DA模拟量控制外接600V高压直流源-设计分析

一、STM32 12位AD DA线性度测试

配置STM32 DA为12bit输出，AD为12bit检测，测试AD和DA的线性度与误差。DAC从0到2.49V步进1mV。Error=DAC 为标准值减去 ADC的测量值。

板子的Vref=2.5V，ADC和DAC的极限为2.5V，测试时直接用杜邦线连接对应的IO端口。12bitADC和DAC的档位只有4095.电源模块的档位600/0.1=6000档。

按12bit计算：DAC的分辨率=2.5/(212-1)= 0.61050061050061050061050061050061mV»0.611mV.

Error=0.0005mV，折算到高压电源的6000档位，误差引起的档位调节量=0.0005*6000=3档，即SM32板载DA达不到要求，因此需要外挂DA。

图1和图2是STM32F407AD和DA线性度测试结果[matlab]。

图1 线性度

图2 误差

二、程控高压电源参数计算

1、需求：DA 0-3.3V 控制0-600V 步进0.1V，即步进100mV。

2、参数计算：

（1）DA控制误差

电压档位：600/0.1=6000档。

DA位数：213=8192，至少需要13位精度。例如MAX535.

设基准电压3.3V

DA分辨率：3.3/8191 V= 0.4028812110853376mV=0.403mV,

数据修约误差=0.0012mV, 高压直流电源电压放大倍数为600/3.3，最后的修约误差传递到高压电源的输出误差电压=0.0012mV*600/3.3=0.218mV。

因此，DA由控制字产生的数据修约传递到高压直流电源误差为0.218mV满足控制需求。

（2）DA线性噪声误差

若按图2的线性关系计算MAX535：

线性度拟合： Err=0.008409*DAC-0.001554，3.3V时最大的线性误差=0.0262V。

线性误差传递到高压直流电源的误差电压为0.0262V*600/3.3=4.76V，远远大于0.1V可调的步进要求。

三、ADC与DAC闭环

由于ADC本身存在测量误差，例如，ADC的测量误差按照3.3V时计算最大26.2mV,若以高压电源Vref反馈回来的电压值作为实际输出的电压真值，ADC测不准电压达到4.76V.因此，若需要闭环控制，可能还需要外扩更高位数的ADC，要求通道数1个，电压测量幅度大于3.3V，低速即可。

四、讨论

1：DA输出值越高，AD检测误差越大。

2：由于没有高精度电压表，采用板子的ADC直接测试DAC输出，不清楚AD还是DA误差占总误差的比例大。

3：图2可以看出来噪声干扰还是以周期低频干扰为主，可以考虑到电容滤波处理。

4：如果进一步控制DA的噪声，则可能将高压直流电源步进控制在0.1V.根据上边分析，最大线性误差0.0262V即26.2mV，若将DAC噪声控制在2mV，则最大误差降为0.36V.若DAC输出精度够高，就不需要ADC采样后进行PID调节。

5：抽时间规划一下13bitDAC MAX535的硬件设计。

五、ADC 采样规则

取得到的100个转换值的中间20个的平均值作为结果，连续取20次这样的平均值，再求平均值作为最后的结果。也就是虽然没有硬件电容滤波，但是我做了软件滤波处理。

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