CN203949947U - 多通道精密直流电压源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了多通道精密直流电压源，其中主控制器与键盘、液晶屏、通讯接口、扩展接口A连接；扩展接口A与扩展接口B连接；开关电源与主控制器、液晶屏、扩展接口A、子控制器、互感扼流圈的输入端连接；子控制器与互感扼流圈的输入端、输出同步接口、扩展接口B连接；互感扼流圈的输出端与多路精密数模转换电路的数字端、线性电源A连接；线性电源A分别与多路精密数模转换电路的数字端连接；线性电源B分别与多路精密数模转换电路的模拟端、参考电压电路连接；参考电压电路分别与多路精密数模转换电路的模拟端连接；输入电压控制模块与开关电源、线性电源A、线性电源B连接。本实用新型适于对通道数和精确度要求较高的科研领域或工业生产测试。
Description
技术领域
本发明属于稳压电源技术领域，特别涉及一种多通道精密直流电压源。
背景技术
精密电压源是一种提供精确稳定的直流电压的设备，被广泛应用于实验室中及工业上。其最常见的用途是半导体测量和给MOS管提供栅极电压。半导体测量需要得到精确的U-I曲线，而普通的直流电源由于分辨率太低而很难满足要求。工业应用中经常需要给MOS管提供不同的栅极电压来改变其导通电阻，为了实现导通电阻的连续可调性，就需要一组连续可调的电压，精密电压源由于其高分辨率和可编程控制的特性能很好得满足要求。
随着工业生产和科学研究的不断深入，高精度电压源的分辨率和稳定性也面临越来越高的要求，例如一些高级半导体性能测试就要求分辨率达到100μV以内，同时要求抖动不超过40μV，并且希望通道数尽可能多；随着科技进步，此趋势正在逐渐加剧。由于现有的精密电压源分辨率太低，或者通道数较少，目前的解决方案大多是采用多台电压源组合的方式来处理，必然提高成本和降低测试效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多通道精密直流电压源。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：多通道精密直流电压源，包括主控模块、转换模块和输入电源控制模块；主控模块包括开关电源、主控制器、键盘、液晶屏、通讯接口和扩展接口A；转换模块包括线性电源A、线性电源B、子控制器、互感扼流圈、多路精密数模转换电路、参考电压电路、精密电压输出接口、输出同步接口和扩展接口B；
主控制器与键盘、液晶屏、通讯接口、扩展接口A连接；
扩展接口A与扩展接口B连接；
开关电源与主控制器、液晶屏、扩展接口A、子控制器、互感扼流圈的输入端连接；
子控制器与互感扼流圈的输入端、输出同步接口、扩展接口B连接；
互感扼流圈的输出端与多路精密数模转换电路的数字端、线性电源A连接；
线性电源A分别与多路精密数模转换电路的数字端连接；
线性电源B分别与多路精密数模转换电路的模拟端、参考电压电路连接；
参考电压电路分别与多路精密数模转换电路的模拟端连接；
输入电压控制模块与开关电源、线性电源A、线性电源B连接。
作为优选，输入电源控制模块的输入电压为AC85V～264V/47～63Hz，输入电源控制模块的输出包括两组相互隔离的直流电压输出，且其输出顺序可控制。
作为优选，通讯接口是GPIB、以太网口、USB2.0、RS232中的一种或多种。
作为优选，转换模块可以通过扩展接口B与扩展接口A进行级联，从而扩展通道数。
作为优选，多路精密数模转换包括高精度数模转换器和缓冲电路，参考电压电路输出与高精度数模转换器的采用开尔文四线连接，高精度数模转换器模拟输出后经过一级运算放大器缓冲得到精准电压输出。
作为优选，参考电压电路为+/-10V基准电压源。
本发明的有益效果是：
采用多片高精度数模转换器实现多通道输出，并且数模转换电路直接实现了-10V-10V的精密电压输出，无须繁琐的调理与滤波电路；采用互感扼流圈完全实现数模隔离，有效的解决了数字电路高速传输与模拟电路低噪声要求的矛盾；多路高精度数模转换电路数字部分与模拟部分一点接地，避免从模拟部分回流，有效的解决了大数字电流对模拟电路的干扰；主控模块和转换模块的带有扩展接口，有利于用户扩展通道数；用户接口与通讯接口多种多样，除了本地可调，还可以实现计算机远程控制与自动化测试。因此本发明可被应用于对通道数和精确度要求较高的科学研究领域或者工业生产测试中。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明多通道精密直流电压源实施例的电路原理框图。
图2是本发明多通道精密直流电压源实施例的精密数模转换电路原理图。
图3是本发明多通道精密直流电压源实施例的软件流程图。
具体实施方式
图1是一种8通道精密直流电压源，由主控模块、转换模块和输入电源控制模块组成。
主控模块由开关电源、主控制器、键盘、液晶屏、通讯接口和扩展接口A组成。
转换模块由线性电源A、线性电源B、子控制器、互感扼流圈、多路精密数模转换、参考电压电路、精密电压输出接口、输出同步接口和扩展接口B组成。
主控制器与键盘、液晶屏、通讯接口、扩展接口A连接。
开关电源与主控制器、液晶屏、扩展接口A、子控制器、互感扼流圈的输入端连接。
子控制器与互感扼流圈的输入端、输出同步接口、扩展接口B连接。
扩展接口A与扩展接口B连接。
互感扼流圈输出端分别与8路精密数模转换电路的数字端、线性电源A连接。
线性电源A分别与8路精密数模转换电路的数字端连接。
线性电源B分别与8路精密数模转换电路的模拟端、参考电压电路连接。
参考电压电路与精密数模转换电路的模拟端连接。
输入电源控制模块与开关电源、线性电源A、线性电源B连接。
在上述电路中，主控制器和子控制器均采用STM32处理器。
扩展接口A和扩展接口B可以是普通排座，通过单排线连接。
线性电源采用低信噪比ADM7150电源芯片。
开关电源采用AMS1117电源芯片。
本实施例中，输入电源控制模块的输入电压为AC85～264V，输出包括两组稳定直流输出，并且控制上电顺序。输入电源控制模块两路输出模拟电源+/-18V和数字电源5V，采用完全隔离的连接方式，模拟电源+18V在电压板上经过DC-DC电路后分为A+15V、AD+3.3V；-18V经过DC-DC电路后变为-15V。其中，+15V、-15V供给模拟器件；AD+3.3V供给DAC的数字部分以及互感扼流圈与DAC相连的一侧。数字电源5V在电路板上经过供电电路后分成+3.3V，供给数字电路部分。
主控模块中的通讯接口，可以是GPIB、以太网口、USB2.0、RS232中的一种或多种。
液晶屏可以选择LCD屏、电阻屏、电容屏中任一种。
本实施例采用8路精密数模转换并有8个通道的精密电压输出接口，通过扩展接口A可以级联2块及以上转换模块，具有16通道或24通道或32通道精密电压输出接口。
具体精密数模转换电路如图2所示，精密数模转换器采用20bits DAC1220集成电路。数模转换器参考电压采用开尔文四线接法，数模转换器输出经过低噪声运算放大器缓冲得到精密电压输出，高精度数模转换器转换精度可达1ppm。
互感扼流圈用于对主控器与数模转换电路的电学隔离，包括但不限于对信号的隔离与对接地端的隔离。
由于本实施例主控模块的通讯接口丰富，能够实现与计算机的通信和自动控制。在本实施例中，主控制器能够接受上位机的指令和数据，然后转换模块完成相应的操作，能够实现和计算机之间的通信及自动控制。
本实施例工作原理：
本实施例流程如图3所示，本系统采用主从控制器协作，子控制器控制多路高精度数模转换器的方式完成一种多通道精密电压源的设计。电压信号是由用户通过计算机或者键盘输入读写电压命令传到主控制器，主控制器接收到用户信息后经过一级解码更新LCD显示，并传输到子控制器，子控制器对发来的命令进行二级解码并匹配的对应的通道，将解码后的数据和同步信号同时输入到转换模块中，数模转换器直接输出后，经过一级运放缓冲获得最终输出。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (6)
1.多通道精密直流电压源，其特征在于：包括主控模块、转换模块和输入电源控制模块；所述主控模块包括开关电源、主控制器、键盘、液晶屏、通讯接口和扩展接口A；所述转换模块包括线性电源A、线性电源B、子控制器、互感扼流圈、多路精密数模转换电路、参考电压电路、精密电压输出接口、输出同步接口和扩展接口B；
所述主控制器与键盘、液晶屏、通讯接口、扩展接口A连接；
所述扩展接口A与扩展接口B连接；
所述开关电源与主控制器、液晶屏、扩展接口A、子控制器、互感扼流圈的输入端连接；
所述子控制器与互感扼流圈的输入端、输出同步接口、扩展接口B连接；
所述互感扼流圈的输出端与多路精密数模转换电路的数字端、线性电源A连接；
所述线性电源A分别与多路精密数模转换电路的数字端连接；
所述线性电源B分别与多路精密数模转换电路的模拟端、参考电压电路连接；
所述参考电压电路分别与多路精密数模转换电路的模拟端连接；
所述输入电压控制模块与开关电源、线性电源A、线性电源B连接。
2.根据权利要求1所述的多通道精密直流电压源，其特征在于：所述输入电源控制模块的输入电压为AC85V～264V/47～63Hz，输入电源控制模块的输出包括两组相互隔离的直流电压输出，且其输出顺序可控制。
3.根据权利要求1所述的多通道精密直流电压源，其特征在于：所述通讯接口是GPIB、以太网口、USB2.0、RS232中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的多通道精密直流电压源，其特征在于：所述转换模块可以通过扩展接口B与扩展接口A进行级联，从而扩展通道数。
5.根据权利要求1所述的多通道精密直流电压源，其特征在于：所述多路精密数模转换包括高精度数模转换器和缓冲电路，所述参考电压电路输出与高精度数模转换器的采用开尔文四线连接，高精度数模转换器模拟输出后经过一级运算放大器缓冲得到精准电压输出。
6.根据权利要求1所述的多通道精密直流电压源，其特征在于：所述参考电压电路为+/-10V基准电压源。
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