全国大学生电子设计竞赛(四)--双极性跟踪可调精密直流电源的设计

??方案一：直接DA反馈方案。此种方案直接将DA输出电压值反馈在三极管的基极上，采用输出电压采样PID算法改变DA输出值以输出电压为设定值。
??方案二：比较误差反馈方案。该方案将输出电压与DA差分放大比较值，放大后的误差驱动三极管的基极。
方案二将硬件反馈与软件反馈相结合，不但反馈速度比方案一快，而且更加准确稳定，所以选择方案二。

??如图3.现场效应管电路包括57N沟道增强型MOS管IRF840和P沟道增强型MOS管IRF940，±VCC由整流电路提供，MOS管驱动信号由正负误差反馈电路提供。由栅极驱动信号控制MOS管道的导通程度是泄漏电阻RDS从而控制输出电压和电流。

  电流感应放大器电路使用包括电流感应放大器芯片INA282和采样电阻 。采样电阻$R_{\mathrm{s}}$ 选用温漂小、稳定性好的康铜丝，与负载串联接于系统输出端，它的两端分别通过RC滤波器接于INA282的IN+和IN-引脚。INA282是高精度、宽共模范围、零漂移的电流监视器，对差分输入的信号具有50倍固定增益的放大输出。INA282将流过采样电阻的电流信号转化为电压信号，经过RC滤波器，送入AD采样电路中进行采样处理。
  系统正电压输出端也通过RC滤波器接于AD采样电路中。本系统选用的AD转换芯片为16位4通道、高精度、低功耗的ADS1118，支持双路差分输入或四路单端输入，采样速率最高可达860SPS（每秒860次），适合采样直流信号。此外，ADS1118具有2V至5.5V的宽电源电压范围，每个通道的模拟输入范围可达0-5.5V，能够满足设计要求。ADS1118由单片机STM32通过SPI通信控制。

  辅助电源电路由线性稳压器LM7815、LM7915和LM1117-5V组成。由于在系统处于过流保护状态时，部分器件仍需要工作，因此辅助电源电路接在整流电路之后，过流保护电路之前。±15V供电电路分别接在整流电路两输出端之后，+15V供电输出用于过流保护模块供电和反馈电路中运算放大器正电源，-15V供电输出用于反馈电路中运算放大器负电源，+5V供电电路接于+15V供电电路输出端之后，输出用于单片机、AD芯片、DA芯片的供电。这样，就满足了系统中不同部分的供电需求。

  系统软件流程图如图3.63所示。单片机控制ADS1118的两个通道分别采样输出电流信号和正输出电压信号，并使用软件滤波算法去除采样信号中的噪声使判断更准确。当输出电流过大时，启动过流保护功能，驱动继电器断开输入，延迟一段时间后自恢复。正常工作状态下，将正输出电压采样值与设定值进行比较，对DA输出的模拟电压值进行PID调节，驱动DAC输出模拟电压信号，作为反馈电路中的参考信号，进而改变功率管的驱动电压，调整其导通状态，使输出电压值与设定值相同。

  略。

  系统以场效应管电路为核心，采用闭环反馈系统，使用单片机通过PID算法调节DAC输出电压，从而控制场效应管栅极电压，使场效应管工作在可变电阻区，调整源极输出电压稳定至设定值。经测试，双极性对称输出电压范围0-±5V，负载调整率、电压调整率均小于0.2%。同时，系统具有过流保护功能，输出电流过大时能够自动断开输入。此外，输出电压可通过按键步进调整或自由设定，并通过LCD屏幕实时显示工作模式与输出值，人机交互友好。