程控电源

　　程控电源指通过外部控制来设定输出电压、输出电流的稳压、稳流或稳压／稳流的电源。

　　（1）程控电源的编程方式 程控电源的编程方式一般有无源和有源两种。以图1示出的稳压电源为例，因为

式中 U_r——电流通路中放大器的基准电压。

所以，改变反馈电阻Rf或输人电阻R_a，或者同时改变R_f和R_a都可改变输出值，此即所谓的无源编程法。若这种电源通过改变基准电压U_r或基准电流的方式改变输出值，就是有源编程法。

　　图1 用外部电阻对稳压电源实施有源编程的电路

　　控制系数N是程控电源的一项主要技术指标。对用Rf制系数N是产生单位电压变化所要求的电阻变化，单位为Ω／v。因此，电源的输出电压为

式中 R_f——编程电阻。

　　为了获得比较高的输出电压分辨率，控制系数常选用1kΩ／v或10kΩ／v。程控电源的另一项主要指标是编程速度。这是控制元件改变后，U_out（或I_out）达到要求的标称值所需要的时间。

　　图2是用外部电压U_r对稳压电源实施有源编程的电路图。通常，根据稳压电源所要求的输出特性，可以控制电压叽为步进电压或斜坡电压等不同形式，产生额定输出电压的外部控制电压为±10V或±1V。因为Ur在电源的外面，所以，可在远地对电源进行编程。为了获得高分辨率的输出设定值，Ur也可用数字方式来控制。

　　图2 用外部电压U_r对稳压电源实施有源编程的电路图

　　（2）数字式程控电源 在自动测试系统中，常要求以很高的编程速度来设定高分辨率的输出值，数字式程控电源能满足该要求，图3是数字式稳压电源和稳流电源的原理电路图。D／A转换器把输入的数字式数据转换为基准端的模拟电压U_r，它的分辨率由输人的数据位数决定。例如，如果U_r的量程为0～10V，输入12位BCD码（3位十进制数），则数据的最低位增量为10mV。Ur分为1000步，每步10mV。如果输人12位二进制数据，则分辨率达0.0244％。因为图3（a）中的U_out和图3（b）中的Iout都正比于U_r，故按此方式，可以设定任意高的分辨率的输出值U_out和I_out。

　　图3 数字式稳压电源和稳流电源的原理电路

　　①数字式程控电源的一般结构。图4所示为比较完整的数字式程控电源结构框图。其数字电路部分由数据输人缓冲器、光电隔离器、锁存器和D／A转换器组成。

　　图4 数字式程控电源结构框图

　　数据输人缓冲器：电源用并行形式的数字式数据输入。通常，数据的电平与数字电路中经常使用的TTL硬件相兼容，即逻辑0为0～＋0.4V，逻辑1为＋2.4～5.5V。若输人的数据（如来自MOS、CMOS或其他硬仵的数据）不符合上述规定，则可通过数据输入缓冲器转换为与TTL兼容的标准形式，数据输人缓冲器的输出接光电隔离器。

　　光电隔离器：光电耦合器由于具有转换速度快、可靠性高以及隔离性能好等特点，所以，数字式程控电源中常用它来作为输人和输出之间的隔离。图5是电源中实际使用的光电隔离纛器的连接图（传递延迟约为60ns）。每当输人数据为逻篚辑1态时，发光二极管LED就在外壳内发光。只要“允许”端为高电平（地址缓冲器输出为高），与非门的输出就响应输人状态的变化。一旦出现数据传送脉冲，这些数据就传送到锁存器内。这里所述的传送脉冲由选通脉冲经过合适的延迟产生，因此，能够同时锁存所有需要寄存的数据位，而不必考虑输人电路和数据线上的不同延迟。

　　图5 光电隔离器

　　锁存器：程控电源中的锁存器常由若干片4D或8D触发器组成。触发器的D端接各位输入数据，时钟输人端接传送脉冲。当传送脉冲为高态时，输人数据就暂存在锁存器内。

　　D／A转换器：如前所述，程控电源的输出分辨率直接由D／A转换器的性能决定，所以，D／A转换器是程控电源最重要的部分。为了迅速、准确地控制输出，D／A转换器的转换速度和准确度都必须足够高。此外，按要求，最好能具有正、负双极性输出能力。

　　②KBC－Ⅱ型可编程电源工作原理。KBC－Ⅱ型可编程电源由数模转换器、基准电压源、电压比较器、运算放大器A1l～A3、输出电压可调的稳压器、CPU、显示器及键盘等几部分组成，输出电压的大小与输出顺序由键盘设定，并由计算机控制实现。图6是这种电源的原理电路图。

　　图6 KKBC－Ⅱ型可编程电源的原理电路

　　图中，带有恒温槽的精密基准源LM399提供一个稳定的基准电压。这个电压经运放A1反相放大后作为DAC的参考电压Uref，其极性为负。DAC的模拟输出送A2放大，其反馈电阻为DAC内部的电阻RFB。A2的输出接LM723的第5端子，为它提供参考电压。

　　LM723是电压可调线性稳压集成器。它的差分输人端是4（反相）、5（同相），输出端是10。为增大输出电流，在输出端外接了一个达林顿管。整个电源的输出电压Uout经精密电阻分压，反馈到反向输人端4。

　　A2的同相输人端接一个可调的高稳定电位器R2，用于“零点调整”。当DAC所接受的数据为全零时，调R2以改变A2的同相端电位，进而改变LM 723中差分放大器的同相端电位，使输出Uout调整到0。

　　R1用于“斜率调整”。在输出满幅度附近取一点，并让DAC接受这点数值，再通过调Uref来调整其模拟输出，进而改变LM723同相端5的电位，最终使输出Uout调整到与DAC接受的数据相符合的值上。斜率调整完毕之后，让DAC接受一个满度值，这时A2的输出最大，调整凡使比较器A4的输出处在由低电平翻转为高电平的门限上，并锁死R3，在电源面板上只保留R1。

　　开机校准时，可输出一个满度值，调凡使输出Uout逐渐增加。实际上就是使实际输出曲线的斜率逐渐加大，当它大过理想曲线斜率时，比较器的输出发生翻转。计算机检测到这个翻转后显示“Error”来提示。然后，向反方向调整R3到“Error”刚刚消失，此时即可认为校准成功。以后，电源即可按DAC接收到的数据输出准确的电压。