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Linear 助我一臂之力:RMS-DC设计——参赛文章选登

已有 257 次阅读  2012-04-13 13:56   标签设计  文章 
我们公司在开关电源监控方面才用了凌特的LTC1967,其优异的表现,使得我们的产品更加精确,稳定。本预设以AT89C52为焦点,以液态晶体预示作为人机交互界面,用按键选择功效。电压测量部再保险括衰减及放大、真有效值直流(RMS-DC)变换、12位A/D转换等三个首要组成部分。方案一:方案一结构框图如图1所示。用传统的方案做成结晶体管毫伏表,该方案中被测交流信号经高阻分压器、射极输出器、低阻分压器后送到放大器,放大后的信号再经检波后由指示器指示,低阻分压器选择差别的分压系数,使仪表具有差别的量程。输入级接纳低噪声结晶体管组成的射级输出器,提高了仪表的输入阻抗,减低噪声。放大器具有高放大倍数,从而提高仪表的活络度。该方案具有隔直流功效,可是测量精密度低、频率特征差。  方案二:方案二结构框图如图2所示。该方案是先将被测信号在幅值上措置惩罚后,颠末全波整流,再滤除杂余信号后颠末测量装置再预示,此时思量的是整流问题,在这搭容易孕育发生噪声,以是需用电容滤波。此方案电路措置惩罚简略,可是测量误差大。  方案三:方案三结构框图如图3所示。被测信号在接入电路时,颠末放巨细幅信号和使大幅信号衰减,在选择放大和衰减的问题上咱们接纳LTC6800反向输入放大器来选择档位,使其到达真有效值转换部件(RMS_DC)LTC1967可以读出的电压规模。由LTC1967把得来的摹拟真值送给A/D转换,由A/D转换把摹拟量转为单片机可以辨认的数字量,之后用液态晶体来预示,同时反馈给换档调节装置,使其自动换档。该方案可控性好,精密度高,并且频率特征好。  综合以上三种方案,咱们选择方案三。此方案电压测量规模为10mV~200V,测量电压的频率规模可以到达10Hz~100kHz,并且具有自动量程转换功效,运放用的电阻大于1MΩ,运算放大器的电容半大于50pF,以是此方案餍足输入电阻≥1MΩ和输入电容≤50 pF的要求。在步伐上咱们可以使成为事实超量程液态晶体自动闪耀报警功效。  •稳压电源   在测量电路和信号输出电路中,咱们选择线性稳压电源,由于咱们接纳分立供电,以是电源输出电流半大于1A,是以在差别的输出值上咱们分别选择780五、7905型号的稳压电源,基来源根基理如图4所示。  此方案纯粹可以餍足电路所需,为其提供很是不变的供电系统,比开关电源更节约成本。  各子模块方案预设、比力和论证  •放大衰减部分   思量到要测的信号的幅值为10mV~200V,一般的测量仪器及运算放大器都达不到这个规模,以是首先要对信号进行降压措置惩罚。对于差别幅值规模的电压要有差别变压措置惩罚(即分档)。   方案一:直接用变压器进行放大衰减措置惩罚,电路比力简略,容易使成为事实,可是电噪声比力大,很可能孕育发生不可以消除的失真,并且体积很大,不易带着,这样对整个系统的测量精密度有很大的影响。   方案二:用精密的电阻进行衰减,用运放进行放大,在很大程度上可以减低失真度,同时易于排挡,并且在这种电路中孕育发生的失真也容易消除。  鉴于这两种方案的比力,方案二明显在调节和制品的使用上优于方案一,这样在建造的过程之中,易于调试,并且在性能上也能够很好的使成为事实,以是咱们选择方案二。  •信号收罗部分  方案一:分压后用精密整流桥整流后颠末采样保持再把数据送入A/D转换。该方案在测量频率比力高的波形时,会出现采样不是最大的幅值,此时就会要求采许多的点, 之后取平均值,再颠末MCU措置惩罚。为了包管足够的精密度,采样间隙应该尽量的短,故而要求A/D转换器采样速率要求很是高,相应节制器的措置惩罚速率也要求比力高。   方案二:采取真有效值转换部件LTC1967对放大衰减后的信号进行措置惩罚落伍入AD,颠末51单片机分析措置惩罚,要求一般速度较快的AD部件即可。  •预示部分  方案一:接纳LED预示。LED可以用移位寄存器74164或专用芯片MAX7219 驱动,长处是节制比力简略,并且串行预示只占用很少的I/O口。但也有一个很大的纰缪错差,只能预示一些简略的ASCII码字符,预示的信息量十分的有限,对于本系统较复杂的功效不太合适。  方案二:接纳字符型LCD预示。字符型LCD也能够接纳74LS164通过同步串口驱动。长处是节制比力简略,并且串行预示只占用很少的I/O口,如图6所示。   颠末综合思量咱们的预示部分选择方案二,思量到预示的内部实质意义,咱们选择型号为1602的液态晶体,因为其在餍足标题问题要求的根蒂根基上,预示的信息更广,而不只是几个电压数字。人机互换界面更加人性化。  •自动量程转换和保护电路  咱们接纳了摹拟开关电路来节制电路状况,使成为事实参量的自动测量和输出频率转换。在测量时,一次测量号后,等待下一次测量的指令,之后再进行下一次的测量,如果一路头就超量程,那么液态晶体就会闪耀。这样就很好的保护了整个换档电路,虽然不能一直测量,可是咱们可以在差别的点上取样,这样对一些特殊电路很是实用(如图8、9、10)。  定见分析与计较  摹拟电压转换  •放大和衰减部分  在放大和衰减部分,首要由电阻来确定,放大部分和衰减部分各分两档,衰减倍数分别为50倍,5倍,增益部分分别为2倍,20倍。放大部分电路颠末精确计较获得电阻参量。如图15所示,因为思量到LTC1967的转换电压,以是咱们把量程分别为:10mV~200mV, 200mV~2V,2V~20V,20V~200V,颠末转换后的电压规模都在200mV~4V之间。  •真有效值的转换  根据其精密度的计较,咱们对LTC1967的参量的选择如图12所标注的参量值一致。使其输入信号为10Hz~100kHz的时辰到达最精。  LTC1967接纳 如图12的典型接法,通过调整外部精调电路电阻,可使总误差大为减小。  为了有效的防止衰减,咱们用LTC6800作为信号放大器,电路图如图13所示,由其单位增益带宽根据经验公式可以得出10Hz~100kHz的通带带宽,并且咱们现实成果也是如此。  电路图及有关预设文件   图14是咱们预设的供电电源模块原理图。模块中间部分的稳压块接纳78/79系列的取代(此中的78和79系列咱们分别选取780五、790五、这样使电源分立供电,以尽量减少误差)。思量到电源整个电路系统的功率问题,咱们采取分立供电。  自动量程转换用摹拟开关电路来解决,此过程当中,单片机系统对测量值进行判断选择合适的档位进行电压的测量。在判断过程当中,直到输入待测值在某个档位上时,这个档位的继电器才会闭合,使输入信号进入测量系统。  键盘电路(图17)  单片机最小系统(图16)   咱们的单片机最小系统接纳的89C52单片机,由于咱们的I/O 接口不够用,以是咱们用以下电路进行I/O扩大。  实验要领与仪器   实验要领:先用数字示波器对输出信号进行测量,成果可以从测量入眼出波形没有失真,幅值的有效值为1V不变,并且输出的频率可以预置, 即可以用它来校正咱们便宜的交流毫伏表。  在正式实验以前先用便宜的信号输出对其校正,成果和输入现实值同样,咱们就进入实测,用变频电源信号输入实验系统,同时接上示波器,实验成果同样,证实咱们的交流毫伏暗示到达要求的。   实验仪器首要有:变频电源;TDS1012数字示波器;TOP—851编程器;电位差计;仿真器;万用表等等。  实验数据及实验成果分析  为了包管测量系统和输出信号系统的精密度和精确,同时为了减少测量相对误差,咱们颠末实验,获得以下若干组数据,最后用发生器对测量系统进行自校准。测量数据如下:  1 先用2v输入进行实验,共随机抽样测得35组数据,列表如表1。  2 对电压测量系统进行电压检验测定,首要由变频电源对测量系统输入信号,测量成果如表2(测量部分为了方便只取三位有效数字)。  

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