CN204229154U - 一种能够输出任意波形的低频大电流源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种能够输出任意波形的低频大电流源装置，其包括微处理器控制单元、数控放大单元和电流输出单元，微处理器控制单元包括D/A转换模块，D/A转换模块用于输出电压信号模拟量，D/A转换模块输出端与数控放大单元输入端相连，数控放大单元输出端与电流输出单元输入端相连，电流输出单元输出端与负载相连。本实用新型能够产生大电流、并且波形可调节的电流波形。

Description

一种能够输出任意波形的低频大电流源装置

技术领域

本实用新型涉及一种电源装置，具体涉及一种能够输出任意波形的低频大电流源装置。 

背景技术

电流源的应用领域非常广阔，不少的场合需提供电流源。例如波管、显像管、功率发射管等，它们的灯丝冷电阻很小，当用额定电压点燃时，在通电瞬间电流非常大，这就需要能够给灯丝提供额定电流的电流源；对于价格昂贵的大功率发射管或要求电真空器件的工作十分稳定的场合，就必须靠电流源供电；校验电流表时也需恒流源；另外，对电感及电容等特性的测量、电子学实验及某些特殊设备的研发及调试等中，经常需输入各种不同波形的电流源信号，某些场合还需大电流。 

目前，市场上虽然有各种各样的电流源，其中大部分是直流电流源，少量的为输出正弦波形的电流源，但这种输出正弦波的电流源输出的波形单一，电流一般也较小。现有设备很难满足大电流和特殊波形的需求。 

实用新型内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种能够输出任意波形的低频大电流源装置。 

本实用新型提供了一种能够输出任意波形的低频大电流源装置，其包括微处理器控制单元、数控放大单元和电流输出单元，所述微处理器控制单元包括D/A转换模块，所述D/A转换模块用于输出电压信号模拟量，所述D/A转换模块输出端与数控放大单元输入端相连，所述数控放大单元输出端与电流输出单元输入端相连，所述电流输出单元输出端与负载相连。 

本实用新型的D/A转换模块用于输出电压信号模拟量，数控放大单元进行放大输出，电流输出单元将电压信号转变为电流信号，本实用新型能够产生大电流、并且波形可调节的电流波形。 

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括滤波处理单元，所述滤波处理单元的输入端与D/A转换模块的输出端相连，所述滤波处理单元的输出端与数控放大单元的输入端相连。通过滤波处理单元滤出杂波和高频波，使输出更准确。 

在本实用新型的另一种优选实施方式中，还包括蓝牙无线收发单元，所述蓝牙无线收发单元与微处理器的蓝牙无线收发接口相连，实现外部设备与微处理器的通讯。 

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括电流采样单元和显示单元，所述微处理器控制单元包括A/D转换模块，所述电流输出单元输出端与电流采样单元的输入端相连，所述电流采样单元的输出端与A/D转换模块的输入端相连，所述A/D转换模块的输出端与显示单元相连，用于显示输出电压信息。便于实时监控和调整。 

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述微处理器控制单元包括STM32F103RD和***电路。 

在本实用新型的另一种优选实施方式中，还包括接口单元，所述接口单元 连接在所述电流输出单元和所述负载之间。实现外部设备与微处理器的通讯。 

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述电流输出单元的信号输入节点SignIn与数控放大单元的对应输出节点相连；输出节点Out1、Out2分别与输出接口单元对应的节点相连,输出接口单元与外部负载相接；供电节点正端AV+、负端AV-、AGND分别与供电单元中的模拟电源正极、负极、模拟地相连。 

在本实用新型的另一种优选实施方式中，所述电流输出单元型号为集成运放LM12。 

本实用新型选取32位微处理器STM32F103RD、LM12大电流运放和液晶显示屏，使得该装置具有集成度高、性能稳定、显示直观等优点。 

本实用新型采用了蓝牙无线传输模块，可非常方便地实现与手机、电脑等实现数据的无线传输，控制输出波形、输出幅度及频率等。 

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。 

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中： 

图1是本实用新型的结构示意图； 

图2是本实用新型一种优选实施方式中微处理器控制单元的电路示意图； 

图3是本实用新型一种优选实施方式中电流输出单元的电路示意图。 

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其 中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。 

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。 

本实用新型提供了一种能够输出任意波形的低频大电流源装置，其包括微处理器控制单元、数控放大单元和电流输出单元，微处理器控制单元包括D/A转换模块，D/A转换模块用于输出电压信号模拟量，D/A转换模块输出端与数控放大单元输入端相连，数控放大单元输出端与电流输出单元输入端相连，电流输出单元输出端与负载相连。 

在本实施方式中，D/A转换模块为现有的任意D/A转换模块，数控放大单元可以为任意现有的数控放大器，D/A转换模块可以输出确定频率的电压信号模拟量。 

在本实用新型另外的优选实施方式中，该电流产生装置还包括蓝牙无线收发单元，该蓝牙无线收发单元与微处理器的蓝牙无线收发接口相连，实现外部设备与微处理器的通讯，通过外部设备控制D/A转换模块输出电压的频率，具体的控制方法可采用现有的方法，例如根据申请号为201210438740.4中披露的调节方法。 

在本实施方式中，微处理器接收输入信息并控制输出波形的形状和频率的方法采用现有方法，本实用新型没有进行任何改进，具体可以但不限于采用专 利申请201310025582.4所公开的控制输出信号的频率和幅度信息的装置和方法，虽然专利申请201310025582.4只涉及三角波、正弦波的产生，但方波比正弦波更容易产生，本领域技术人员很容易在其基础上得到方波。另外，本实用新型可以采用专利申请201310043326.8中获得方波的方法和装置。 

在本实施方式中，还包括滤波处理单元，滤波处理单元的输入端与D/A转换模块的输出端相连，滤波处理单元的输出端与数控放大单元的输入端相连。通过滤波处理单元滤出杂波和高频波，使输出更准确。 

在本实施方式中，还可以包括电流采样单元和显示单元，电流输出单元输出端与电流采样单元的输入端相连，电流采样单元的输出端与A/D转换模块的输入端相连，A/D转换模块的输出端与显示单元相连，用于显示输出电压信息。便于实时监控和调整。 

在本实施方式中，还包括接口单元，接口单元连接在电流输出单元和所述负载之间。实现外部设备与微处理器的通讯。 

在本实施方式中，微处理器控制单元包括STM32F103RD和***电路。本实用新型利用32位微处理器控制内带的12位D/A转换，获取所需信号的电压信号，通过滤波处理单元滤出杂波和高频信号后，输出到数控放大器单元，经放大输出到电流输出单元实现将电压信号转换为电流信号，其输出送入输出接口单元，实现与外部负载的连接，同时通过输出电流采样单元获取实时的电流输出，并经32位微处理器控制内带的12位A/D转换，实现对输出电流的实时测量。另一方面在微处理器的控制下，利用蓝牙无线收发单元实现与手机、电脑等讯，进而实现输出波形、频率等的控制。 

如图1所示，微处理器控制单元主要实现各种控制、A/D转换和D/A转换；滤波处理单元主要滤除高频干扰，提高输出信号精度；在本实施方式中，可以 对数控放大单元进行手动调节，也可以使数控放大器单元在微处理器单元的控制下，根据用户的输入需要产生信号的幅度要求选择相应的放大倍数。具体控制方法为现有的方法，例如可以采用专利200710037470.5中公开的方法。 

电流输出单元主要实现将电压信号转换为电流信号，并同时实现功率放大；输出接口单元主要由输出端子构成，便于与外部负载连接；输出电流采样单元主要实现实时采集实际输出的电流，并将其转换为电压，同时放大后送入微处理器，利用其内带的A/D转换实现实时电流的测量；触摸式LCD液晶显示单元主要实现各种信息的输入和各种输出信息的显示等。蓝牙无线收发单元要通过蓝牙模块与其它设备如手机等实现通讯，从而达到控制输出的目的；供电单元主要为各部分工作提供相应的工作电源电压。 

通过触摸式LCD或蓝牙无线收发单元获取用户信息，32位微处理器STM32F103RD控制自带的D/A转换器输出所需信号的模拟信号，依次通过滤波处理单元、数控放大器单元、电流输出单元、输出接口单元向外部负载提供特定波形的电流信号；同时通过输出电流采样单元获取实时输出电流信息，并经微处理器内带的A/D转换实现实时电流的测量。该装置，采用高性能集成芯片和微处理器，所以易于小型化、产品化，可广泛用于电子电路相关实验及各种相关设备的研发和调试中，具有广阔的市场前景。 

在本实施方式中，如图2所示，微处理器控制单元主要由内带有A/D和D/A转换的32位微处理器STM32F103RD和相应的***元件构成。其中STM32F103RD内带3个12位的A/D转换器、2道12位D/A转换器、384K字节闪存、最高工作频率可达72MHz。利用内带D/A转换产生任意波形的低频信号；利用内带A/D转换实现对输出电流的实时测量；内带的384K字节闪存用于程序的存储。另外，微处理器同时实现对通过触摸屏输入的信息进行分析，并向 其它部分发送相应的数据或控制信号，并控制LCD液晶实现各种相关信息的显示等。节点AmpMeasure与输出电流采样单元的输出节点相连,通过微处理器内带A/D转换实现输出电流的测量。节点SignDA、Filter_CLK分别与滤波处理单元的模拟输入、滤波时钟输入相连，其中节点SignDA为微处理器内带D/A转换经简单滤波后的模拟信号输出节点。节点AMPCS、AMPDIO、AMPCLK分别与数控放大单元中对应节点相连。节点BlueRX、BlueTX分别与蓝牙无线收发单元中的对应节点相连，实现与外部设备的通讯。节点DD0——DD7、LCD_DI、LCD_RW、LCD_E、LCD_CSA、LCD_CSB、LCD_REST、LCD_LAMP、LCD_TCS、LCD_TDOUT、LCD_TDIN、LCD_TCLK、LCD_TBUSY、LCD_TPENIRQ分别与触摸式LCD液晶显示单元中对应节点相连。接口PSerial与外部串口相连，用于微处理器的编程。蜂鸣器BUZZ在微处理器的控制下，实现有按键按下时发出提示音。供电节点AV3.3V、DV3.3V、DGND、AGND分别与供电单元中的模拟电源3.3V、数字电源3.3V、数字地、模拟地相连，为该单元提供工作电源。 

如图3所示，电流输出单元由大功率运放、精密运放及***元件构成，主要是实现将电压信号转换为电流信号，并能提供一个大电流的驱动能力。集成运放LM12具有在电源为±30V时，输出电流为±10A的情况下，电压可达±25V，峰值耗散功率可达800W；跟随的情况下，频率带宽可达700KHz。输入节点SignIn与数控放大单元的对应输出节点相连；输出节点Out1、Out2分别与输出接口单元对应的节点相连,与外部负载相接；供电节点AV+5V、AV-5V、AV+30V、AV+30V、AGND分别与供电单元中的模拟电源正5V、-5V、+30V、-30V、模拟地相连，为该单元提供工作电源。 

如图3所示，输入节点SignIn通过低通滤波器与集成运放LM12的节点IN+相连，集成运放LM12的节点IN-与精密运放LMC6081的输出节点OUT相连。 

需要说明的是，虽然本实用新型实施例中采用的微处理器为STM32F103RD和集成运放LM12，但是这不应理解为对本实用新型的限制，任何按照本实用新型技术方案，能够实现本实用新型有益效果的处理器和集成运放芯片均在本实用新型的保护范围之内。 

还需要说明的是，本实用新型没有对软件进行改进，其采用的方法均为现有技术或者本领域技术人员不需要创造性劳动就可获得的方法。 

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。 

Claims (7)

1.一种能够输出任意波形的低频大电流源装置，其特征在于，包括微处理器控制单元、数控放大单元、电流输出单元和蓝牙无线收发单元，所述微处理器控制单元包括D/A转换模块，所述D/A转换模块用于输出电压信号模拟量，所述D/A转换模块输出端与数控放大单元输入端相连，所述数控放大单元输出端与电流输出单元输入端相连，所述电流输出单元输出端与负载相连，所述蓝牙无线收发单元与微处理器的蓝牙无线收发接口相连，实现外部设备与微处理器的通讯。 

2.如权利要求1所述的能够输出任意波形的低频大电流源装置，其特征在于，还包括滤波处理单元，所述滤波处理单元的输入端与D/A转换模块的输出端相连，所述滤波处理单元的输出端与数控放大单元的输入端相连。 

3.如权利要求1所述的能够输出任意波形的低频大电流源装置，其特征在于，还包括电流采样单元和显示单元，所述微处理器控制单元包括A/D转换模块，所述电流输出单元输出端与电流采样单元的输入端相连，所述电流采样单元的输出端与A/D转换模块的输入端相连，所述A/D转换模块的输出端与显示单元相连，用于显示输出电压信息。 

4.如权利要求1所述的能够输出任意波形的低频大电流源装置，其特征在于，所述微处理器控制单元包括STM32F103RD和***电路。 

5.如权利要求1所述的能够输出任意波形的低频大电流源装置，其特征在于，还包括接口单元，所述接口单元连接在所述电流输出单元和所述负载之间。 

6.如权利要求1所述的能够输出任意波形的低频大电流源装置，其特征 在于，所述电流输出单元的信号输入节点SignIn与数控放大单元的对应输出节点相连；输出节点Out1、Out2分别与输出接口单元对应的节点相连,输出接口单元与外部负载相接；供电节点正端AV+、负端AV-、AGND分别与供电单元中的模拟电源正极、负极、模拟地相连。 

7.如权利要求1所述的能够输出任意波形的低频大电流源装置，其特征在于，所述电流输出单元型号为集成运放LM12。