CN104467793A

CN104467793A - 用于弱电流控制信号的驱动电路

Info

Publication number: CN104467793A
Application number: CN201410585727.0A
Authority: CN
Inventors: 焦再强; 张慧明; 李丽
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Yangquan Power Supply Co of State Grid Shanxi Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Yangquan Power Supply Co of State Grid Shanxi Electric Power Co Ltd
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2015-03-25

Abstract

本发明涉及信号驱动电路，具体为用于弱电流控制信号的驱动电路。解决现有驱动电路存在的测量过程影响了待测电流信号的大小，驱动过程影响了测量值的线性度的问题。包括第一运算放大器OP1，第二运算放大器OP2和第三运算放大器OP3，两个第一电阻R1，两个第二电阻R2，两个第三电阻R3，两个第四电阻R4，和负载电阻RL；第一运算放大器OP1和第二运算放大器OP2的同相输入端相连、反相输入端相连，弱电流控制信号形成的电流源串接于第一运算放大器OP1和第二运算放大器OP2的同相输入端之间的连接导线上；流经负载电阻RL的电流作为本驱动电路的输出。本发明能够精确测量弱电流控制信号并对其进行驱动，克服了对待测弱电流信号的干扰和非线性测量。

Description

用于弱电流控制信号的驱动电路

技术领域

本发明涉及信号驱动电路，具体为用于弱电流控制信号的驱动电路。

背景技术

弱电流控制信号一般产生于传感器内部，仪器仪表输出和工业现场环境。通常情况下，这些电流的数量值都比较微弱，需要将其进行驱动放大以进行后续控制。这种电流的电路模型可表示为一个电流源。为了在模型上体现实际电流信号的特点，将该电流源的模型限制如下：数值较小且可变。电流信号必须在闭合环路中才能产生，如果要测量其大小，那么必然要将该电流闭合到测量电路中。这样就会产生一个问题：测量电路通常具有一定的输入阻抗，并把这种阻抗引入到待测电路信号的环路中，这样就会减弱待测的电流信号。如果测量电路的输入阻抗受电流信号变化的影响，那么测量值不但存在一定的误差，而且会呈现出非线性特点。若再将其驱动，则会导致非常严重的失真。目前，弱电流控制信号的驱动已有多种方案。但是这些方案主要存在如下缺点：测量过程影响了待测电流信号的大小；驱动过程影响了测量值的线性度。以上两个缺点导致了控制结果存在一定的误差。

发明内容

本发明解决现有用于弱电流控制信号的驱动电路存在的测量过程影响了待测电流信号的大小，驱动过程影响了测量值的线性度的问题，提供一种用于弱电流控制信号的驱动电路。该电路能够精确测量弱电流控制信号并对其进行驱动处理。

本发明是采用如下技术方案实现的：用于弱电流控制信号的驱动电路，包括第一运算放大器OP1，第二运算放大器OP2和第三运算放大器OP3，两个第一电阻R1，两个第二电阻R2，两个第三电阻R3，两个第四电阻R4，和负载电阻RL；第一运算放大器OP1和第二运算放大器OP2的同相输入端相连、反相输入端相连，弱电流控制信号形成的电流源串接于第一运算放大器OP1和第二运算放大器OP2的同相输入端之间的连接导线上；第一运算放大器OP1的同相输入端经一个第二电阻R2与第二运算放大器OP2的输出端相连，第二运算放大器OP2的同相输入端经另一个第二电阻R2与第一运算放大器OP1的输出端相连；第一运算放大器OP1的输出端经两个第一电阻R1与第二运算放大器OP2的输出端相连，两个第一电阻R1之间的连接节点与第一运算放大器OP1和第二运算放大器OP2的反相输入端相连；第一运算放大器OP1的输出端经一个第三电阻R3与第三运算放大器OP3的反相输入端相连，第二运算放大器OP2的输出端经另一个第三电阻R3与第三运算放大器OP3的同相输入端相连；第三运算放大器OP3的同相输入端经一个第四电阻R4与第三运算放大器OP3的输出端相连，第三运算放大器OP3的反相输入端经另一个第四电阻R4与第三运算放大器OP3的输出端相连；第三运算放大器OP3的同相输入端还经负载电阻RL接地；流经负载电阻RL的电流作为本驱动电路的输出。

如图1所示，图中：I(in)为待驱动的弱电流控制信号；I(out)为驱动后的电流控制信号；OP1，OP2，OP3为三个运算放大器；R1，R2，R3，R4，RL为电阻元件，其中RL代表负载；GND为电源地符号；V(cm)为相关节点的电压，用于下面的描述；

为了便于分析和描述，“弱电流控制信号”简称为“弱电流”。该驱动电路的工作过程描述如下：整个电路分为两个过程。第一个过程为弱电流的测量过程，在电路中体现为将弱电流I(in)转化为电压信号V2和V1，这样就将I(in)转化为V2和V1的电压差值；第二个过程为电压差值（V2-V1）的驱动过程，即弱电流的间接驱动，在电路中体现为将电压差值（V2-V1）转化为I(out)的过程。

第一个处理过程即测量过程的详细描述如下：负责测量的电路部分如图2所示，图2电路为图1电路的左半部分，图2电路负责弱电流的测量。首先运算放大器OP1和OP2通过电压信号V(cm)的反馈回路形成负反馈，保证了OP1和OP2处于负反馈状态，并能提供虚短路和虚断路的能力；由于虚短路特点，OP1和OP2的同相输入端电压均为V(cm)，这样跨接在弱电流I(in)两端的电压均为V(cm)，电压差值为0；所以，弱电流I(in)的负载阻抗为0，从而避免了测量电路对弱电流闭合回路的干扰，达到了精确测量的目的；由于虚断路的特点，OP1和OP2的同相端无电流流过；图2中两个R1和R2电阻为弱电流I(in)提供了闭合回路；图2中满足关系式：

V(cm) = V1 - I(in) * R2；

V(cm) = V2 + I(in) * R2；

由上面两个关系式可以得到如下测量公式：

(V2 – V1) = -2 * R2 * I(in)；

将图2电路总结如下：通过OP1和OP2的虚短路和虚断路特点，本电路避免了对待测电流信号的干扰；通过量化分析，可以从公式中看出，对信号的测量为线性测量。同时，由于剩余的电路跨接在V1和V2电压节点上，即OP1和OP2的输出端，保证了图2电路的输出阻抗极小，近似为0；这样图2测量电路的输出信号将完全加载到剩余电路的输入上。

第二个处理过程即放大驱动过程的描述如下：负责驱动的电路部分如图3所示，图3电路为一个Howland驱动电路，图2中的V2- V1和图3中I(out)的关系如下：

I(out) = (V2 – V1) / R3；

结合公式和公式可以得到图1电路的驱动过程为：

I(out) = -2 * R2 * I(in) / R3；

综上所述，整个电路实现了对弱电流I(in)进行驱动的目的，最终将其转化为I(out)信号。

本发明所述的驱动电路能够精确测量弱电流控制信号并对其进行驱动，克服了对待测弱电流信号的干扰和非线性测量，以便于进一步的控制。此外，电路中采用的元器件均易于集成，既可用于电路设计环节，又可用于大批量集成制造。

附图说明

图1为本发明所述驱动电路的电路原理图；

图2为图1的一部分（测量部分）电路的电路原理图；

图3为图1的另一部分（驱动部分）电路的电路原理图。

具体实施方式

用于弱电流控制信号的驱动电路，包括第一运算放大器OP1，第二运算放大器OP2和第三运算放大器OP3，两个第一电阻R1，两个第二电阻R2，两个第三电阻R3，两个第四电阻R4，和负载电阻RL；第一运算放大器OP1和第二运算放大器OP2的同相输入端相连、反相输入端相连，弱电流控制信号形成的电流源串接于第一运算放大器OP1和第二运算放大器OP2的同相输入端之间的连接导线上；第一运算放大器OP1的同相输入端经一个第二电阻R2与第二运算放大器OP2的输出端相连，第二运算放大器OP2的同相输入端经另一个第二电阻R2与第一运算放大器OP1的输出端相连；第一运算放大器OP1的输出端经两个第一电阻R1与第二运算放大器OP2的输出端相连，两个第一电阻R1之间的连接节点与第一运算放大器OP1和第二运算放大器OP2的反相输入端相连；第一运算放大器OP1的输出端经一个第三电阻R3与第三运算放大器OP3的反相输入端相连，第二运算放大器OP2的输出端经另一个第三电阻R3与第三运算放大器OP3的同相输入端相连；第三运算放大器OP3的同相输入端经一个第四电阻R4与第三运算放大器OP3的输出端相连，第三运算放大器OP3的反相输入端经另一个第四电阻R4与第三运算放大器OP3的输出端相连；第三运算放大器OP3的同相输入端还经负载电阻RL接地；流经负载电阻RL的电流作为本驱动电路的输出。

Claims

1.一种用于弱电流控制信号的驱动电路，其特征在于包括第一运算放大器（OP1），第二运算放大器（OP2）和第三运算放大器（OP3），两个第一电阻（R1），两个第二电阻（R2），两个第三电阻（R3），两个第四电阻（R4），和负载电阻（RL）；第一运算放大器（OP1）和第二运算放大器（OP2）的同相输入端相连、反相输入端相连，弱电流控制信号形成的电流源串接于第一运算放大器（OP1）和第二运算放大器（OP2）的同相输入端之间的连接导线上；第一运算放大器（OP1）的同相输入端经一个第二电阻（R2）与第二运算放大器（OP2）的输出端相连，第二运算放大器（OP2）的同相输入端经另一个第二电阻（R2）与第一运算放大器（OP1）的输出端相连；第一运算放大器（OP1）的输出端经两个第一电阻（R1）与第二运算放大器（OP2）的输出端相连，两个第一电阻（R1）之间的连接节点与第一运算放大器（OP1）和第二运算放大器（OP2）的反相输入端相连；第一运算放大器（OP1）的输出端经一个第三电阻（R3）与第三运算放大器（OP3）的反相输入端相连，第二运算放大器（OP2）的输出端经另一个第三电阻（R3）与第三运算放大器（OP3）的同相输入端相连；第三运算放大器（OP3）的同相输入端经一个第四电阻（R4）与第三运算放大器（OP3）的输出端相连，第三运算放大器（OP3）的反相输入端经另一个第四电阻（R4）与第三运算放大器（OP3）的输出端相连；第三运算放大器（OP3）的同相输入端还经负载电阻（RL）接地；流经负载电阻（RL）的电流作为本驱动电路的输出。