CN103645764B

CN103645764B - 一种基于电压调节的电阻线性化隔离控制电路

Info

Publication number: CN103645764B
Application number: CN201310696311.1A
Authority: CN
Inventors: 陈希; 刘洋; 陈赵江; 余水宝
Original assignee: Zhejiang Normal University CJNU
Current assignee: Zhejiang Normal University CJNU
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2033-12-18
Also published as: CN103645764A

Abstract

本发明公开了一种基于电压调节的电阻线性化隔离控制电路,本发明主要由三个运放IC1、IC2、IC3，三极管Q1，线性化光耦OC1、OC2、……OCK（k=2、3、4……n）组成；光耦相互串联，其中光耦OC1中的电阻作为控制系统的一部分，OC2、……OCK中的电阻、……是实际可应用的经电压线性化控制的电阻；通过采用本发明可以简化电路，此外，还可以实现电压与控制电阻的隔离，本发明的应用场合较广。

Description

一种基于电压调节的电阻线性化隔离控制电路

技术领域

本发明涉及一种基于电压调节的电阻线性化隔离控制电路。

背景技术

电压控制电阻在有源滤波器、可控振荡器、可变增益控制、自适应控制、自平衡测量电桥和补偿、分压器或分流器、可变电阻网络合成等领域有广泛应用。

电压控制电阻传统方法是通过控制FET(JFET或者MOSFET)实现，通过改变场效应管漏源之间的沟道电阻与栅源电压V_GS有关，通过改变栅源电压V_GS可实现沟道电阻的连续调节。但此方法要求压控电阻两端的电压差必须很小，即电压动态范围小，可控电阻值范围小；其次，沟道电阻的电流与端电压不是线性关系，即对于固定的V_GS，沟道电阻的值随其端电压而变。电压与电阻的非线性可通过折线法进行修正，折线法采用多路理想二极管电路产生的折线电压，通过求和电路进行修正，采用此方法进行非线性修正时，线性化程度与二极管电路的数量多少成正比，通道路数越多，线性化越好，但同时产生的问题是电路过于复杂。此外，采用FET无法实现电压与控制电阻的隔离，限制了应用场合。

发明内容

本发明的目的在于克服传统方法的不足，通过电压调节实现电阻的线性化控制，并具备隔离式控制、宽范围调节等特点。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于电压调节的电阻线性化隔离控制电路，包括三个同一型号的运放IC1、IC2和IC3，其中：

IC1的负输入端接电阻Rs到地，IC1的正输入端接预设电压Vset，IC1的输出端输出电压Vo1，并且并联R1、C1后接至IC2的负输入端；

IC2的正输入端接入控制电压Vc，IC2的Z端接电阻R3到地，输出端接至IC3的正输入端；

IC3的Z端接电阻R5到地，负输入端接电阻R4到地，IC3的输出端输出电压Vo2，并且连接电阻R6后，接至三极管Q1的基极；

Q1的集电极接电阻R7后连接至-VCC；

光耦器件OC1、OC2……OCk进行串联，其中，k＝2、3、4……n，OC1正极通过电阻R2连接至VCC，OCk的负极接至Q1的发射极；

IC1的Z端接光耦器件OC1的输出电阻R_o1，R_o1另一端接地。

作为优选的技术方案，当Vset、Rs设定后，输出电压Vo1和控制电压Vc的差值通过后端电路进行误差放大后得到Vo2。

作为优选的技术方案，Vo2的变化引起I_O的变化，光耦器件OC1、OC2……OCk的的输出电压R_o1、R_o2……R_ok和I_O成反比。

作为优选的技术方案，控制电压Vc变大时，Vo2也变大，I_O变小，R_o1、R_o2……R_ok变大，从而Vo1也变大，Vo2因此变小，直至达到平衡，Vc(s)＝Vo1(s)。

本发明的有益效果是：通过采用本发明可以简化电路，此外，还可以实现电压与控制电阻的隔离，本发明的应用场合较广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1为本发明专利原理框图；

附图2为本发明专利所使用的运放内部原理框图；

附图3为本发明专利电压控制电阻实验曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

Q1的集电极接电阻R7后连接至-VCC；

IC1的Z端接光耦器件OC1的输出电阻R_o1，R_o1另一端接地。

本发明中一个较佳的实施例，当Vset、Rs设定后，输出电压Vo1和控制电压Vc的差值通过后端电路进行误差放大后得到Vo2。

本发明中一个较佳的实施例，Vo2的变化引起I_O的变化，光耦器件OC1、OC2……OCk的的输出电压R_o1、R_o2……R_ok和I_O成反比。

本发明中一个较佳的实施例，控制电压Vc变大时，Vo2也变大，I_O变小，R_o1、R_o2……R_ok变大，从而Vo1也变大，Vo2因此变小，直至达到平衡，Vc(s)＝Vo1(s)。

如图2所示，本发明主要由三个运放IC1、IC2、IC3，三极管Q1，线性化光耦OC1、OC2、……OCK(k＝2、3、4……n)组成。光耦相互串联，其中光耦OC1中的电阻R_o1作为控制系统的一部分，OC2、……OCK中的电阻R_o2、……R_ok是实际可应用的经电压Vset线性化控制的电阻。因采用相同型号的光耦，有R_o1＝R_o2＝……＝R_ok＝Ro。运放IC1、IC2、IC3为同一型号。光耦器件的光耦时间长数t_c可表示为：

\begin{matrix} t_{c} = \frac{t_{r} + t_{f}}{2} + \frac{t_{r} + t_{f}}{2} sgn [\frac{{di}_{d} (t)}{d t}] & i_{d} (t) > 0 \end{matrix}

式中，t_r为光耦时间长数上升沿，t_f为光耦时间长数下降沿，i_d(t)为光耦正向电流。

如图1所示，设R_o1<<Rt，有

V o 1 = \frac{V s e t}{R s} \frac{R_{o 1} / / R t}{1 + s (R_{o 1} / / R t) C t} \approx \frac{V s e t}{R s} \frac{R_{o 1}}{1 + {sR}_{o 1} C t} = \frac{V s e t}{R s} \frac{R_{o 1}}{1 + s / p_{1}}

式中，Vset为预设电压，Rs为预设的电阻值，p₁＝1/R_o1Ct。同时有：

\frac{V o 2 (s)}{V c (s) - V o 1 (s)} = \frac{(1 + s R 1 C 1) \cdot R 2 / / R t \cdot R 4 / / R t}{R 1 R 3 [1 + s (R 2 / / R t) C t] [1 + s (R 4 / / R t) C t]} = \frac{K (1 + s / z)}{[1 + s / p_{2}] [1 + s / p_{3}]}

式中

\begin{matrix} K = \frac{R 2 / / R t \cdot R 4 / / R t}{R 1 R 3}, & p_{2} = \frac{1}{(R 2 / / R t) C t}, & p_{3} = \frac{1}{(R 4 / / R t) C t} \end{matrix},

z＝1/(R1C1)。由于Ct较小，所以极点p₂、p₃远大于1/t_1c，因此极点p₁、p₂可忽略。式可表示为：

\frac{V o 2 (s)}{V c (s) - V o 1 (s)} = K (1 + s / z)

由图1可得

I_{O} = \frac{[V C C - (V_{e b} + {nV}_{O C}) - V o 2] (1 + β)}{R 6 + (1 + β) R 2} = G_{β} [V C C - (V_{e b} + {nV}_{O C}) - V o 2]

式中

G_{β} = \frac{(1 + β)}{R 6 + (1 + β) R 2} .

整个系统为闭环控制系统，由以上计算可知，I_O调节电阻R_o1、R_o2……R_ok，从而调节Vo1，最终使得Vc(s)＝Vo1(s)，因此有：

V c (s) = V o 1 (s) = \frac{V s e t}{R s} \frac{R_{o 1}}{1 + s / p_{1}} = R_{o 1} \frac{V s e t}{R s}

R_{o 1} = R_{o 2} = ... = R_{o k} = \frac{V c (s) R s}{V s e t}

由式可知，当预设电压Vset，预设电阻值Rs确定时，串联电路中的每个光耦电阻值R_o1、R_o2……R_ok由Vc(s)确定，且两者成线性关系。

图3为在不同的Rs条件下，控制电阻和光耦器件输出电压关系实验图。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims

1.一种基于电压调节的电阻线性化隔离控制电路，其特征在于：包括三个同一型号的运放IC1、IC2和IC3，其中：

Q1的集电极接电阻R7后连接至-VCC；

IC1的Z端接光耦器件OC1的输出电阻R_o1，R_o1另一端接地。

2.根据权利要求1所述的基于电压调节的电阻线性化隔离控制电路，其特征在于：当Vset、Rs设定后，输出电压Vo1和控制电压Vc的差值通过后端电路进行误差放大后得到Vo2。