程控交流电流源

只看该作者 · 2011-4-22 10:27

设计一个电流可控的交流电流源，输入交流200-240v，50Hz市电，输出正弦交流电流。

基本要求：
1.输出交流电流的有效范围：1mA-100mA，负载<50欧姆。
2.输出交流频率范围为：100Hz-100kHz。
3.可显示设置输出电流的有效值
4.输出电流具有+，—步进的调整功能，步进<0.5mA
5.可设置输出频率，且具有‘+’‘-’步进的调整功能，步进<100Hz
6.改变负载电阻，输出电压峰峰值在5v以内变化。
7.失真度<10%
请高手给点思路，这个电源大致该怎么设计，例如如何显示，设置，步进电流的有效值，如何设置和步进输出电流的频率。本人知识有限，对模拟电路和单片机技术掌握的还行。

3万 · 2011-4-22 11:34

显示等等是枝节，如何实现正弦电流输出且可变频率才是困难所在。
1、最大输出电压为7V多(峰值)，最大输出功率0.5W，显然属于实验室用信号源而不是功率源。这么小的功率，使用线性放大电路比较适宜，而且最高频率要求到100kHz，更是非使用频率特性相当好的线性放大电路不可。
2、输出要求可调恒流，这是靠电流负反馈实现的。
3、那么现在首先需要一个频率可变电压可变的正弦信号。能够产生正弦信号的电路首推文氏电桥，但文氏电桥改变振荡频率比较麻烦(需要同步改变两个元件数值)。方波输出的振荡电路改变频率很容易，但输出是方波，需要将其转换成三角波再转换成正弦波。两相比较，后者容易实现一些，虽然电路复杂但容易控制。单片机也可以产生方波，但设计要求中方波频率共1000个，直接由单片机产生不可能准确。另一个方案是使用锁相环，由单片机控制分频数来实现频率步进。
4、频率要求步进变化，若采用方波振荡器，频率步进可以用单片机控制数字电位器实现。若采用锁相环，频率步进由单片机控制分频数来实现。但频率变化共1000步，无论哪种方式，均可能是必须分档方式实现。
5、输出电流亦要求步进变化，共分200步，也可以用数字电位器改变正弦电压信号实现。
6、功率放大器的最高工作频率为100kHz，已达普通功率放大芯片工作频率上限。较好的功率放大芯片如LM1875可以做到，但价格较高。因功率输出要求仅0.5W，可以考虑用较快的运放如NE5532扩展分立三极管实现。
7、非线性失真10%的要求相当低，容易做到，暂时可以不考虑。
8、用小键盘设置输出频率及电流，A/D检测输出电流等等，是单片机的工作。显然选用带A/D的单片机较适宜。

只看该作者 · 2011-4-22 17:52

看了您的回答受益匪浅，可是这不是自己产生了正弦波吗？要求的是输入交流200-240v，50Hz市电，输出正弦交流电流。

只看该作者 · 2011-4-22 17:53

2# maychang
看了您的回答受益匪浅，可是这不是自己产生了正弦波吗？要求的是输入交流200-240v，50Hz市电，输出正弦交流电流。

3万 · 2011-4-22 17:59

3&4楼：
实在不明白你要说什么。
当然是“自己产生了正弦波”，频率按照你的要求是100Hz～100kHz。
输入200～240V，50Hz，整流之后供这些振荡电路、转换电路、输出电路，还有单片机用啊！没有电源，这些振荡电路、转换电路……能工作吗？

3万 · 2011-4-22 18:00

你以为50Hz市电能转换成100kHz电流？

只看该作者 · 2011-4-22 18:03

2# maychang
那个市电是不是经过整流滤波后输出直流电压用来供电的。

只看该作者 · 2011-4-22 18:04

6# maychang
不好意思，我理解有误，非常感谢！

1万 · 2011-4-22 18:53

就一个压控振荡器或类似受控振荡器而已！

1万 · 2011-4-22 19:07

5.可设置输出频率，且具有‘+’‘-’步进的调整功能，步进<100Hz

这条难度较大——高频阶段，这可是千分之一而已

1.输出交流电流的有效范围：1mA-100mA，负载<50欧姆。

这条或许说明没有电压要求，比较容易

1万 · 2011-4-22 22:29

本帖最后由雪山飞狐D 于 2011-4-22 23:37 编辑

控制输出RMS电压即控制输出电流，频率用DDS输出，然后控制放大增益，功率放大用普通的功放就可以，采样电阻以后接RMS芯片和AD采样，这样就闭环控制了，或者采用AD+DSP+DA输出就可以完成全部算法（频率输出和有效值采样，还有PID控制）

只看该作者 · 2011-4-23 19:39

2# maychang

lz贴的这个只是基本要求，这道题还有扩展要求

2、发挥部分
（1）输出交流电流有效值范围为0. 5mA～500mA，步进≤0.1mA；
（2）输出交流频率范围为10Hz～500KHz，步进≤10Hz；
（3）失真度≤5％；
（4）设计、制作测量并显示实际输出电流有效值的装置 (可同时或交替显示电流的给定值和实测值)，测量误差的绝对值≤实际值的0.5％+0.1mA；
（5）改变负载电阻，输出电压峰峰值在5V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流有效值的0.5％+0.2mA；
（6）其他。

这个时候有几个问题比较麻烦，一是输出电流最大到500mA，负载是50，这时供电差不多要30V吧？这个时候用简单的线性稳压会不会很困难？

为了实现题目的精确电流步进，需要采样回有效值进单片机反馈，但是对一个交流信号的采样我们以前没有接触过，网上搜到的方案用到的芯片都很老，现在比较难买到，不知道各位大虾有没有什么方案推荐下呢？

先谢谢了！

3万 · 2011-4-23 19:55

12楼：
你和楼主做同一毕设题目？

(1)(2)(3)还比较容易。(1)(2)分档做就是了。你担心的30V线性稳压，不是问题，300V都容易。
(4)不大明白。既然要求输出是正弦，为什么还要求测量显示有效值？测量峰值或平均值比较容易，对确定的波形将峰值或者平均值换算成有效值就是了。
频率最高到500kHz，这个频率下用高速A/D采样，单片机计算有效值可能行不通。真有效值芯片是否可以工作到500kHz，我需要查查资料。

只看该作者 · 2011-4-23 20:19

13# maychang
我们校内赛选的同一题目。十二楼得是高手，我们队还有待提高，虚心请教。

只看该作者 · 2011-4-23 22:18

不错啊

只看该作者 · 2011-4-23 23:38

本帖最后由 qjmxxgui 于 2011-4-24 00:38 编辑

13# maychang

测有效值那里我们也是打算用芯片做,但是具体用什么芯片还没有选好.在考虑AD637,但是他的带宽是会变的,不知道合适不.

我们的整体思路是这样的,用dds产生一个峰峰值为1V的正弦波,当然他的幅值在高频会衰减 . 然后这个正弦波跟随下之后,送入一个增益可变的放大器,再送入如下图的输出极,实现恒流,然后从输出用有效值测量芯片反馈回MCU调节.

输出级的电阻R2准备采用继电器三级换档(0.5-5mA,5-50,50-500mA),
现在的问题是,
1 增益可变运放还有输出极那个运放,不知道怎么选型,到了500k,恐怕5532会不够.还有输出极那两个三级管也不知道怎么选,用tip41和42,不知道行不行.

2 按照这个方案,要用的电源是要达到30v30w(500mA在50欧电阻上就没了25w了25V了),这样的电源不用开关电源行吗?用线性稳压要怎么做呢?

请各位大虾指教下!谢谢!