CN104808733A - 基于da控制的恒流源电路 - Google Patents

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一种基于DA控制的恒流源电路，包括：依次连接的DA控制信号输出模块、加法电路模块及恒流源模块；所述DA控制信号输出模块用于输出两路以上的DA控制信号；所述加法电路模块用于将所述两路以上的DA控制信号进行相加后输出至所述恒流源模块；所述恒流源模块用于给负载电路输出恒定电流。本发明可以增加控制精度。

Description

基于DA控制的恒流源电路
技术领域
本发明涉及恒流源控制领域，特别是涉及一种基于DA控制的恒流源电路。
背景技术
恒流源是能够为负载提供恒定电流的电源。恒流源允许负载电阻在一定范围内变化，而负载电流可以维持恒定不变。恒流源一般分为晶体管恒流源、场效应管恒流源、集成运放恒流源。功率场效应管能输出较大的电流，并有较好的输出特性：当功率场效应管的栅极和源极间的电压一定时，其漏极的电流是一定的，并在一定范围内其漏极与源极间的电压大小变化与漏极的电流无关，有较好的恒流性能。
在某些大功率精密开关电源中，都有可能用到大于1安培，甚至是10安培的大电流恒流源。场效应管恒流源作为最常用的一类恒流源，其最原始的调节方式如图1所示：
运算放大器U1的同向端输入电压为一确定值时，根据运算放大器的特性，采样电阻R2两端可以得到一个确定的电压，采样电阻R2的阻值确定，即流过采样电阻R2的电流确定；此时MOS管Q1也处于导通状态，负载电阻RL与采样电阻R2在电路中是串联的，即此时负载电阻RL上的电流也是恒定的。通过调节可变电阻R_var的阻值，改变可变电阻R_var和电阻R1的分压比，从而改变运算放大器U1的同向端的输入电压，采样电阻R2两端的电压也会跟着改变，以达到改变恒流源的电流的目的。目前，最常用的MOSFET恒流源实现电流的调节方式如图2所示，使用一路DA控制信号来取代图1中的可变电阻R_var来调节同向端输入电压，从而达到调节恒流源的电流。
然而，采用可调电阻来调节同向端输入电压来实现MOSFET恒流源电流的调节方式，调整的精度较低；采用单路DA控制信号来调节同向端输入电压来实现MOSFET恒流源电流的调节方式，这种方式对于一些特殊的恒流源负载，比如医疗设备中常用的恒流阀，当电流小于某一数值时，虽然此时阀门是有电流通过，但是此时的气体或者液体仍然没法通过，没有产生流量，我们通常称之为死区。由于DA控制范围是一定的，死区的存在会导致部分DA的区间浪费，从而减小恒流源负载的控制精度。
发明内容
基于此，有必要提供一种可以增加控制精度的基于DA控制的恒流源电路。
一种基于DA控制的恒流源电路，包括：依次连接的DA控制信号输出模块、加法电路模块及恒流源模块；
所述DA控制信号输出模块用于输出两路以上的DA控制信号；所述加法电路模块用于将所述两路以上的DA控制信号进行相加后输出至所述恒流源模块；
所述恒流源模块用于给负载电路输出恒定电流。
在其中一个实施例中，还包括与所述DA控制信号对应的两个以上的电压跟随器，每个电压跟随器的第一输入端用于输入一路DA控制信号，每个电压跟随器的第二输入端用于输入其输出端的反馈信号，每个电压跟随器的输出端与所述加法电路模块连接。
在其中一个实施例中，每一路DA控制信号与其对应的电压跟随器的第一输入端之间均包括RC滤波电路。
在其中一个实施例中，每一个电压跟随器与所述加法电路模块的第一输入端之间还包括分压电阻，所述加法电路模块还包括连接在其第一输入端与地之间的平衡电阻，所述平衡电阻和所述分压电阻对电压跟随器的输出的电压进行分压调节。
在其中一个实施例中，所述恒流源模块包括第一运算放大器和场效应管，所述第一运算放大器的同相输入端与所述加法电路模块的输出端连接，所述第一运算放大器的输出端分压后与所述场效应管的栅极连接，所述场效应管的漏极输出恒流给负载电路，所述场效应管的源极通过采样电阻接地，所述场效应管的源极还与所述第一运算放大器的反相输入端连接。
在其中一个实施例中，还包括第二运算放大器，所述场效应管的源极还用于连接所述第二运算放大器的同相输入端，所述第二运算放大器的反相输入端与其输出端连接，所述第二运算放大器的输出端用于连接至外部的微控制单元。
在其中一个实施例中，所述场效应管为N型场效应管。
上述基于DA控制的恒流源电路，所述DA控制信号输出模块输出两路以上的DA控制信号并经过加法电路模块加在恒流源模块的输入端来调节恒流源的输出电流，一路DA控制信号是为了消除(减小)死区，根据不同的恒流源负载和不同的精度要求可以通过软件灵活分配(一旦确定维持不变)；其他DA控制信号根据使用环境进行灵活的调节，以实现整个恒流源正常工作的精度调节。
附图说明
图1为一传统的MOSFET恒流源实现电流的调节的电路原理图；
图2为另一传统的MOSFET恒流源实现电流的调节的电路原理图；
图3为一实施例中基于DA控制的恒流源电路模块图；
图4为一实施例中基于DA控制的恒流源电路原理图；
图5为另一实施例中基于DA控制的恒流源电路原理图。
具体实施方式
请参照图1，为一实施例中基于DA控制的恒流源电路模块图。
该基于DA控制的恒流源电路包括依次连接的DA控制信号输出模块110、加法电路模块120及恒流源模块130。其中，DA控制信号输出模块110用于输出两路以上的DA控制信号；加法电路模块120用于将所述两路以上的DA控制信号进行相加后输出至恒流源模块130；恒流源模块130用于给负载电路输出恒定电流。
可以理解，在其他实施例中，还可以包括与所述DA控制信号对应的两个以上的电压跟随器，每个电压跟随器的第一输入端用于输入一路DA控制信号，每个电压跟随器的第二输入端用于输入其输出端的反馈信号，每个电压跟随器的输出端用于与加法电路模块120连接。
具体请结合图4，为一实施例中基于DA控制的恒流源电路原理图。
在本实施例中，DA控制信号输出模块110用于输出两路DA控制信号(DA1、DA2)。相应的，该基于DA控制的恒流源电路包括两个电压跟随器，分别为第一电压跟随器U1和第二电压跟随器U2。
第一电压跟随器U1的第一输入端通过电阻R1输入DA控制信号DA1，第一电压跟随器U1的第二输入端与其输出端连接，用于输入其输出端的反馈信号。第一电压跟随器U1的输出端通过分压电阻R5与加法电路模块120中的加法器U3的第一输入端连接。另外，加法器U3的第一输入端与地之间还连接有平衡电阻R7，平衡电阻R7与分压电阻R5对第一电压跟随器U1的输出电压进行分压调节。
进一步地，在DA控制信号DA1与第一电压跟随器U1的第一输入端之间还包括由电阻R2和电容C1组成的RC滤波电路，用于对输入的DA控制信号DA1进行滤波。
相应地，第二电压跟随器U2的第一输入端通过电阻R3输入DA控制信号DA2，第二电压跟随器U2的第二输入端与其输出端连接，用于输入其输出端的反馈信号。第二电压跟随器U2的输出端通过分压电阻R6与加法电路模块120中的加法器U3的第一输入端连接。平衡电阻R7与分压电阻R6对第二电压跟随器U2的输出电压进行分压调节。
恒流源模块130包括第一运算放大器U4和场效应管Q1，第一运算放大器U4的同相输入端与加法电路模块120的输出端连接，第一运算放大器U4的输出端经电阻R14分压后与场效应管Q1的栅极连接，场效应管Q1的漏极输出恒流给负载电路，场效应管Q1的源极通过采样电阻R17接地，场效应管Q1的源极还与第一运算放大器U4的反相输入端连接，以达到调节电流的作用。
此外，还包括第二运算放大器U5，场效应管Q1的源极还用于连接第二运算放大器U5的同相输入端，第二运算放大器U5的反相输入端与其输出端连接，第二运算放大器U5的输出端用于连接至外部的微控制单元。这样外部微控制单元就可以实现对采样电阻R17两端的电压实现实时监控了。
在本实施例中，场效应管Q1为N型场效应管。可以理解，在其他实施例中，还可以选用其他功能相似的元器件代替N型场效应管。
请结合图5，为另一实施例中基于DA控制的恒流源电路原理图。
在本实施例中，DA控制信号输出模块110用于输出n路DA控制信号(DA1、DA2……DAn)。相应的，该基于DA控制的恒流源电路包括n个电压跟随器，分别为第一电压跟随器U1、第二电压跟随器U2……第n电压跟随器Un。这里的n为大于等于3的整数。
第一电压跟随器U1的第一输入端通过电阻R1输入DA控制信号DA1，第一电压跟随器U1的第二输入端与其输出端连接，用于输入其输出端的反馈信号。第一电压跟随器U1的输出端通过分压电阻R5与加法电路模块120中的加法器U3的第一输入端连接。另外，加法器U3的第一输入端与地之间还连接有平衡电阻R7，平衡电阻R7与分压电阻R5对第一电压跟随器U1的输出电压进行分压调节。
进一步地，在DA控制信号DA1与第一电压跟随器U1的第一输入端之间还包括由电阻R2和电容C1组成的RC滤波电路，用于对输入的DA控制信号DA1进行滤波。
第二电压跟随器U2的第一输入端通过电阻R3输入DA控制信号DA2，第二电压跟随器U2的第二输入端与其输出端连接，用于输入其输出端的反馈信号。第二电压跟随器U2的输出端通过分压电阻R6与加法电路模块120中的加法器U3的第一输入端连接。平衡电阻R7与分压电阻R6对第二电压跟随器U2的输出电压进行分压调节。
相应地，第n电压跟随器Un的第一输入端通过电阻Rn1输入DA控制信号DAn，第n电压跟随器Un的第二输入端与其输出端连接，用于输入其输出端的反馈信号。第n电压跟随器Un的输出端通过分压电阻R3n与加法电路模块120中的加法器U3的第一输入端连接。平衡电阻R3n与分压电阻R6对第n电压跟随器Un的输出电压进行分压调节。
本实施例中基于DA控制的恒流源电路的加法电路模块和恒流源模块的结构基本与图4中一样，这里就不再赘述。
上述基于DA控制的恒流源电路，所述DA控制信号输出模块输出两路以上的DA控制信号并经过加法电路模块加在恒流源模块的输入端来调节恒流源的输出电流，一路DA控制信号是为了消除(减小)死区，根据不同的恒流源负载和不同的精度要求可以通过软件灵活分配(一旦确定维持不变)；其他DA控制信号根据使用环境进行灵活的调节，以实现整个恒流源正常工作的精度调节。
另外，当上述基于DA控制的恒流源电路设置多路DA控制信号时，还可实现对各阶段控制精度要求不一致时的分段控制。在某些特殊应用环境中，就需要对整个区间进行分段控制；比如比例阀的控制：在0-10L我们需要控制精度(分别率)为50，在10L-50L我们需要控制精度(分别率)为30，在50L-120L我们需要控制精度(分别率)为20，在120L-200L我们需要控制精度(分别率)为10。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种基于DA控制的恒流源电路，其特征在于，包括：依次连接的DA控制信号输出模块、加法电路模块及恒流源模块；
所述DA控制信号输出模块用于输出两路以上的DA控制信号；所述加法电路模块用于将所述两路以上的DA控制信号进行相加后输出至所述恒流源模块；
所述恒流源模块用于给负载电路输出恒定电流。
2.根据权利要求1所述的基于DA控制的恒流源电路，其特征在于，还包括与所述DA控制信号对应的两个以上的电压跟随器，每个电压跟随器的第一输入端用于输入一路DA控制信号，每个电压跟随器的第二输入端用于输入其输出端的反馈信号，每个电压跟随器的输出端与所述加法电路模块连接。
3.根据权利要求2所述的基于DA控制的恒流源电路，其特征在于，每一路DA控制信号与其对应的电压跟随器的第一输入端之间均包括RC滤波电路。
4.根据权利要求2所述的基于DA控制的恒流源电路，其特征在于，每一个电压跟随器与所述加法电路模块的第一输入端之间还包括分压电阻，所述加法电路模块还包括连接在其第一输入端与地之间的平衡电阻，所述平衡电阻和所述分压电阻对电压跟随器的输出的电压进行分压调节。
5.根据权利要求1所述的基于DA控制的恒流源电路，其特征在于，所述恒流源模块包括第一运算放大器和场效应管，所述第一运算放大器的同相输入端与所述加法电路模块的输出端连接，所述第一运算放大器的输出端分压后与所述场效应管的栅极连接，所述场效应管的漏极输出恒流给负载电路，所述场效应管的源极通过采样电阻接地，所述场效应管的源极还与所述第一运算放大器的反相输入端连接。
6.根据权利要求5所述的基于DA控制的恒流源电路，其特征在于，还包括第二运算放大器，所述场效应管的源极还用于连接所述第二运算放大器的同相输入端，所述第二运算放大器的反相输入端与其输出端连接，所述第二运算放大器的输出端用于连接至外部的微控制单元。
7.根据权利要求5或6所述的基于DA控制的恒流源电路，其特征在于，所述场效应管为N型场效应管。
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