流二極管Dl可選擇1N4007 (工作電流彡IA時)，或1N5408 (工作電流彡3A時)等。壓敏電阻RV可選用MYG型，其標稱電壓應(yīng)低于功率管T的擊穿電壓Vdss，可取O. 7Vdss。2.功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I)的Td端與保護二極管D-端相連，輸入端Tin與穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的輸出端Ao相連，Rf+端與穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的In-端相連，Rf-端與該穩(wěn)流裝置V-端相連。3.精密穩(wěn)壓電源模塊(2)中的輸入Win端與保護二極管負端D-相連，公共端W-與該穩(wěn)流裝置的V-輸入端相連，輸出Wol端與穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的A+端相連，輸出Wo2端與數(shù)控穩(wěn)流調(diào)節(jié)模塊(3)的P+端相連。4.數(shù)控穩(wěn)流調(diào)節(jié)模塊(3)的P+端與精密穩(wěn)壓電源模塊(2)的Wo2端相連，P-端與穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的A-端相連。Pw端與穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的IN+端相連。5.穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊⑷的正輸入端IN+與數(shù)控穩(wěn)流調(diào)節(jié)模塊(3)中的Pw端相連，負輸入端IN-與功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I)的Rf+相連;Ao端接電路(I)的輸入Tin端，A+端接精密穩(wěn)壓電源模塊(2)的Wol端，A-端與該穩(wěn)流裝置V-端相連。所述功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I):見圖4或圖3，以VMOS管T為主要器件，由T、采樣電阻Rf、保護電阻R9、RlO組成。其連接關(guān)系是R9的一端作為該電路(I)的輸入端Tin,另一端與R10、T的柵極G相連，T的漏極D作為該電路(I)的電源正端Td，T的源極S 與電阻Rf、RlO相連作為該電路(I)的反饋端Rf+，電阻Rf的另一端作為該電路(I)的電源負端Rf-。功率調(diào)整管T為大功率VMOS管，根據(jù)最高工作電壓和工作電流選擇。管子必須安裝在表面積足夠大的鍍黑鋁散熱片上，并采用強迫風冷散熱。降低VMOS管上的工作電壓可大幅度降低本裝置的功耗。正常工作時，應(yīng)盡量調(diào)低裝置兩端的輸入電壓。若調(diào)整管T采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)，可以提高裝置的穩(wěn)流功率。Rf是電流采樣電阻，為精密線繞電阻，其阻值和功率由最大穩(wěn)流值Imax決定。工作中Rf上功耗較大，需將它安裝在散熱片上。Rf選擇由裝置最大穩(wěn)定電流Imax, Rf應(yīng)滿足條件Rf ^ 5/Imax功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I)共有4個端口 Tin，Rf+，Td和Rf-。所述精密穩(wěn)壓電源模塊(2):見圖5或圖3，是由限流電阻Rl，精密穩(wěn)壓集成電路D2、D3(TL431)及外接電阻R2、R3、R4、R5，濾波電容Cl、C2、C3組成。D2、D3為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，提供5V(Wo2輸出)和10. 5V(ffol輸出)穩(wěn)壓電壓。其之間連接關(guān)系是電阻Rl的一端作為該模塊(2)的輸入端Win ；D2的陰極與Rl的另一端、分壓電阻R2及電容C1、C3正極相連，并作為該模塊(2)的10. 5V輸出端Wol ；D2的調(diào)整端與R2的另一端及R3相連；D2的陽極與R3、Cl的另一端及D3的陰極、R4、C2相連，并作為該模塊⑵的5V輸出端Wo2 ；D3的調(diào)整端與R4的另一端及R5相連；D3的陽極與R5、C2的另一端及C3的負極相連，并作為該模塊(2)的公共端W-。穩(wěn)壓電路限流電阻Rl的阻值由功率調(diào)整管T上承受的最大連續(xù)工作電壓確定。電壓高時，Rl的取值大，反之Rl可取得小一些。該精密穩(wěn)壓電源模塊(2)共有4個端口 輸入端Win，輸出端Wol、Wo2，公共端W-。所述數(shù)控穩(wěn)流調(diào)節(jié)模塊(3):見圖6或圖3，由數(shù)字電位器U2 (X9C103)，7位IOk或同類芯片)和電阻R11、電阻R12，輕觸開關(guān)SI、S2組成。數(shù)字電位器X9C103工作電壓5V。引腳按順序排列為，I腳/INC :增量脈沖，2腳U/D :增/減方向控制，3腳VH:數(shù)字電位器高電位端，4腳Vss :電源負，5腳Vw :數(shù)字電位器抽頭，6腳VL:數(shù)字電位器低電位端，7腳/CS :片選端，8腳Vcc :電源正。
該模塊(3)中輕觸開關(guān)SI是增量按鈕，S2是增減方向按鈕。點按輕觸開關(guān)SI和S2，可改變Pw端對V-端電壓Upw。該模塊(3)之間連接關(guān)系是數(shù)字電位器X9C103的8腳Vcc接Rll和精密穩(wěn)壓電源模塊⑵的Wo2 (5V)端，Rll的另一端接3腳VH ;6腳VL接R12，R12的另一端接4腳Vss ；7腳/CS接4腳Vss，2腳U/D和I腳/INC分別接輕觸鍵S2和SI，并引出作為微機控制端口 UD和INC ;輕觸鍵SI 和S2的另一端接4腳Vss，4腳Nss引出線作為該模塊(3)的P-端；8腳Vcc引出線作為P+端；5腳Vw引出線作為Pw端。該數(shù)控穩(wěn)流調(diào)節(jié)模塊⑶有五個端口 P+、P-和Pw和微機控制端口 INC和UD。所述穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4):見圖7或圖3，由低功耗單電源運放Ul (LM358)，正端輸入電阻R6、負端輸入電阻R7和負反饋電阻R8組成標準直流放大器，對穩(wěn)流控制信號進行比較和放大。其之間的連接關(guān)系是該Ul的正輸入端(引腳3)與該R6相連，該R6的另一端作為該模塊⑷的輸入端IN+ ;該Ul的負輸入端(引腳2)與該R7、R8相連，該R7的另一端作為該模塊(4)的輸入端IN-;該Ul輸出端(引腳I)與該R8的另一端相連，作為該模塊
(4)的輸出端Ao ；i^Ul的引腳8是該模塊(4)的電源正端A+，該Ul的引腳4是該模塊(4)的公共端A-。該穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)共有5個端口 IN+，IN-, Ao, A+和A-。穩(wěn)定電流的顯示采用3位半LED數(shù)字電壓表頭，差分工作方式，取Rf兩端電壓測量值變換后讀出，實現(xiàn)穩(wěn)流值的實時LED數(shù)字顯示。圖3電路實例所給參數(shù)適用于最大穩(wěn)定電流在I安培以內(nèi)，瞬時最高工作電壓小于750伏的工作環(huán)境下。本穩(wěn)流裝置長期穩(wěn)定工作時端口電壓值應(yīng)調(diào)整到100 150V，以降低該穩(wěn)流裝置的發(fā)熱和功耗。減小Rl的阻值會使穩(wěn)流裝置工作電壓區(qū)間下移。圖2是基本串聯(lián)型穩(wěn)流電路圖。
權(quán)利要求
1.一種二端串聯(lián)型自供電數(shù)控大功率直流可調(diào)穩(wěn)流裝置，其特征在于它包含4個應(yīng)用電路模塊功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I)，精密穩(wěn)壓電源模塊(2)，數(shù)控穩(wěn)流調(diào)節(jié)模塊(3)和穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)，它們彼此互相連接； 1)工作時該穩(wěn)流裝置串聯(lián)接入負載回路中，二極管Dl正端D+與裝置端口V+相連，負端D-與功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I)的Td端相連；壓敏電阻VR并聯(lián)在裝置端口 V+、V-兩端，V+與供電電源“ + ”端相連，V-端與負載相連，負載的另一端與供電電源端相連； 2)功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I)的Td端與保護二極管D-端相連，輸入端Tin與穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊⑷的輸出端Ao相連，Rf+端與穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的In-端相連，Rf-端與該穩(wěn)流裝置V-端相連； 3)精密穩(wěn)壓電源模塊(2)中的輸入Win端與保護二極管負端D-相連，公共端W-與該穩(wěn)流裝置的V-輸入端相連，輸出Wol端與穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的A+端相連，輸出Wo2端與數(shù)控穩(wěn)流調(diào)節(jié)模塊(3)的P+端相連； 4)數(shù)控穩(wěn)流調(diào)節(jié)模塊(3)的P+端與精密穩(wěn)壓電源模塊(2)的Wo2端相連，P-端與穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊⑷的A-端相連，Pw端與穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊⑷的IN+端相連； 5)穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)的正輸入端IN+與數(shù)控穩(wěn)流調(diào)節(jié)模塊(3)中的Pw端相連，負輸入端IN-與功率放大和穩(wěn)流反饋電路⑴的Rf+相連;Ao端接電路⑴的輸入Tin端，A+端接精密穩(wěn)壓電源模塊(2)的Wol端，A-端與該穩(wěn)流裝置V-端相連； 應(yīng)用時V+與供電電源“ + ”端相連，V-與負載相連，負載的另一端與供電電源的端相連，該穩(wěn)流裝置本身不需要單獨供電； 所述功率放大和穩(wěn)流反饋電路⑴以VMOS管T為主要器件，由T、采樣電阻Rf、保護電阻R9、R10組成，R9的一端作為該電路(I)的輸入端Tin，另一端與R10、T的柵極G相連，T的漏極D作為該電路(I)的電源正端Td，T的源極S與電阻Rf、RlO相連作為該電路(I)的反饋端Rf+，電阻Rf的另一端作為該電路(I)的電源負端Rf-;該該功率放大和穩(wěn)流反饋電路(I)共有4個端口 Tin, Rf+，Td和Rf-； 所述精密穩(wěn)壓電源模塊(2):是由限流電阻R1，精密穩(wěn)壓集成電路D2、D3即TL431及外接電阻R2、R3、R4、R5，濾波電容C1、C2、C3組成，D2、D3為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，提供5V和10. 5V的穩(wěn)壓電壓；電阻Rl的一端作為該模塊(2)的輸入端Win ；D2的陰極與Rl的另一端、分壓電阻R2及電容C1、C3正極相連，并作為該模塊⑵的10. 5V輸出端Wol ；D2的調(diào)整端與R2的另一端及R3相連；D2的陽極與R3、Cl的另一端及D3的陰極、R4、C2相連，并作為該模塊(2)的5V輸出端Wo2 ；D3的調(diào)整端與R4的另一端及R5相連；D3的陽極與R5、C2的另一端及C3的負極相連，并作為該模塊(2)的公共端W-;該精密穩(wěn)壓電源模塊(2)共有4個端口 輸入端Win,輸出端WoU Wo2,公共端W-； 所述數(shù)控穩(wěn)流調(diào)節(jié)模塊(3):由數(shù)字電位器U2X9C103和電阻R11、R12，輕觸開關(guān)S1、S2組成，數(shù)字電位器U2X9C103的8腳Vcc接RlI和精密穩(wěn)壓電源模塊(2)的Wo2 (5V)端，Rll的另一端接3腳VH ；6腳VL接R12，R12的另一端接4腳Vss ;7腳/CS接4腳Vss, 2腳U/D和I腳/INC分別接輕觸鍵S2和SI，并引出作為微機控制端口 UD和INC ;輕觸鍵SI和S2的另一端接4腳Vss，4腳Vss引出線作為該模塊(3)的P-端；8腳Ncc引出線作為P+端；5腳Vw引出線作為Pw端；該數(shù)控穩(wěn)流調(diào)節(jié)模塊(3)有五個端口 P+、P-和Pw和微機控制端口 INC 和 UD ； 所述穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4):由低功耗單電源運放Ul即LM358，正端輸入電阻 R6、負端輸入電阻R7和負反饋電阻R8組成標準直流放大器，實現(xiàn)對穩(wěn)流控制信號的比較和放大；該Ul的正輸入端引腳3與正端輸入電阻R6相連,該R6的另一端作為該模塊(4)的輸入端IN+ ;該Ul的負輸入端引腳2與負端輸入電阻R7、負反饋電阻R8相連，該R7的另一端作為該模塊(4)的輸入端IN-;該Ul輸出端引腳I與該R8的另一端相連,作為該模塊(4)的輸出端Ao ；i^Ul的引腳8是該模塊(4)的電源正端A+，該Ul的引腳4是該模塊(4)的公共端A-，該穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊⑷共有5個端Π :IN+，IN-, Ao, A+和A-。
全文摘要
一種二端串聯(lián)型自供電數(shù)控大功率直流可調(diào)穩(wěn)流裝置，它包含四個應(yīng)用電路模塊功率放大和穩(wěn)流反饋電路(1)，精密穩(wěn)壓電源模塊(2)，數(shù)控穩(wěn)流調(diào)節(jié)模塊(3)和穩(wěn)流控制和放大驅(qū)動模塊(4)，它們彼此互相連接；本發(fā)明可實現(xiàn)幾百伏電壓的大功率穩(wěn)流供電，電流穩(wěn)定性較好；有較大的工作電壓范圍和負載變化范圍；數(shù)控調(diào)節(jié)，留有微機控制接口(TTL電平)，便于實現(xiàn)智能化和程控。有過壓保護功能，防止瞬間高壓引起功率管T擊穿。它在穩(wěn)流、穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域里有較好的實用價值和廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號G05F1/46GK102880214SQ20121041158
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者閔子建, 袁慧梅 申請人:首都師范大學