CN103149960A - 一种高精度可调式微小电流输出电路 - Google Patents

一种高精度可调式微小电流输出电路 Download PDF

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程勇
王丽梅
罗思扬
王成峰
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Abstract

本发明公开了一种高精度可调式微小电流控制电路，包括依次连接的电压输入的Port输入接口、二阶有源滤波器、电压/电流转化电路、用于输出微小电流的Port输出端口，所述二阶有源滤波器包括二阶滤波器、第一运算放大器；所述电压/电流转化电路包括第二运算放大器、及与第二运算放大器连接的多个电阻，第一运算放大器的输出端连接第二运算放大器的正输入端，第二运算放大器的负输入端与基准电压电路连接。电流输出电路简单，精度高、易于调节，通过二阶有源滤波，滤波后的电压经过电压/电流变换电路得到从微安级到毫安级电流。

Description

一种高精度可调式微小电流输出电路
技术领域
本发明涉及一种电流输出技术领域，尤其涉及一种高精度可调式微小电流输出电路。 
背景技术
电流信号不受外界负载的变化同时其抗干扰能力强，促使其在很多领域均有应用，例如传感器领域属于微小电流控制领域，4-20mA输出设备属于中等电流应用领域，电动汽车充电器属于大功率电流应用领域，然而目前的电流输出电路复杂，且精度低、可调性不强。 
发明内容
本发明为了解决现有技术存在的上述不足，提供了一种高精度可调式微小电流输出电路；电流输出电路简单，精度高、易于调节，通过对PWM形式或稳定形式的电压进行二阶有源滤波，滤波后的电压经过电压/电流变换电路得到从微安级到毫安级电流。 
本发明的目的是采用下述技术方案实现的： 
一种高精度可调式微小电流控制电路，包括依次连接的电压输入的Port输入接口、二阶有源滤波器、电压/电流转化电路、用于输出微小电流的Port输出端口，所述二阶有源滤波器包括二阶滤波器、第一运算放大器；所述电压/电流转化电路包括第二运算放大器、及与第二运算放大器连接的多个电阻，第一运算放大器的输出端连接第二运算放大器的正输入端，第二运算放大器的负输入端与基准电压电路连接。 
所述二阶滤波器包括相连接的电阻R3、极性电容C1、电阻R4、极性电容C2，其中，极性电容C1与极性电容C2串联后、与电阻R4并联，再与电阻R3串联，极性电容C1、极性电容C2的连接线处接地；二阶滤波器与第一运算放大器正输入端连接，第一运算放大器的负输入端与输出端连接。 
所述基准电压电路包括相串联的电阻R1、滑线变阻器VR1、电阻R2，其中电阻R1另一端接地，电阻R2另一端接5V直流电源。 
所述多个电阻包括电阻R5、电阻R7、电阻R6、电阻R8、电阻R9，其中电阻R6的前端与第一运算放大器输出端连接、后端与第二运算放大器的正输入端连接，电阻R5一端与第二运算放大器的负输入端连接、另一端与基准电压电路的滑线变阻器VR1连接，电阻R7一端与第二运算放大器的负输入端连接、另一端与第二运算放大器的输出端连接，电阻R9一端与第二运算放大器的输出端连接、另一端与Port输出端口连接，电阻R8一端与与Port输出端口连接、另一端与第二运算放大器的正输入端连接，第一运算放大器、第二运算放大器通过正 负5V电源分别给正负电源端4、11供电。 
所述Port输入端口电压信号为电压信号、或PWM信号。 
本发明的有益效果： 
1.本发明的电路首先经过二阶有源滤波电路，不管送入信号时PWM形式还是稳定形式的电压信号均可获得随电压比例变化的电流信号，拓宽了系统的可应用性。 
2.电路增加基准电压电路进行基准点调节，能够克服运算放大器不一致性带来的微小电流偏差，增强了系统的可靠性及适应性。 
3.电路能够获得微安级的微小电流，精度高，为微电流的控制提供了一种思路；同时电路也可获得毫安级的中等电流，该电流不仅为4-20mA电流输出设备提供一种思路，同时该电流还可以作为电动汽车充电系统大电流输出的驱动级。 
4.电路电流与输入电压呈线性关系，故不需要对电流进行再次测量，由于完全采用硬件实现，所以本电路适应范围广、成本低。 
附图说明
图1是本发明实施方案的结构图。 
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。 
结合图1，一种高精度可调式微小电流控制电路，包括依次连接的电压输入的Port输入接口、二阶有源滤波器、电压/电流转化电路、用于输出微小电流的Port输出端口，所述二阶有源滤波器包括二阶滤波器、第一运算放大器；所述电压/电流转化电路包括第二运算放大器、及与第二运算放大器连接的多个电阻，第一运算放大器的输出端7连接第二运算放大器的正输入端3，第二运算放大器的负输入端2与基准电压电路连接。 
所述二阶滤波器包括相连接的电阻R3、极性电容C1、电阻R4、极性电容C2，其中，极性电容C1与极性电容C2串联后、与电阻R4并联，再与电阻R3串联，极性电容C1、极性电容C2的连接线处接地；二阶滤波器与第一运算放大器正输入端5连接，第一运算放大器的负输入端6与输出端7连接。 
所述基准电压电路包括相串联的电阻R1、滑线变阻器VR1、电阻R2，其中电阻R1另一端接地，电阻R2另一端接5V直流电源。 
所述多个电阻包括电阻R5、电阻R7、电阻R6、电阻R8、电阻R9，其中第一运算放大器的输出端7经过电阻R6接第二运算放大器的正输入端3，第二运算放大器的负输入端2经过电阻 R5与基准电压电路的滑线变阻器VR1连接，电阻R7一端与第二运算放大器的负输入端2连接、另一端与第二运算放大器的输出端1连接，电阻R9一端与第二运算放大器的输出端1连接、另一端与Port输出端口连接，电阻R8一端与与Port输出端口连接、另一端与第二运算放大器的正输入端3连接，第一运算放大器、第二运算放大器通过正负5V电源分别给正负电源端4、11供电。 
所述Port输入端口电压信号为电压信号、或PWM信号。 
附图1为本发明的原理图，此高精度可调式微小电流输出电路包括用于电压输入的Port1端口、运算放大器1、运算放大器2、用于电流输出的Port2端口，电压信号经过二阶有源滤波电路得到平稳的电压信号，电压信号在经过电压/电流转化电路，将电压信号转化成与之成线性比例的电流信号。 
本发明专利的原理分析如下： 
实施例1， 
当输入电压信号为PWM信号时，当PWM占空比为0%时，运算放大器1的输出端电压为U1，占空比为100%时，运算放大器1的输出端电压为U2，假设PWM信号的占空比为K%，则此时二阶有源滤波电路的输出电压U＝(U2-U1)*K/100，假设由电阻R1、滑行变阻器VR1，电阻R2构成的基准电压输出电压值为U'，运算放大器2输出端电压为Uo，运算放大器2的负输入端电压为U-，运算放大器2的正输入端电压为U+，Port2端口电压为U*，电路输出电流为I，根据运放放大器工作在线性区“虚短”、“虚断”的特点可得到下面等式： 
(U'-U-)/R5＝(U--Uo)/R7       （1） 
(U-U+)/R6＝(U+-U*)/R8        （2） 
U+＝U-                      （3） 
I＝(UO-U*)/R9+(U+-U*)/R8     （4） 
当R5=R6，R7=R8，R5/R6/R7/R8>>R9时，化简可得I＝(U-U')/R9*R7/R5。 
实施例2， 
当输入信号为电压形式信号时，假设输入电压为U，则运算放大器1的输出电压为U，其他的结构和原理与PWM形式输入电压分析类似，在此不再赘述。 
上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限 制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。 

Claims (5)

1.一种高精度可调式微小电流控制电路，其特征是，包括依次连接的电压输入的Port输入接口、二阶有源滤波器、电压/电流转化电路、用于输出微小电流的Port输出端口，所述二阶有源滤波器包括二阶滤波器、第一运算放大器；所述电压/电流转化电路包括第二运算放大器、及与第二运算放大器连接的多个电阻，第一运算放大器的输出端连接第二运算放大器的正输入端，第二运算放大器的负输入端与基准电压电路连接。
2.如权利要求1所述的高精度可调式微小电流控制电路，其特征是，所述二阶滤波器包括相连接的电阻R3、极性电容C1、电阻R4、极性电容C2，其中，极性电容C1与极性电容C2串联后、与电阻R4并联，再与电阻R3串联，极性电容C1、极性电容C2的连接线处接地；二阶滤波器与第一运算放大器正输入端连接，第一运算放大器的负输入端与输出端连接。
3.如权利要求1所述的高精度可调式微小电流控制电路，其特征是，所述基准电压电路包括相串联的电阻R1、滑线变阻器VR1、电阻R2，其中电阻R1另一端接地，电阻R2另一端接5V直流电源。
4.如权利要求1所述的高精度可调式微小电流控制电路，其特征是，所述多个电阻包括电阻R5、电阻R7、电阻R6、电阻R8、电阻R9，其中电阻R6的前端与第一运算放大器输出端连接、后端与第二运算放大器的正输入端连接，电阻R5一端与第二运算放大器的负输入端连接、另一端与基准电压电路的滑线变阻器VR1连接，电阻R7一端与第二运算放大器的负输入端连接、另一端与第二运算放大器的输出端连接，电阻R9一端与第二运算放大器的输出端连接、另一端与Port输出端口连接，电阻R8一端与与Port输出端口连接、另一端与第二运算放大器的正输入端连接，第一运算放大器、第二运算放大器通过正负5V电源分别给正负电源端4、11供电。
5.如权利要求1所述的高精度可调式微小电流控制电路，其特征是，所述Port输入端口电压信号为电压信号、或PWM信号。
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