一种输出波形可控的高精度数控电源的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种输出波形可控的高精度数控电源，包括信号产生模块、功率放大模块、触摸液晶屏显示控制模块、A/D采样模块、直流电源模块。所述信号产生模块可以产生正弦波、方波、三角波以及锯齿波等模拟信号，当需要输出时，通过单片机选择波形，调节输出频率和波形幅值，再经功率放大后输出。此外，所述数控电源也可选择直流电源模块输出直流电。所述A/D采样模块实时采集电源输出电压以及通过负载的电流，经高精度A/D转换器进行模数转换，最终在触摸液晶屏上直接显示当前电源输出状态。同时，在触摸液晶屏上可以直接设置电源输出参数，传递到单片机。其优点是：输出电压种类多样，能够实时监测当前输出状态，数控化程度高。
【专利说明】一种输出波形可控的高精度数控电源
【技术领域】
[0001]本实用新型属于数控电源领域，具体是涉及一种可以自主选择直流电源模式和交流电源模式，且输出交流电波形、幅度和频率可调的数控电源。
【背景技术】
[0002]数控电源被广泛应用于测控系统、通讯设备、医疗设备、电力设备的研究制造及科学实验中。输出波形可控高精度数控电源一方面可作为参考电源应用于仪表检验，更重要的是可作为驱动电源应用于振动研究、新型传感器研究、微机电系统研究等精密工程领域。因此，输出波形可控高精度数控电源是与精密测控、精密制造等前沿【技术领域】密切关联的关键设备，在科学研究、工程研究等领域具有重要的应用前景。
[0003]现阶段国内外的大多数电源产品只能单一输出直流或交流，输出较为单一，且输出电压幅度大多偏低，功率不高，如此便限制了电源的多功能性和实用性。
[0004]随着大规模集成电路的飞速发展，集成度越来越高，功能越来越强，兴起了很多DDS (Direct Digital Synthesizer,直接数字频率合成)器件,DDS是一种新的频率合成技术和信号产生的方法，具有极短的频率转换时间、极高的频率分辨率和较低的相位噪声，在频率改变时，DDS能够保持相位的连续，因此很容易实现频率、相位和幅度调节，此外，DDS技术大部分是基于数字电路技术的，具有可编程控制的突出优点。
[0005]如果能将DDS技术运用到数控电源领域，利用DDS的优异性能，改善输出波形可控高精度数控电源交流模式输出波形问题，则势必对输出波形可控高精度数控电源带来更广阔的应用前景。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种新的数控电源，该数控电源不仅能够输出直流电压，且能够输出任意波形的交流电，米用DDS技术配合外围积分电路输出正弦波、方波、三角波以及锯齿波模拟信号，再经功率放大模块之后输出，输出波形稳定且失真率小。
[0007]根据本发明的目的提出的一种输出波形可控的高精度数控电源，包括信号产生模块、功率放大模块、触摸液晶屏显示控制模块、A/D采样模块、直流电源模块，所述信号产生模块包括控制芯片、直接数字频率合成芯片和外围积分电路，该信号产生模块的输出端连接在功率放大模块和直流电源模块，所述功率放大模块和直流电源模块可选择的作为所述高精度数控电源的输出端进行输出，所述A/D采样模块连接在所述高精度数控电源的输出端上，将实时采集的电源输出电压以及通过一外加负载的电流，经模数转换后，输出给所述触摸液晶屏显示控制模块，所述触摸液晶屏控制模块上直接显示当前电源输出状态，该触摸液晶屏控制模块的液晶屏上设有参数输入界面。
[0008]优选的，所述控制芯片采用单片机STM32F103，所述直接数字频率合成芯片的型号为 AD9850。
[0009]优选的，所述单片机STM32F103通过自带D/A端口连接所述直流电源模块，该单片机STM32F103通过调节D/A端口输出的模拟电压信号，从而调节直流电源模块输出直流电压大小。
[0010]优选的，所述信号产生模块输出的信号包括正弦波、方波、三角波以及锯齿波中的一种。
[0011]优选的，所述功率放大模块采用D类功率放大芯片IRS2092，该芯片驱动电压范围为±100V，最大输出功率为500W。
[0012]优选的，所述A/D采样模块采用高精度A/D转换器ADC0809和高精度均方根直流转换器AD736。
[0013]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0014]采用DDS技术产生的模拟信号频率精度非常高，波形稳定。
[0015]触摸液晶屏作为人机界面，操作更加方便简介，显示更加清晰直观。
[0016]可选择直流电源模式和交流电源模式，输出交流波形又可选择正弦波、方波、三角波以及锯齿波等任意波形。
[0017]功率放大电路采用D类放大，相比于其他类型功率放大电路，效率更高。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]为了能够更加清楚地说明本实用新型所用技术手段，下面将实施例及说明所需要使用的附图作简单地介绍说明。在附图中:
[0019]图1为本实用新型的输出波形可控的高精度数控电源的模块示意图。
[0020]图2为DDS芯片AD9850及外围积分电路详细电路图。
[0021 ] 图3为A/D采样模块的详细电路结构图。
【具体实施方式】
[0022]图1是本实用新型的输出波形可控高精度数控电源的模块示意图，其主要包括信号产生模块2、功率放大模块3、A/D采样模块4、触摸液晶屏显示控制模块1和直流电源模块5。信号产生模块2主要用来生成包括正弦波、方波、三角波以及锯齿波等各种波形的电压信号，并将电压信号进行输出，该信号产生模块2包括控制芯片、直接数字频率合成(DDS)芯片和外围积分电路，其中控制芯片采用单片机STM32F103，该控制芯片可以选择波形、调节输出频率和波形幅值。直接数字频率合成芯片的型号为AD9850，该直接数字频率合成芯片可以用来生成正弦波和方波，而当需要输出三角波或锯齿波时，可以通过外围积分电路对DDS芯片输出的方波进行调制得到所需的波形。
[0023]图2为DDS芯片AD9850及外围积分电路详细电路图。所述AD9850中D0?D7、RESET、FQ_UD和W_CLK引脚分别与单片机相连，所述AD9850的10UT引脚输出正弦波，Q0UT引脚输出方波。所述外围积分电路主要包括由运算放大器LM324、电阻R1和R2、电容C5以及二极管D1和D2。方波通过Dl，D2组成的反并联二极管输入到运算放大器LM324反相输入端，反并联二极管对运放起保护作用。运算放大器LM324同相输入端通过电阻R1接地。电容C5与电阻R2并联，一端连接运算放大器反相输入端，另一端连接运算放大器输出端。所述外围积分电路输入方波占空比为50%,输出为三角波；否则输出锯齿波。
[0024]信号产生模块2的输出端连接功率放大模块3和直流电源模块5上。功率放大模块3和直流电源模块5可选择的作为所述高精度数控电源的输出端进行输出。其中，功率放大模块3将信号产生模块2输出的模拟信号进行放大，得到所需电压后输出。该功率放大模块3采用D类功率放大芯片IRS2092，该芯片驱动电压范围为±100V，最大输出功率为500W。而直流电源模块5的输入端则连接在单片机STM32F103自带的D/A端口上，通过调节D/A端口输出的模拟电压信号，从而调节直流电源模块输出直流电压大小。
[0025]A/D采样模块4的输入端连接在高精度数控电源输出端上，检测当前输出电压和输出电流，A/D转换模块输出端连接信号产生模块2中的控制芯片，该控制芯片与触摸液晶屏显示控制模块1连接进行双向通信，将当前电源输出状态信息显示在触摸液晶屏上，同时，在触摸液晶屏上可以设置电源输出参数，传递到该控制芯片中。
[0026]图3为A/D采样的详细电路结构图。所述A/D主要包括所述高精度A/D转换器U1和高精度均方根直流转换器U2。所述U1优选采用ADC0809，所述U2优选采用AD736。均方根直流转换器U2的输出端连接A/D转换器U1的输入端，均方根直流转换器U2的输入端连接电源输出端，均方根直流转换器U2是负责信号的TRMS/DC (真有效值转直流)转换，再经A/D转换器U1将模拟量转换成向单片机输送的数字量，以便在触摸液晶屏上实时显示当前电源输出状态。
[0027]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种输出波形可控的高精度数控电源，其特征在于:包括信号产生模块、功率放大模块、触摸液晶屏显示控制模块、A/D采样模块、直流电源模块，所述信号产生模块包括控制芯片、直接数字频率合成芯片和外围积分电路，该信号产生模块的输出端连接在功率放大模块和直流电源模块，所述功率放大模块和直流电源模块可选择的作为所述高精度数控电源的输出端进行输出，所述A/D采样模块的输入端连接在所述高精度数控电源的输出端上，该A/D转换模块输出端连接信号产生模块中的控制芯片，该控制芯片与触摸液晶屏显示控制模块连接并进行双向通信，将当前电源输出状态信息显示在触摸液晶屏显示控制模块的触摸液晶屏上，同时，在该触摸液晶屏上可以设置电源输出参数，传递到该控制芯片中。
2.如权利要求1所述的高精度数控电源，其特征在于:所述控制芯片采用单片机STM32F103，所述直接数字频率合成芯片的型号为AD9850。
3.如权利要求2所述的高精度数控电源，其特征在于:所述单片机STM32F103通过自带D/A端口连接所述直流电源模块，该单片机STM32F103通过调节D/A端口输出的模拟电压信号，从而调节直流电源模块输出直流电压大小。
4.如权利要求1所述的高精度数控电源，其特征在于:所述信号产生模块输出的信号包括正弦波、方波、三角波以及锯齿波中的一种。
5.如权利要求1所述的高精度数控电源，其特征在于:所述功率放大模块采用D类功率放大芯片IRS2092，该芯片驱动电压范围为±100V，最大输出功率为500W。
6.如权利要求1所述的高精度数控电源，其特征在于:所述A/D采样模块采用高精度A/D转换器ADC0809和高精度均方根直流转换器AD736。
【文档编号】G01R19/25GK204142782SQ201420390833
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】许宜申, 胡超, 吴茂成, 顾济华, 陶智 申请人:苏州大学