CN209460667U - 一种高精度直流电压源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了电源领域内的一种高精度直流电压源，包括基准电压源，所述基准电压源与升压电路相连，所述升压电路与0‑10V输出单元相连，所述与0‑10V输出单元与换挡调节电路相连，所述与0‑10V输出单元的数字接口与单片机相连，所述单片机与触摸屏相连；经升压电路将基准电压源7V输出电压升压到10V使用，10V基准电压后接高位DAC，产生(0～10)V的可调基准电压，再经过换挡调节电路实现0到1000V的任意值输出，采用高位DAC使分辨率达到7位十进制，使用32位ARM处理器，数字化触控界面，操作方便直观；保留多种通讯接口，方便组建测控系统，多种算法处理，实现简便易行的软件校正，本实用新型用于直流电压源。

Description

一种高精度直流电压源

技术领域

本实用新型涉及一种电源，特别涉及一种直流电压源。

背景技术

在目前的电学计量中，作为电气测量标准使用的直流电压计量器具均采用标准电池。标准电池具有高稳定度的优点，但是他的缺点也是显而易见的：首先是温度系数很大，使用的时候必须放在恒温油槽中进行精密控温才行；其次其抗震动和冲击能力比较差，轻微的震动和冲击都会造成电池输出值的较大变化，非常的不易运输；还有一个最致命的缺点，标准电池不能短路，一旦短路就有可能造成损坏。另外标准电池的放电电流不能大于0.1uA，而且只有单一的1.018V 电压输出。随着科技的进步，开始使用固态基准替代标准电池来保存直流电压基准，固态的基准比如FLUKE的732系列，7000系列等。首先固态基准包括标准电池都是定点输出的，只有1V、10V或者是1.018V，使用中如果用到非标准输出的点，就会比较麻烦，需要一些其他的附属设备来支持；其次固态基准比如732b和7000系列价格昂贵，基本上都是要近10万元一个，而标准电池虽然便宜，但是使用起来非常麻烦，维护和保养要求条件非常苛刻。如果能够提供一款价格便宜，指标满足要求的固态电压基准，将会在国内市场拥有广阔的前景。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高精度直流电压源，实现0到1000V的任意值输出，采用高位DAC使分辨率达到7位十进制。使用32位ARM处理器，数字化触控界面，操作方便直观；保留多种通讯接口，方便组建测控系统，多种算法处理，实现简便易行的软件校正。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种高精度直流电压源，包括基准电压源，所述基准电压源与升压电路相连，所述升压电路与0-10V输出单元相连，所述与0-10V输出单元与换挡调节电路相连，所述与0-10V输出单元的数字接口与单片机相连，所述单片机与触摸屏相连；所述0-10V输出单元包括封装在一起的十进制分压器和20位DAC芯片。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，经升压电路将基准电压源7V输出电压升压到10V使用，10V基准电压后接高位DAC，产生(0～10)V的可调基准电压，再经过换挡调节电路实现0到1000V的任意值输出，采用高位DAC使分辨率达到7位。使用32位ARM处理器，数字化触控界面，操作方便直观；保留多种通讯接口，方便组建测控系统，多种算法处理，实现简便易行的软件校正，本实用新型可用于直流电压源。

作为本实用新型的进一步改进，所述升压电路包括低噪声精密运放，所述低噪声精密运放的同相输入端与基准电压源的VREF+端相连，所述低噪声精密运放的反相输入端经抗干扰消振滤波电容一与基准电压源的VREF+端相连，所述抗干扰消振滤波电容一与抗干扰消振滤波电容二相连，所述抗干扰消振滤波电容二与低噪声精密运放的输出端相连；所述抗干扰消振滤波电容一与高稳定低温漂精密电阻一相连，所述高稳定低温漂精密电阻一与低噪声精密运放的输出端相连，所述抗干扰消振滤波电容一与高稳定低温漂精密电阻二相连，所述高稳定低温漂精密电阻二与基准电压源的VREF-端相连；这样可以更好地将基准输出电压从7V升压到10V，使得后续的后续的调节输出电压值能够更加精准和稳定。

作为本实用新型的进一步改进，所述换挡调节电路包括参考电压取样电阻，所述参考电压取样电阻与误差比较放大器的同相输入端相连，所述误差比较放大器的反相输入端接地，所述误差比较放大器的输出端经调整管基极限流电阻与NPN晶体三极管一的B极相连，所述NPN晶体三极管一的C极与NPN晶体三极管二的B极相连，所述NPN晶体三极管一的E极与NPN晶体三极管二的E极相连，所述NPN晶体三极管二的E极与整流桥的正极输出端相连，所述整流桥的负极输出端分别与开关一、开关二、开关三以及开关四相连，所述开关一与输出电压取样电阻一相连，开关二与输出电压取样电阻二相连，开关三与输出电压取样电阻三相连，开关四与输出电压取样电阻四相连，所述输出电压取样电阻一、输出电压取样电阻二、输出电压取样电阻三以及输出电压取样电阻四与误差比较放大器的同相输入端相连；这样可以通过切换开关来调节提供不同档位的电压输出，更好地实现不同等级的电压输出，并且确保电压的精度和稳定性。

作为本实用新型的进一步改进，所述整流桥的正极输出端和负极输出端并联有高压电容滤波和电容泄流电阻一，这样可以对电路起到保护作用，避免损坏电路，同时确保高压输出的稳定性。

作为本实用新型的进一步改进，所述NPN晶体三极管的C极与限流回路相连，这样可以避免电流过大损坏电路。

作为本实用新型的进一步改进，所述高稳定低温漂精密电阻一和高稳定低温漂精密电阻二经串联封装在一个电阻外壳中，所述电阻外壳上设置有三个接线端子，这样可以最大限度的保证其温度变化的一致性，减小由于温度变化引入的误差。

作为本实用新型的进一步改进，所述十进制分压器采用具有低热电势触点的磁保持继电器作为开关，这样可以有效避免继电器线圈发热而产生的热电势同时能获得优秀的接触稳定性。

附图说明

图1为本实用新型电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明：

如图1所示的一种高精度直流电压源，包括基准电压源，所述基准电压源与升压电路相连，所述升压电路与0-10V输出单元相连，所述与0-10V输出单元与换挡调节电路相连，所述与0-10V输出单元的数字接口与单片机相连，所述单片机与触摸屏相连；所述0-10V输出单元包括封装在一起的十进制分压器和20位DAC芯片；所述升压电路包括低噪声精密运放，所述低噪声精密运放的同相输入端与基准电压源的VREF+端相连，所述低噪声精密运放的反相输入端经抗干扰消振滤波电容一与基准电压源的VREF+端相连，所述抗干扰消振滤波电容一与抗干扰消振滤波电容二相连，所述抗干扰消振滤波电容二与低噪声精密运放的输出端相连；所述抗干扰消振滤波电容一与高稳定低温漂精密电阻一相连，所述高稳定低温漂精密电阻一与低噪声精密运放的输出端相连，所述抗干扰消振滤波电容一与高稳定低温漂精密电阻二相连，所述高稳定低温漂精密电阻二与基准电压源的VREF-端相连；所述换挡调节电路包括参考电压取样电阻，所述参考电压取样电阻与误差比较放大器的同相输入端相连，所述误差比较放大器的反相输入端接地，所述误差比较放大器的输出端经调整管基极限流电阻与NPN晶体三极管一的B极相连，所述NPN晶体三极管一的C极与NPN晶体三极管二的B极相连，所述NPN晶体三极管一的E极与NPN晶体三极管二的E极相连，所述NPN晶体三极管二的E极与整流桥的正极输出端相连，所述整流桥的负极输出端分别与开关一、开关二、开关三以及开关四相连，所述开关一与输出电压取样电阻一相连，开关二与输出电压取样电阻二相连，开关三与输出电压取样电阻三相连，开关四与输出电压取样电阻四相连，所述输出电压取样电阻一、输出电压取样电阻二、输出电压取样电阻三以及输出电压取样电阻四与误差比较放大器的同相输入端相连；所述整流桥的正极输出端和负极输出端并联有高压电容滤波和电容泄流电阻一；所述NPN晶体三极管的C极与限流回路相连；所述高稳定低温漂精密电阻一和高稳定低温漂精密电阻二经串联封装在一个电阻外壳中，所述电阻外壳上设置有三个接线端子；所述十进制分压器采用具有低热电势触点的磁保持继电器作为开关。

本实用新型中，基准电压源为精密7V单元，由高稳定低温漂稳压管ZD1和限流电阻R0构成，输出高稳定低噪声VREF+电压。因为ZD1的离散性，该电压的输出为7.1V；

升压电路为7V升10V单元，其中的低噪声精密运放U1A和高稳定低温漂精密电阻R1、R2构成增益是1.4倍的同相放大器，通过R1a的微调，输出准确的10V电压；C1、C2为抗干扰消振滤波电容，C3为运放供电的旁路电容。该电路的输出遵循开尔文结构，尽量消除电路布线方面的影响；

0-10V输出单元为7位任意值单元，是7位十进制数模转换，通过单片机主控数字接口，可以得到0V到10V之间的任意值电压输出；

换挡调节电路为主电路，由工频变压器输出的850V交流电压经过BR1整流桥、E1高压电容滤波后得到1200V的直流不稳定高压Ue；NPN型三极管Q1和Q2串联，等效为一个高反压低驱动电流的调整管，Q2的集电极和发射极之间的电压称为管压降Uce，在这里，“限流回路”可以理解为内阻为0的自恢复保险丝；主电路为典型的浮动式串联调整线性稳压结构，输出正极为整个电路的电位参考公共点（接地点），输出负极浮空。R4为调整管基极限流电阻、A1B为误差比较放大器、R5为参考电压取样电阻、R8（R6,R7,R9切换不同档位）为输出电压取样电阻、K3（K1,K2,K4）为档位切换开关、C4为输出电压滤波电容、R3和R10为电容泄流电阻，K1、K2、K3和K4分别对应1V,10V,100V和1000V量程切换。

当选择100V档位，K3闭合，7位任意值单元输出10V。Ue、Uce和输出电压Uout构成回路，Ue=Uce+Uout。误差放大器A1B的反相输入端6端接地（电位参考公共点），电路正常运行后其同相输入端5端电位同6端都为0电位（相对于输出正），此时输出电压Uout为100V（可根据R5与R8流过的电流计算）。

当输出电压Uout变高，流过R8的电流会增加导致A1B放大器的5端电压下降（Uout变高意味着输出负极电压更低），A1B的输出会降低，调整管驱动电流减少Uce增加，进而使得输出电压Uout下降完成稳压调整。反之亦然。

档位切换开关可以接入不同量程的输出电压取样电阻，得到相差数量级的反馈比例系数，达到1V,10V,100V和1000V量程切换的功能。

本实用新型不局限于上述实施例，在本公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种高精度直流电压源，其特征在于：包括基准电压源，所述基准电压源与升压电路相连，所述升压电路与0-10V输出单元相连，所述与0-10V输出单元与换挡调节电路相连，所述与0-10V输出单元的数字接口与单片机相连，所述单片机与触摸屏相连；

所述0-10V输出单元包括封装在一起的十进制分压器和20位DAC芯片。

2.根据权利要求1所述的一种高精度直流电压源，其特征在于：所述升压电路包括低噪声精密运放，所述低噪声精密运放的同相输入端与基准电压源的VREF+端相连，所述低噪声精密运放的反相输入端经抗干扰消振滤波电容一与基准电压源的VREF+端相连，所述抗干扰消振滤波电容一与抗干扰消振滤波电容二相连，所述抗干扰消振滤波电容二与低噪声精密运放的输出端相连；

所述抗干扰消振滤波电容一与高稳定低温漂精密电阻一相连，所述高稳定低温漂精密电阻一与低噪声精密运放的输出端相连，所述抗干扰消振滤波电容一与高稳定低温漂精密电阻二相连，所述高稳定低温漂精密电阻二与基准电压源的VREF-端相连。

3.根据权利要求2所述的一种高精度直流电压源，其特征在于：所述换挡调节电路包括参考电压取样电阻，所述参考电压取样电阻与误差比较放大器的同相输入端相连，所述误差比较放大器的反相输入端接地，所述误差比较放大器的输出端经调整管基极限流电阻与NPN晶体三极管一的B极相连，所述NPN晶体三极管一的C极与NPN晶体三极管二的B极相连，所述NPN晶体三极管一的E极与NPN晶体三极管二的E极相连，所述NPN晶体三极管二的E极与整流桥的正极输出端相连，所述整流桥的负极输出端分别与开关一、开关二、开关三以及开关四相连，所述开关一与输出电压取样电阻一相连，开关二与输出电压取样电阻二相连，开关三与输出电压取样电阻三相连，开关四与输出电压取样电阻四相连，所述输出电压取样电阻一、输出电压取样电阻二、输出电压取样电阻三以及输出电压取样电阻四与误差比较放大器的同相输入端相连。

4.根据权利要求3所述的一种高精度直流电压源，其特征在于：所述整流桥的正极输出端和负极输出端并联有高压电容滤波和电容泄流电阻一。

5.根据权利要求3所述的一种高精度直流电压源，其特征在于：所述NPN晶体三极管的C极与限流回路相连。

6.根据权利要求2-5任意一项所述的一种高精度直流电压源，其特征在于：所述高稳定低温漂精密电阻一和高稳定低温漂精密电阻二经串联封装在一个电阻外壳中，所述电阻外壳上设置有三个接线端子。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的一种高精度直流电压源，其特征在于：所述十进制分压器采用具有低热电势触点的磁保持继电器作为开关。