带补偿电源的程控电子负载装置

摘要

本发明涉及一种带补偿电源的程控电子负载装置。目前的电子负载装置分辨率低，自动化程度低。本发明中的微处理器模块与第一D/A转换模块、电子负载调整模块、电子负载输出模块连接，构成可程控调整的电子负载。微处理器模块与第二个D/A转换模块、补偿电源调整模块、补偿电源输出模块、A/D转换模块连接，构成闭环、可程控调整的电子负载补偿电源。微处理器模块与串口通讯模块连接，实现与上位机及其它CPU的通讯。本发明利用达林顿管的响应速度快、稳定性好、功耗小、噪声低、寿命长的特点，实现了一种无机械触点和运动部件、响应快速、灵敏度高、噪声低、寿命长、性能可靠的带补偿电源的电子负载装置。

主权项

带补偿电源的程控电子负载装置，包括电源模块、微处理器、第一D/A转换模块、电子负载调整模块、电子负载输出模块、第二D/A转换模块、补偿电源调整模块、补偿电源输出模块、A/D转换模块和串口通讯模块，其特征在于：所述的电源模块由一片LM338提供+24V、一片LM333提供‑24V、一片MC7815T提供+15V、一片LM7915CT提供‑15V、另一片LM338提供+5V、一片MC7905T提供‑5V、一片SPX1117M‑3.3提供+3.3V、一片LT1461AIS8‑2.5提供+2.5V，由整流桥RS607提供+38V电源，电源模块分别其它模块供电；所述的微处理器模块包括PHILIP公司的LPC2214芯片、第一双向电压转换器SN74LVC4245DW芯片、第二双向电压转换器SN74LVC4245DW芯片、第三双向电压转换器SN74LVC4245DW芯片和一片GAL芯片ATF16V8B15PI；其中LPC2214芯片的25脚、69脚、70脚、60脚、59脚和68脚分别与第一双向电压转换器SN74LVC4245DW芯片的16脚、17脚、18脚、19脚、20脚和21脚连接，4脚与第一双向电压转换器SN74LVC4245DW芯片的2脚连接，98脚、105脚、106脚、108脚、109脚、114脚、115脚、116脚分别与第二双向电压转换器SN74LVC4245DW芯片的21～14脚连接，117脚、118脚、120脚、124脚、125脚、127脚、129脚、130脚分别与第三双向电压转换器SN74LVC4245DW芯片的21～14脚连接，90脚、74脚、73脚、72脚、71脚、35脚、30脚、29脚分别与电阻R151～R158的一端连接，电阻R151～R158的另一端分别与GAL芯片ATF16V8B15PI的2～9脚连接，LPC2214芯片的142脚分别与晶振Y101的XTAL1脚、电阻R163的一端、电容C158的一端连接，电阻R163的另一端分别与LPC2214芯片的141脚、晶振Y101的XTAL2脚、电容C159的一端连接，电容C158的另一端与电容C159的另一端连接，并连接到地线，LPC2214芯片的3脚、9脚、26脚、38脚、54脚、67脚、79脚、93脚、103脚、107脚、111脚、128脚、138脚、139脚均连接到地, 2脚、14脚、31脚、39脚、51脚、57脚、77脚、94脚、104脚、112脚和119脚与电源模块的+3.3V输出端连接，13脚与电阻R191的一端连接，16脚与电阻R192的一端连接，电阻R191的另一端分别与电阻R192的另一端、电源模块的+3.3V输出端连接，LPC2214芯片的123脚与电阻R136的一端连接，电阻R136的另一端与电源模块的+3.3V输出端连接；微处理器模块2的LPC2214芯片的42脚、49脚、75脚和76脚分别与串口通讯模块10中的串口芯片SP3232EEY的11脚、12脚连接、10脚和9脚连接，分别产生TXD0、RXD0、TXD1、RXD1信号；第一SN74LVC4245DW芯片的23脚分别与24脚、电源模块的+3.3V输出端、电容C133的一端连接，电容C133的另一端与地线连接，第一双向电压转换器SN74LVC4245DW芯片的1脚分别与电源模块的+5V输出端、电容C135的一端连接，电容C135的另一端与地连接，第一双向电压转换器SN74LVC4245DW芯片的11～13脚、22脚均连接到地，3脚与排阻PR110的8脚连接，排阻PR110的1脚连接SPI_MOSI_O信号端，第一双向电压转换器SN74LVC4245DW芯片的4脚与排阻PR110的7脚连接，排阻PR110的2脚连接SPI_CLK_O信号端，第一双向电压转换器SN74LVC4245DW芯片的5脚与排阻PR110的6脚连接，排阻PR110的3脚连接SPI_SC1_O信号端，第一双向电压转换器SN74LVC4245DW芯片的6脚与排阻PR110的5脚连接，排阻PR110的4脚连接SPI_SC2_O信号端，第一双向电压转换器SN74LVC4245DW芯片的7脚与排阻PR111的8脚连接，排阻PR111的1脚连接LDAC信号端，第一双向电压转换器SN74LVC4245DW芯片的8脚与排阻PR111的7脚连接，排阻PR111的2脚连接AD_BUSY1信号端，其中SPI_MOSI_O信号端、SPI_CLK_O信号端、SPI_SC1_O信号端和LDAC信号端的信号输出到第一D/A转换模块3，SPI_MOSI_O信号端、SPI_CLK_O信号端、SPI_SC2_O信号端和LDAC信号端的信号输出到第二D/A转换模块6，AD_BUSY1信号端接受A/D转换模块9的AD_BUSY1信号；第二SN74LVC4245DW芯片的23分别与24脚、电源模块的+3.3V输出端、电容C121的一端连接，电容C121的另一端与地线连接，第二双向电压转换器SN74LVC4245DW芯片的1脚分别与电源模块的+5V输出端、电容C123的一端连接，电容C123的另一端与地线连接，第二双向电压转换器SN74LVC4245DW芯片的11～13脚均连接到地线，2脚连接电源模块的+5V输出端，22脚分别与第三双向电压转换器SN74LVC4245DW芯片的2脚、芯片ATF16V8B15PI的12脚、AD_DATA信号端连接，3～6脚分别与排阻PR100的8～5脚连接，7～10脚分别与排阻PR102的8～5脚连接，排阻PR100的1～4脚分别连接AD0～AD3数据信号端，排阻PR102的1～4脚分别连接AD4～AD7数据信号端；第三SN74LVC4245DW芯片的23脚分别与24脚、电源模块的+3.3V输出端、电容C122的一端连接，电容C122的另一端与地线连接，第三双向电压转换器SN74LVC4245DW芯片的1脚分别与电源模块的+5V输出端、电容C124的一端连接，电容C124的另一端与地线连接，第三双向电压转换器SN74LVC4245DW芯片的11～13脚均连接到地线，2脚连接电源模块的+5V输出端，22脚分别与第二双向电压转换器SN74LVC4245DW芯片的2脚、AD_DATA信号端连接，3～6脚分别与排阻PR101的8～5脚连接，7～10脚分别与排阻PR104的8～5脚连接，排阻PR101的1～4脚分别连接AD8～AD11数据信号端，排阻PR104的1～4脚分别连接AD12～AD15数据信号端，接收A/D转换模块9的数据信号；GAL芯片ATF16V8B15PI的10脚连接到地线，20脚分别与电源模块的+5V输出端、电容C127的一端连接，电容C127的另一端与地线连接，GAL芯片ATF16V8B15PI的12脚与排阻PR106的5脚连接，排阻PR106的4脚连接AD_DATA信号端，GAL芯片ATF16V8B15PI的13脚与排阻PR106的6脚连接，排阻PR106的3脚连接AD_CS1信号端，GAL芯片ATF16V8B15PI的14脚与排阻PR106的7脚连接，排阻PR106的2脚连接AD_RC1信号端，其中AD_DATA信号端与第二、三SN74LVC4245DW芯片的22脚连接，AD_CS1信号端、AD_RC1信号端的信号输出到A/D转换模块；所述的第一D/A转换模块包括第一D/A转换芯片DAC8831ICD和第一运算放大器OP177FP；第一D/A转换芯片DAC8831ICD的7脚、8脚、10脚和11脚分别与微处理器模块2中第一双向电压转换器SN74LVC4245DW芯片的5脚产生的SPI_SC1_O信号、4脚产生的SPI_SCK_O信号、3脚产生的SPI_MOSI_O信号和7脚产生的LDAC信号连接，产生D/A转换所需的片选、时钟、输入数据信号和输出使能信号；第一D/A转换芯片DAC8831ICD的3脚、4脚和12脚均与地线连接，14脚分别与电源模块的+5V输出端、电容C214的一端连接，电容C214的另一端与地线连接，5脚分别与6脚、电容C213的一端、电容C212的一端和电源模块的+2.5V输出端连接，获取转换基准电压，电容C213的另一端与电容C212的另一端连接，并连接到地线，2脚、13脚和1脚分别与第一运算放大器OP177FP的3脚、2脚和6脚连接，实现电压跟随，第一OP177FP芯片的1脚经电阻与电阻R205的一端连接，电阻R205的另一端与可调电阻WR201的1脚连接，可调电阻WR201的3脚分别与第一运算放大器OP177FP的7脚、电源模块的+5V输出端和电容C215的一端连接，电容C215的另一端与地线连接，可调电阻WR201的2脚与电阻R206的一端连接，电阻R206的另一端与第一运算放大器OP177FP的8脚连接，第一运算放大器OP177FP的4脚分别与电源模块的‑5V输出端、电容C217的一端连接，电容C217的另一端与地线连接，第一OP177FP芯片的6脚与电阻R207的一端连接，电阻R207的另一端与电容C216的一端、第一D/A转换模块的输出端VCI连接，并输出到电子负载调整模块，电容C216的另一端与地线连接；所述的电子负载调整模块由运算放大器OPA445AP芯片构成；第一D/A转换模块的输出VCI信号与电阻R401的一端连接，电阻R401的另一端与可调电阻XR400的1脚连接，可调电阻XR400的2脚与电阻R404的一端连接，电阻R404的另一端与地线连接，可调电阻XR400的3脚与电阻R402的一端连接，电阻R402的另一端与运算放大器OPA445AP芯片的3脚连接，运算放大器OPA445AP芯片的2脚分别与电阻R403的一端、电容C403的一端、电容C400的一端、电容C401的一端连接，电容C401的另一端与电阻R400的一端连接，电阻R400的另一端分别与电容C400的另一端、运算放大器OPA445AP芯片的6脚连接，电阻R403的另一端与电容C403的另一端连接，并与电子负载输出模块的反馈信号CVI_BACK端连接，运算放大器OPA445AP芯片的7脚分别与电源模块的+24V输出端和电容C402的一端连接，电容C402的另一端与地线连接，运算放大器OPA445AP芯片的4脚与电源模块的‑24V输出端和电容C404的一端连接，电容C404的另一端与地线连接，运算放大器OPA445AP芯片的6脚输出电压调整信号LOAD_V_Comp，并连接到电子负载输出模块的LOAD_V_Comp端；所述的电子负载输出模块由第一NPN晶体管2N2222A、第二NPN晶体管2N2222A、第三NPN晶体管2N2222A、第一NPN晶体管2N3440、第一达林顿管TIP142、采样电阻RS400及运算放大器OP27A组成；第一NPN晶体管2N2222A的2脚与电子负载调整模块的输出端LOAD_V_Comp连接，3脚分别与电阻R411、电阻R414和电容C407的一端连接，电阻R414的另一端与电容C407的另一端连接，并连接到地线，第一NPN晶体管2N2222A的1脚与电阻R406的一端连接，电阻R406的另一端与电源模块的+38V输出端连接，电阻R411的另一端与第二NPN晶体管2N2222A的2脚连接，第二NPN晶体管2N2222A的3脚与电阻R412的一端连接，1脚与电阻R407的一端连接，电阻R407的另一端与电源模块的+38V输出端连接，电阻R412的另一端分别与第一NPN晶体管2N3440的2脚、第三NPN晶体管2N2222A的1脚和电阻R413的一端连接，电阻R413的另一端分别与第一NPN晶体管2N3440的3脚和第一达林顿管TIP142的1脚连接，第一NPN晶体管2N3440的1脚与电源模块的+38V输出端连接，第三NPN晶体管2N2222A的3脚与地线连接，2脚与可调电阻WR400的1脚连接，第一达林顿管TIP142的2脚分别与电阻R405和电容C406的一端连接，构成电子负载的输出端Load_IN，电阻R405另一端与电容C405的一端连接，电容C405的另一端与电容C406的另一端连接，并连接到地线，第一达林顿管TIP142的3脚与电阻R408的一端连接，电阻R408的另一端分别与采样电阻RS400的1脚、可调电阻WR400的2脚和3脚连接，采样电阻RS400的2脚与地线连接，3脚与电阻R417的一端连接，4脚与电阻R420的一端连接，电阻R417的另一端分别与电阻R415的一端、运算放大器OP27A的2脚连接，电阻R420的另一端分别与电阻R421的一端、运算放大器OP27A的3脚连接，电阻R421的另一端与地线连接，电阻R415的另一端与运算放大器OP27A的6脚连接，运算放大器OP27A的7脚分别与电容C408的一端和电源模块的+15V输出端连接，电容C408的另一端与地线连接；运算放大器OP27A的4脚分别与电容C409的一端和电源模块的‑15V输出端连接，电容C409的另一端与地线连接；运算放大器OP27A的6脚输出反馈信号CVI_BACK到电子负载调整模块；所述的第二D/A转换模块包括第二D/A转换芯片DAC8831ICD和第二运算放大器OP177FP；第二D/A转换芯片DAC8831ICD的7脚、8脚、10脚和11脚分别与微处理器模块中第一双向电压转换器SN74LVC4245DW芯片的6脚产生的SPI_SC2_O信号、4脚产生的SPI_SCK_O信号、3脚产生的SPI_MOSI_O信号和7脚产生的LDAC信号连接，产生D/A转换所需的片选、时钟、输入数据信号和输出使能信号；第二D/A转换芯片DAC8831ICD的3脚、4脚和12脚均与地线连接，14脚分别与电源模块的+5V输出端、电容C203的一端连接，电容C203的另一端与地线连接，5脚分别与6脚、电容C202的一端、电容C201的一端和电源模块的+2.5V输出端连接，获取转换基准电压，电容C202的另一端与电容C201的另一端连接，并连接到地线，2脚、13脚和1脚分别与第二运算放大器OP177FP的3脚、2脚和6脚连接，实现电压跟随，第二OP177FP芯片的1脚经电阻与电阻R200的一端连接，电阻R200的另一端与可调电阻WR200的1脚连接，可调电阻WR200的3脚分别与第二运算放大器OP177FP的7脚、电源模块的+5V输出端和电容C204的一端连接，电容C204的另一端与地线连接，可调电阻WR200的2脚与电阻R201的一端连接，电阻R201的另一端与第二运算放大器OP177FP的8脚连接，第二运算放大器OP177FP的4脚分别与电源模块的‑5V输出端、电容C206的一端连接，电容C206的另一端与地线连接，第二OP177FP芯片的6脚与电阻R202的一端连接，电阻R202的另一端与电容C205的一端、第二D/A转换模块3的输出端VCV连接，并输出到补偿电源调整模块7，电容C205的另一端与地线连接；所述的补偿电源调整模块由第三运算放大器OP177FP构成；第三运算放大器OP177FP的3脚与电阻R301的一端连接，电阻R301的另一端与第二D/A转换模块6的输出端VCV连接；第三运算放大器OP177FP的2脚分别与电阻R302、电容C301和电容C300的一端连接，电容C300的另一端与第三运算放大器OP177FP的6脚连接，电容C301的另一端与电阻R300的一端连接，电阻R300的另一端与第三运算放大器OP177FP的6脚连接；第三运算放大器OP177FP的7脚分别与电容C302的一端和电源模块的+15V输出端连接，电容C302的另一端与地线连接；第三运算放大器OP177FP的4脚分别与电容C303的一端和电源模块的‑15V输出端连接，电容C303的另一端与地线连接；电阻R302的另一端分别与可调电阻XR300的调整端、可调电阻XR300的另一端、电阻R304的一端和电容C304的一端连接，可调电阻XR300的第三端与电阻R303的一端连接，电阻R303的另一端与地线连接，电阻R304的另一端和电容C304的另一端连接，构成补偿电源调整模块的反馈端OutputHI，并与补偿电源输出模块的输出端连接；第三运算放大器OP177FP的6脚输出调整信号V_Comp到补偿电源输出模块；所述的补偿电源输出模块由第四NPN晶体管2N2222A、第五NPN晶体管2N2222A、第六NPN晶体管2N2222A、第二NPN晶体管2N3440、第三NPN晶体管2N3440和第二达林顿管TIP142组成；第四NPN晶体管2N2222A的2脚与补偿电源调整模块的输出端V_Comp连接，3脚分别与电阻R313、电阻R310和电容C315的一端连接，电阻R313的另一端与电容C315的另一端连接，并连接到地线，第四NPN晶体管2N2222A的1脚与电阻R305的一端连接，电阻R305的另一端与电源模块的+38V输出端连接，电阻R310的另一端与第五NPN晶体管2N2222A的2脚连接，第五NPN晶体管2N2222A的3脚与电阻R311的一端连接，1脚与电阻R306的一端连接，电阻R306的另一端与电源模块的+38V输出端连接，电阻R311的另一端分别与第二NPN晶体管2N3440的2脚、第六NPN晶体管2N2222A的1脚和电阻R312的一端连接，电阻R312的另一端分别与第二NPN晶体管2N3440的3脚和第二达林顿管TIP142的1脚连接，第二NPN晶体管2N3440的1脚与电源模块的+38V输出端连接，第二达林顿管TIP142的2脚与电源模块的+38V输出端连接，3脚与电阻R307的一端连接，电阻R307的另一端分别与电阻R314的一端、可调电阻WR300的2脚和3脚连接，可调电阻WR300的1脚与第六NPN晶体管2N2222A的2脚连接，第六NPN晶体管2N2222A的3脚分别与电阻R314的另一端、电容C306的一端、电容C307的一端、第三NPN晶体管2N3440的1脚连接，并连接到偿电源输出模块的输出端/反馈端OUTPUTHI，电容C306的另一端与电容C307的另一端连接，并连接到地线，第三NPN晶体管2N3440的2脚与地线连接，3脚与可调电阻WR301的2脚和3脚连接，可调电阻WR301的1脚与电阻R315的一端连接，电阻R315的另一端与电源模块的‑15V输出端连接；所述的A/D转换模块由A/D转换芯片ADS8505IBDB构成；ADS8505IBDB芯片的1脚分别与电阻R101的一端、电阻R103的一端和电容C106的一端连接，电阻R101的另一端与补偿电源输出模块8的输出端/反馈端OUTPUTHI连接，电容C106的另一端与地线连接，电阻R103的另一端分别与ADS8505IBDB芯片的4脚和电容C108的一端连接，电容C108的另一端与地线连接，ADS8505IBDB芯片的3脚和电容C110的一端连接，电容C110的另一端与地线连接，ADS8505IBDB芯片的2脚、5脚和14脚均与地线连接，ADS8505IBDB芯片的6～13脚、15～22脚分别与微处理器模块的AD0～AD15端连接，ADS8505IBDB芯片的23脚均与地线连接，24脚、25脚和26脚分别与微处理器模块2的AD_RC1端、AD_CS1端和AD_BUSY1端连接，ADS8505IBDB芯片的27脚分别与电容C102的一端、电容C103的一端和电源模块的+5V输出端连接，电容C102的另一端与电容C103的另一端连接，并连接到地线，28脚分别与电容C101的一端、电源模块的+5V输出端连接，电容C101的另一端与地线连接；所述的串口通讯模块由串口芯片SP3232EEY构成；微处理器模块的LPC2214芯片的42脚、49脚、75脚和76脚分别与串口芯片SP3232EEY的11脚、12脚连接、10脚和9脚连接，串口芯片SP3232EEY的1脚与电容C141的一端连接，电容C141的另一端与串口芯片SP3232EEY的3脚连接，串口芯片SP3232EEY的4脚与电容C142的一端连接，电容C142的另一端与串口芯片SP3232EEY的5脚连接，串口芯片SP3232EEY的2脚与电容C144的一端连接，电容C144的另一端分别与串口芯片SP3232EEY的16脚、电容C143的一端和电源模块的+3.3V输出端连接，电容C143的另一端与地线连接，串口芯片SP3232EEY的6脚与电容C145的一端连接，电容C145的另一端分别与串口芯片SP3232EEY的15脚和地线连接；串口芯片SP3232EEY的7脚、8脚分别输出信号COMP_T和COMP_R到PC机的串口，实现与PC机的互连通讯，串口芯片SP3232EEY的14脚、13脚分别输出信号HMI_T和HMI_R到人机界面的串口。