CN105528009A - 一种便携式双向恒流源模块 - Google Patents

一种便携式双向恒流源模块 Download PDF

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    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/461—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using an operational amplifier as final control device

Abstract

本发明的一种双向恒流源电路属于电子技术的技术领域，其结构有电流设置电路(1)、输出控制电路(5)、末级输出电路(6)和第一反馈电路(7)；其特征在于，结构还有减法器电路(2)、PID电路(3)、限流设置电路(4)、第二反馈电路(8)、显示驱动电路(9)和前面板(10)。本发明采用便携式设计，利用9针D形接口作为输入输出接口，结构紧凑，易于系统集成，电路部分采用双重负反馈结构，具有输出电流稳定高、安全性高、使用场合广泛等特点，还可实现输出电流双向调节。

Description

一种便携式双向恒流源模块
技术领域
本发明属于电子技术的技术领域。特别涉及一种便携式高稳定度双向恒流源模块。
背景技术
恒流源在光纤通信、LED照明、激光器驱动等很多场合都有重要的应用，而在某些场合，如激光器驱动中，恒流源的输出电流稳定度至关重要，输出电流的不稳定会影响激光器的寿命以及输出光功率。常用的提高电流稳定性的措施有：1、利用磁饱和电抗器的非线性磁化原理提高稳定性；2、在负载回路中串联大电阻(相对于负载电阻)；3、通过负反馈网络实现电流自动稳定。在这几种方案中，第一种方案受器件本身的影响较大，对稳定度的提高有限；第二种方案由于在负载回路中串联了大电阻，可有效地减小负载电阻的变化对输出电流的影响，但由于负载回路大电阻的存在，使得输出电流很小，一般只能在毫安级，而且大部分功率都降在了大电阻上，也使得效率极低；第三种方案由于负反馈网络本身具有的自动调整功能，可以使输出电流自动稳定，而不受负载变化的影响，因此是目前提高电流稳定度的最有效的方法，但目前已公开的技术中，一般都是采取单一的线性反馈网络，这种方案存在的最大缺点是，一旦反馈网络出现故障，系统将处于开环工作状态，输出电流将急剧增大，很容易损坏负载和电路本身，另一个缺点是使用场合受到限制，只能应用在负载对电流是线性响应的场合，在某些特定场合下，如负载对电流的响应存在延迟或超前的情况，这种基于单一线性反馈网络的恒流源将失去自动稳定的能力。另外目前常见的恒流源装置都是台式仪器，体积大，笨重，不易于系统集成。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺点，提供一种基于双反馈PID控制的便携式高稳定度双向恒流源模块。
本发明的具体的技术方案是：
一种便携式双向恒流源模块，结构有电流设置电路1、输出控制电路5、末级输出电路6和第一反馈电路7；其特征在于，结构还有减法器电路2、PID电路3、限流设置电路4、第二反馈电路8、显示驱动电路9和前面板10；电流设置电路1的输出端和第二反馈电路8的输出端分别与减法器电路2的两个输入端相连，减法器电路2的输出端接PID电路3的输入端，PID电路3的输出端接限流设置电路4的输入端，限流设置电路4的第一个输出端接输出控制电路5的控制输入端，第一反馈电路7的输出端接输出控制电路5的反馈输入端，输出控制电路5的输出端接末级输出电路6的输入端，末级输出电路6的取样电阻输出端同时接第一反馈电路7的输入端和第二反馈电路8的输入端，限流设置电路4的第二个输出端、第三个输出端和第一反馈电路7的输出端分别与显示驱动电路9的三个输入端相连；
所述的前面板10的结构包括：9针D形接口101、上限调节102、下限调节103和输出调节104；所述的9针D形接口101的1脚、5脚接地，6脚接电源VCC，2脚接电源VEE，7脚和3脚分别接末级输出电路6的端口CURRENT+和端口CURRENT-，8脚、4脚、9脚分别接显示驱动电路9的端口CURRENT_DIS、端口LIMIT_L_DIS、和端口LIMIT_H_DIS；所述的上限调节102和下限调节103分别是限流设置电路4中的电位器W2和电位器W3的调节螺丝；输出调节104是电流设置电路1中的电位器W1的调节螺丝；
所述的电流设置电路1的结构为：电阻R1的一端接电源VCC，另一端接稳压二极管D1的阴极和电位器W1的一端，稳压二极管D1的阳极接地，电阻R2的一端接电源VEE，另一端接稳压二极管D2的阳极和电位器W1的另一端，稳压二极管D2的阴极接地，电位器W1的滑线端接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接运放U1A的同相输入端，运放U1A的反相输入端接电阻R4的一端和电阻R5的一端，电阻R4的另一端接地，电阻R5的另一端接运放U1A的输出端，运放U1A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，运放U1A的输出端作为电流设置电路1的输出端，记为端口M1_OUT，接减法器电路2的端口M2_IN1，所述的电位器W1是3296封装的电位器，其调节螺丝位于前面板10上，是输出调节104；
所述的减法器电路2的结构为：电阻R6的一端作为减法器电路2的一个输入端，记为端口M2_IN2，运放U1B的反相输入端接电阻R6的另一端和电阻R9的一端，电阻R9的另一端接运放U1B的输出端，电阻R7的一端作为减法器电路2的另一个输入端，记为端口M2_IN1，运放U1B的同相输入端接电阻R7的另一端和电阻R8的一端，电阻R8的另一端接地，运放U1B的输出端作为减法器电路2的输出端，记为端口M2_OUT，接PID电路3的端口M3_IN；
所述的PID电路3的结构为：电阻R10的一端、电阻R17的一端和电阻R14的一端接在一起，作为PID电路3的输入端，记为端口M3_IN，运放U2A的反相输入端接电阻R10的另一端和电阻R11的一端，电阻R11的另一端接运放U2A的输出端，电阻R12的一端接地，另一端接运放U2A的同相输入端，运放U2A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，运放U2A的输出端接电阻R13的一端，运放U2B的反相输入端接电阻R14的另一端和电容C1的一端，电容C1的另一端接运放U2B的输出端，电阻R15的一端接地，另一端接运放U2B的同相输入端，运放U2B的输出端接电阻R16的一端，电阻R17的另一端接电容C2的一端，运放U3A的反相输入端接电容C2的另一端和电阻R18的一端和电容C3的一端，电容C3的另一端和电阻R18的另一端接运放U3A的输出端，电阻R19的一端接地，另一端接运放U3A的同相输入端，运放U3A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，运放U3A的输出端接电阻R20的一端，电阻R13的另一端、电阻R16的另一端和电阻R20的另一端共同接运放U3B的反相输入端，电阻R21的一端接运放U3B的反相输入端，另一端接运放U3B的输出端，电阻R22的一端接运放U3B的同相输入端，另一端接地，运放U3B的输出端作为PID电路3的输出端，记为端口M3_OUT，接限流设置电路4的端口M4_IN；
所述的限流设置电路4的结构为：电位器W2的一端接地，另一端接电源VCC，滑线端接电阻R24的一端，运放U4B的同相输入端接电阻R24的另一端，反相输入端和输出端之间接电阻R23，输出端接二极管D3的阴极，二极管D3的阳极接运放U5B的同相输入端，电位器W3的一端接地，另一端接电源VEE，滑线端接电阻R26的一端，运放U4A的同相输入端接电阻R26的另一端，反相输入端和输出端之间接电阻R25，输出端接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极接运放U5B的同相输入端，运放U4A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，运放U5B的反相输入端和输出端之间接电阻R28，电阻R27的一端接运放U5B的同相输入端，另一端作为限流设置电路4的输入端，记为端口M4_IN，运放U5B的输出端作为限流设置电路4的第一个输出端，记为端口M4_OUT1，接输出控制电路5的端口M5_IN，运放U4B的输出端作为限流设置电路4的第二个输出端，记为端口M4_OUT2，接显示驱动电路9中的上限显示驱动单元91的信号输入端，运放U4A的输出端作为限流设置电路4的第三个输出端，记为端口M4_OUT3，接显示驱动电路9中的下限显示驱动单元92的信号输入端；所述的电位器W2、电位器W3是3296封装的电位器，其调节螺丝位于前面板10上，分别是上限调节102和下限调节103；
所述的输出控制电路5的结构为：运放U5A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，反相输入端和输出端之间接电容C4，输出端接电容C5的一端和电阻R29的一端，电容C5的另一端接地，电阻R29的另一端接运放U6B的反相输入端，运放U6B的同相输入端接地，反相输入端和输出端之间接电阻R30，输出端接电容C6的一端，电容C6的另一端接地，运放U5A的同相输入端作为输出控制电路5的控制输入端，记为端口M5_IN，运放U5A的反相输入端作为输出控制电路5的反馈输入端，记为端口F_IN，运放U5A的输出端作为输出控制电路5的一个输出端，记为端口M5_OUT1，接末级输出电路6的端口M6_IN1，运放U6B的输出端作为输出控制电路5的另一个输出端，记为端口M5_OUT2，接末级输出电路6的端口M6_IN2；
所述的末级输出电路6的结构为：电阻R31的一端作为末级输出电路6的一个输入端，记为端口M6_IN1，电阻R32的一端作为末级输出电路6的另一个输入端，记为端口M6_IN2，电阻R31的另一端接达林顿管Q1的基极和达林顿管Q2的基极，达林顿管Q1的集电极接电源VCC，发射极接达林顿管Q2的发射极，达林顿管Q2的集电极接电源VEE，电阻R32的另一端接达林顿管Q3的基极和达林顿管Q4的基极，达林顿管Q3的集电极接电源VCC，发射极接达林顿管Q4的发射极，并作为末级输出电路6的电流输出负极，记为端口CURRENT-，接前面板10上的9针D形接口101的3脚，达林顿管Q4的集电极接电源VEE，所述的达林顿管Q1和达林顿管Q3是NPN型的，达林顿管Q2和达林顿管Q4是PNP型的，取样电阻Rs的一端接达林顿管Q1的发射极，并作为末级输出电路6的取样电阻输出端，记为端口Rs_OUT，接第一反馈电路7的端口M7_IN1和第二反馈电路8的端口M8_IN1，取样电阻Rs的另一端作为末级输出电路6的电流输出正极，记为端口CURRENT+，接第一反馈电路7的端口M7_IN2和第二反馈电路8的端口M8_IN2，还接前面板10上的9针D形接口101的7脚；
所述的第一反馈电路7的结构为：运放U6A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，同相输入端接电阻R33的一端和电阻R34的一端，反相输入端接电阻R35的一端，反相输入端和输出端之间接电阻R36，电阻R34的另一端接地，电阻R33的另一端作为第一反馈电路7的一个输入端，记为端口M7_IN1，电阻R35的另一端作为第一反馈电路7的另一个输入端，记为端口M7_IN2，运放U6A的输出端作为第一反馈电路7的输出端，记为端口M7_OUT，接输出控制电路5的端口F_IN，还接显示驱动电路9中的输出显示驱动单元93的信号输入端；
所述的第二反馈电路8的结构为：运放U7B的反相输入端和输出端之间接电阻R37，反相输入端还接电阻R38的一端和电阻R39的一端，电阻R38的另一端接运放U7A的输出端，电阻R39的另一端接运放U7A的反相输入端和电阻R41的一端，电阻R41的另一端接地，运放U7A的反相输入端和输出端之间接电阻R40，运放U7A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，运放U7B的同相输入端和运放U7A的同相输入端作为第二反馈电路8的两个输入端，分别记为端口M8_IN1和端口M8_IN2，运放U7B的输出端作为第二反馈电路8的输出端，记为端口M8_OUT，接减法器电路2的端口M2_IN2；
所述的显示驱动电路9包括上限显示驱动单元91、下限显示驱动单元92和输出显示驱动单元93，上限显示驱动单元91的信号输入端、下限显示驱动单元92的信号输入端和输出显示驱动单元93的信号输入端分别作为显示驱动电路9的三个输入端，记为端口M9_IN1、端口M9_IN2和端口M9_IN3，依次分别接限流设置电路4的端口M4_OUT2、端口M4_OUT3和第一反馈电路7的端口M7_OUT，上限显示驱动单元91、下限显示驱动单元92和输出显示驱动单元93的显示输出端分别作为显示驱动电路9的三个输出端，记为端口LIMIT_H_DIS、端口LIMIT_L_DIS和端口CURRENT_DIS，依次分别接前面板10上的9针D形接口101的9脚、4脚和8脚；
所述的上限显示驱动单元91、下限显示驱动单元92和输出显示驱动单元93的结构均相同，具体为：电阻R44的一端作为信号输入端，记为端口SIG_IN，电阻R44的另一端接运放U8A的同相输入端，运放U8A的反相输入端和输出端之间接电阻R45，运放U8A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，输出端接电阻R46的一端，电阻R46的另一端接运放U8B的反相输入端，运放U8B的同相输入端接电阻R47的一端，反相输入端和输出端之间接电阻R48，电阻R47的另一端接地，运放U8B的输出端接电阻R49的一端，电阻R49的另一端接电位器W4的一端，电位器W4的另一端和滑线端共同接运放U9A的反相输入端，运放U9A的反相输入端和输出端之间接电阻R43，同相输入端接电阻R42的一端，电阻R42的另一端接地，运放U9A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，输出端作为显示输出端，记为端口DIS_OUT。
本发明的一种便携式双向恒流源模块中所用到的各元件优选参数如下：运放U1A、运放U1B～运放U8A、运放U8B、运放U9A均为LM358；稳压二极管D1和稳压二极管D2均为2.5V；电位器W1～电位器W4均为10kΩ；电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4均为5.1kΩ，电阻R5为15kΩ，电阻R6～电阻R10均为10kΩ，电阻R11为20kΩ，电阻R12为10kΩ，电阻R13为10kΩ，电阻R14、电阻R15均为50kΩ，电阻R16为10kΩ，电阻R17为510kΩ，电阻R18、电阻R19均为150kΩ，电阻R20～电阻R30均为10kΩ，电阻R31、电阻R32均为0.1kΩ，电阻R33为5.1kΩ，电阻R34为200kΩ，电阻R35为5.1kΩ，电阻R36为200kΩ，电阻R37、电阻R38均为180kΩ，电阻R39为20kΩ，电阻R40、电阻R41均为180kΩ，电阻R42为10kΩ，电阻R43为5.1kΩ，电阻R44～电阻R48均为10kΩ，电阻R49为15kΩ，取样电阻Rs为0.1Ω；电容C1、电容C2为1μF，电容C3为22pF；电容C4～电容C6均为0.47μF；二极管D3、二极管D4均为1N4148；达林顿管Q1、达林顿管Q3均为TIP132，达林顿管Q2、达林顿管Q4均为TIP137；电源VCC为+12V直流电源，电源VEE为-12V直流电源。
本发明一种便携式双向恒流源模块有以下有益效果：
1、本发明将所有的输入输出集成到一个9针D形接口上，有效减小了装置的体积，整个装置简单紧凑，便于与其它系统集成。
2、本发明的电路采用双重负反馈结构，有效提高了输出电流的稳定度和安全性，当一个反馈环出现故障断开时，电路仍然能正常工作。
3、本发明对设置电流和反馈电流采用PID控制处理，使电路在很多使用场合下均能自动稳流。
4、本发明具有限流设置功能，可有效限制输出电流的最大值，且上下限可调，使得在调节输出电流时不会超过限流值，进一步提高了电路的安全性。
5、本发明的第二反馈电路采用双运放高输入阻抗式减法器对输出电流值进行取样，比传统减法器结构能更有效地减小反馈电路对输出电流的影响。
6、本发明可以实现输出电流的双向调节，使用更方便。
附图说明
图1是本发明的总体结构框图。
图2是本发明的电流设置电路1的原理图。
图3是本发明的减法器电路2的原理图。
图4是本发明的PID电路3的原理图。
图5是本发明的限流设置电路4的原理图。
图6是本发明的输出控制电路5的原理图。
图7是本发明的末级输出电路6的原理图。
图8是本发明的第一反馈电路7的原理图。
图9是本发明的第二反馈电路8的原理图。
图10是本发明的显示驱动电路9中所用到的显示驱动单元的原理图。
图11是本发明的显示驱动电路9的结构示意图。
图12是本发明的前面板示意图。
图13是本发明的9针D形接口101与各个端口的连接关系示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的工作原理作进一步说明，以下各实施例中各元件选用的参数如下：
运放U1A、运放U1B～运放U8A、运放U8B、运放U9A均为LM358；稳压二极管D1和稳压二极管D2均为2.5V；电位器W1～电位器W4均为10kΩ；电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4均为5.1kΩ，电阻R5为15kΩ，电阻R6～电阻R10均为10kΩ，电阻R11为20kΩ，电阻R12为10kΩ，电阻R13为10kΩ，电阻R14、电阻R15均为50kΩ，电阻R16为10kΩ，电阻R17为510kΩ，电阻R18、电阻R19均为150kΩ，电阻R20～电阻R30均为10kΩ，电阻R31、电阻R32均为0.1kΩ，电阻R33为5.1kΩ，电阻R34为200kΩ，电阻R35为5.1kΩ，电阻R36为200kΩ，电阻R37、电阻R38均为180kΩ，电阻R39为20kΩ，电阻R40、电阻R41均为180kΩ，电阻R42为10kΩ，电阻R43为5.1kΩ，电阻R44～电阻R48均为10kΩ，电阻R49为15kΩ，取样电阻Rs为0.1Ω；电容C1、电容C2为1μF，电容C3为22pF；电容C4～电容C6均为0.47μF；二极管D3、二极管D4均为1N4148；达林顿管Q1、达林顿管Q3均为TIP132，达林顿管Q2、达林顿管Q4均为TIP137；电源VCC为+12V直流电源，电源VEE为-12V直流电源。
实施例1本发明的整体结构
结合图1说明本发明的一种双向恒流源电路的整体工作原理。通过电流设置电路1设置一个参考电压，第二反馈电路8对输出电流取样并转换为对应的电压，上述两个电压在减法器电路2中进行求差，差值送到PID电路3中进行PID运算，运算的结果送到限流设置电路4，如果运算的结果在限流设置电路4设定的限流值范围内，则直接输出运算结果，如果运算结果超出限流设置电路4设定的限流值范围，则输出限流值，限流设置电路4的输出值作为控制电压送至输出控制电路5的控制输入端，与第一反馈电路7的反馈电压进行比较，输出值控制末级输出电路6输出电流，由于整个系统处于双重负反馈工作状态，因此，输出电流将严格按照电流设置电路1设置的参考电压进行变化，输出电流的上、下限由限流设置电路4设置的值确定，显示驱动电路9包含3个显示驱动单元，分别用来将输出电流和上下限电流值转换成对应的电压值以便于显示器件(如电压表头)进行显示。
实施例2前面板
本发明的前面板10的结构如图12所示，结构包括：9针D形接口101、上限调节102、下限调节103和输出调节104；参见图13，所述的9针D形接口101的1脚、5脚接地，6脚接电源VCC，2脚接电源VEE，7脚和3脚分别接末级输出电路6的端口CURRENT+和端口CURRENT-，8脚、4脚、9脚分别接显示驱动电路9的端口CURRENT_DIS、端口LIMIT_L_DIS、和端口LIMIT_H_DIS；所述的上限调节102和下限调节103分别是限流设置电路4中的电位器W2和电位器W3的调节螺丝；输出调节104是电流设置电路1中的电位器W1的调节螺丝。
前面板10上的3个调节螺丝分别用于设置上限电流、下限电流和输出电流，9针D形接口用于与外部系统连接，通过该接口可实现从外电路输入供电电源，输出恒流，以及输出显示信号的功能。
实施例3电流设置电路
本发明的电流设置电路1的原理电路如图2所示，电阻R1的一端接电源VCC，另一端接稳压二极管D1的阴极和电位器W1的一端，稳压二极管D1的阳极接地，电阻R2的一端接电源VEE，另一端接稳压二极管D2的阳极和电位器W1的另一端，稳压二极管D2的阴极接地，电位器W1的滑线端接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接运放U1A的同相输入端，运放U1A的反相输入端接电阻R4的一端和电阻R5的一端，电阻R4的另一端接地，电阻R5的另一端接运放U1A的输出端，运放U1A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，运放U1A的输出端作为电流设置电路1的输出端，记为端口M1_OUT，接减法器电路2的端口M2_IN1，所述的电位器W1是3296封装的电位器，其调节螺丝位于前面板10上，是输出调节104。
稳压二极管D1和稳压二极管D2为电位器W1的两端提供+2.5V和-2.5V的基准电压，当电位器W1的滑线端左右滑动时，滑线端电压将在+2.5V～-2.5V范围内变化，该电压值经过运放U1A构成的同相比例放大器后在输出端将得到在+10V～-10V范围内变化的输出电压。
实施例4减法器电路2
本发明的减法器电路2的原理电路如图3所示，电阻R6的一端作为减法器电路2的一个输入端，记为端口M2_IN2，运放U1B的反相输入端接电阻R6的另一端和电阻R9的一端，电阻R9的另一端接运放U1B的输出端，电阻R7的一端作为减法器电路2的另一个输入端，记为端口M2_IN1，运放U1B的同相输入端接电阻R7的另一端和电阻R8的一端，电阻R8的另一端接地，运放U1B的输出端作为减法器电路2的输出端，记为端口M2_OUT，接PID电路3的端口M3_IN。
该减法器电路为1：1倍输出的减法器，输出电压为端口M2_IN1与端口M2_IN2的电压之差。
实施例5PID电路
本发明的PID电路3的原理电路如图4所示，电阻R10的一端、电阻R17的一端和电阻R14的一端接在一起，作为PID电路3的输入端，记为端口M3_IN，运放U2A的反相输入端接电阻R10的另一端和电阻R11的一端，电阻R11的另一端接运放U2A的输出端，电阻R12的一端接地，另一端接运放U2A的同相输入端，运放U2A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，运放U2A的输出端接电阻R13的一端，运放U2B的反相输入端接电阻R14的另一端和电容C1的一端，电容C1的另一端接运放U2B的输出端，电阻R15的一端接地，另一端接运放U2B的同相输入端，运放U2B的输出端接电阻R16的一端，电阻R17的另一端接电容C2的一端，运放U3A的反相输入端接电容C2的另一端和电阻R18的一端和电容C3的一端，电容C3的另一端和电阻R18的另一端接运放U3A的输出端，电阻R19的一端接地，另一端接运放U3A的同相输入端，运放U3A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，运放U3A的输出端接电阻R20的一端，电阻R13的另一端、电阻R16的另一端和电阻R20的另一端共同接运放U3B的反相输入端，电阻R21的一端接运放U3B的反相输入端，另一端接运放U3B的输出端，电阻R22的一端接运放U3B的同相输入端，另一端接地，运放U3B的输出端作为PID电路3的输出端，记为端口M3_OUT，接限流设置电路4的端口M4_IN。
该电路将减法器电路2输出的差值电压进行比例、积分、微分运算后再输出到限流设置电路4。
实施例6限流设置电路
本发明的限流设置电路4的原理电路如图5所示，电位器W2的一端接地，另一端接电源VCC，滑线端接电阻R24的一端，运放U4B的同相输入端接电阻R24的另一端，反相输入端和输出端之间接电阻R23，输出端接二极管D3的阴极，二极管D3的阳极接运放U5B的同相输入端，电位器W3的一端接地，另一端接电源VEE，滑线端接电阻R26的一端，运放U4A的同相输入端接电阻R26的另一端，反相输入端和输出端之间接电阻R25，输出端接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极接运放U5B的同相输入端，运放U4A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，运放U5B的反相输入端和输出端之间接电阻R28，电阻R27的一端接运放U5B的同相输入端，另一端作为限流设置电路4的输入端，记为端口M4_IN，运放U5B的输出端作为限流设置电路4的第一个输出端，记为端口M4_OUT1，接输出控制电路5的端口M5_IN，运放U4B的输出端作为限流设置电路4的第二个输出端，记为端口M4_OUT2，接显示驱动电路9中的上限显示驱动单元91的信号输入端，运放U4A的输出端作为限流设置电路4的第三个输出端，记为端口M4_OUT3，接显示驱动电路9中的下限显示驱动单元92的信号输入端；所述的电位器W2、电位器W3是3296封装的电位器，其调节螺丝位于前面板10上，分别是上限调节102和下限调节103。
运放U4B和二极管D3构成上限幅，电位器W2用来调节上限幅值，运放U4A和二极管D4构成下限幅，电位器W3用来调节下限幅值，当从端口M4_IN输入的电压小于上限幅值且大于下限幅值时，二极管D3和二极管D4全截止，上、下限幅均不起作用，端口M4_OUT输出的电压将等于端口M4_IN输入的电压；当端口M4_IN输入的电压大于上限幅值时，二极管D3将导通，端口M4_OUT输出的电压将等于上限幅电压；当端口M4_IN输入的电压小于下限幅值时，二极管D4将导通，端口M4_OUT输出的电压将等于下限幅电压。通过预先设置上下限幅值，可有效防止在操作过程中由于误操作导致的输出电流过大而引起的负载或电路的损坏。
实施例7输出控制电路
本发明的输出控制电路5的原理图如图6所示，运放U5A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，反相输入端和输出端之间接电容C4，输出端接电容C5的一端和电阻R29的一端，电容C5的另一端接地，电阻R29的另一端接运放U6B的反相输入端，运放U6B的同相输入端接地，反相输入端和输出端之间接电阻R30，输出端接电容C6的一端，电容C6的另一端接地，运放U5A的同相输入端作为输出控制电路5的控制输入端，记为端口M5_IN，运放U5A的反相输入端作为输出控制电路5的反馈输入端，记为端口F_IN，运放U5A的输出端作为输出控制电路5的一个输出端，记为端口M5_OUT1，接末级输出电路6的端口M6_IN1，运放U6B的输出端作为输出控制电路5的另一个输出端，记为端口M5_OUT2，接末级输出电路6的端口M6_IN2。
运放U6B与电阻R30构成反相器，使得端口M5_OUT2与端口M5_OUT1输出的电压总是相反，这两个端口的电压分别用于控制末级输出电路6中的左侧达林顿对管和右侧达林顿对管，当端口M5_OUT1输出正电压而端口M5_OUT2输出负电压时，左侧的达林顿管Q1与右侧的达林顿管Q4处于导通状态，输出电流将从左向右流过负载，反之则达林顿管Q3和达林顿管Q2导通，输出电流将从右向左流过负载，从而实现双向输出电流的功能。
实施例8末级输出电路
本发明的末级输出电路6如图7所示，电阻R31的一端作为末级输出电路6的一个输入端，记为端口M6_IN1，电阻R32的一端作为末级输出电路6的另一个输入端，记为端口M6_IN2，电阻R31的另一端接达林顿管Q1的基极和达林顿管Q2的基极，达林顿管Q1的集电极接电源VCC，发射极接达林顿管Q2的发射极，达林顿管Q2的集电极接电源VEE，电阻R32的另一端接达林顿管Q3的基极和达林顿管Q4的基极，达林顿管Q3的集电极接电源VCC，发射极接达林顿管Q4的发射极，并作为末级输出电路6的电流输出负极，记为端口CURRENT-，接前面板10上的9针D形接口101的3脚，达林顿管Q4的集电极接电源VEE，所述的达林顿管Q1和达林顿管Q3是NPN型的，达林顿管Q2和达林顿管Q4是PNP型的，取样电阻Rs的一端接达林顿管Q1的发射极，并作为末级输出电路6的取样电阻输出端，记为端口Rs_OUT，接第一反馈电路7的端口M7_IN1和第二反馈电路8的端口M8_IN1，取样电阻Rs的另一端作为末级输出电路6的电流输出正极，记为端口CURRENT+，接第一反馈电路7的端口M7_IN2和第二反馈电路8的端口M8_IN2，还接前面板10上的9针D形接口101的7脚。
该电路受输出控制电路5的控制可以双向输出电流至负载，工作原理参见实施例6，该电路中的取样电阻Rs是用来对流过负载的电流进行取样并将输出电流转换为电压供第一反馈电路7和第二反馈电路8使用。
实施例9第一反馈电路
本发明的第一反馈电路7的原理图如图8所示，运放U6A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，同相输入端接电阻R33的一端和电阻R34的一端，反相输入端接电阻R35的一端，反相输入端和输出端之间接电阻R36，电阻R34的另一端接地，电阻R33的另一端作为第一反馈电路7的一个输入端，记为端口M7_IN1，电阻R35的另一端作为第一反馈电路7的另一个输入端，记为端口M7_IN2，运放U6A的输出端作为第一反馈电路7的输出端，记为端口M7_OUT，接输出控制电路5的端口F_IN，还接显示驱动电路9中的输出显示驱动单元93的信号输入端。
该电路将末级输出电路6中的取样电阻Rs两端的电压放大40倍后送至输出控制电路5的反馈输入端，与输出控制电路5的控制输入端接收的控制电压进行比较，平衡时，两者电压相等，从而实现压控恒流的功能。
实施例10第二反馈电路
本发明的第二反馈电路8的原理图如图9所示，运放U7B的反相输入端和输出端之间接电阻R37，反相输入端还接电阻R38的一端和电阻R39的一端，电阻R38的另一端接运放U7A的输出端，电阻R39的另一端接运放U7A的反相输入端和电阻R41的一端，电阻R41的另一端接地，运放U7A的反相输入端和输出端之间接电阻R40，运放U7A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，运放U7B的同相输入端和运放U7A的同相输入端作为第二反馈电路8的两个输入端，分别记为端口M8_IN1和端口M8_IN2，运放U7B的输出端作为第二反馈电路8的输出端，记为端口M8_OUT，接减法器电路2的端口M2_IN2。
该电路将末级输出电路6中的取样电阻Rs两端的电压放大20倍后送至减法器电路2，与电流设置电路1提供的电压在减法器中进行求差。
实施例11显示驱动电路
本发明的显示驱动电路9的结构示意图如图11所示，结构包括上限显示驱动单元91、下限显示驱动单元92和输出显示驱动单元93，上限显示驱动单元91的信号输入端、下限显示驱动单元92的信号输入端和输出显示驱动单元93的信号输入端分别作为显示驱动电路9的三个输入端，记为端口M9_IN1、端口M9_IN2和端口M9_IN3，依次分别接限流设置电路4的端口M4_OUT2、端口M4_OUT3和第一反馈电路7的端口M7_OUT，上限显示驱动单元91、下限显示驱动单元92和输出显示驱动单元93的显示输出端分别作为显示驱动电路9的三个输出端，记为端口LIMIT_H_DIS、端口LIMIT_L_DIS和端口CURRENT_DIS，依次分别接前面板10上的9针D形接口101的9脚、4脚和8脚。
显示驱动电路9中用到的3个显示驱动单元的结构相同，单个显示驱动单元的原理电路图如图10所示，电阻R44的一端作为信号输入端，记为端口SIG_IN，电阻R44的另一端接运放U8A的同相输入端，运放U8A的反相输入端和输出端之间接电阻R45，运放U8A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，输出端接电阻R46的一端，电阻R46的另一端接运放U8B的反相输入端，运放U8B的同相输入端接电阻R47的一端，反相输入端和输出端之间接电阻R48，电阻R47的另一端接地，运放U8B的输出端接电阻R49的一端，电阻R49的另一端接电位器W4的一端，电位器W4的另一端和滑线端共同接运放U9A的反相输入端，运放U9A的反相输入端和输出端之间接电阻R43，同相输入端接电阻R42的一端，电阻R42的另一端接地，运放U9A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，输出端作为显示输出端，记为端口DIS_OUT。
3个显示驱动单元分别将上下限电流和输出电流转换成相同数值的电压，参通过前面板10上的9针D形接口101输出，可由电压表直接显示出相应的数值。

Claims (2)

1.一种便携式双向恒流源模块，结构有电流设置电路(1)、输出控制电路(5)、末级输出电路(6)和第一反馈电路(7)；其特征在于，结构还有减法器电路(2)、PID电路(3)、限流设置电路(4)、第二反馈电路(8)、显示驱动电路(9)和前面板(10)；电流设置电路(1)的输出端和第二反馈电路(8)的输出端分别与减法器电路(2)的两个输入端相连，减法器电路(2)的输出端接PID电路(3)的输入端，PID电路(3)的输出端接限流设置电路(4)的输入端，限流设置电路(4)的第一个输出端接输出控制电路(5)的控制输入端，第一反馈电路(7)的输出端接输出控制电路(5)的反馈输入端，输出控制电路(5)的输出端接末级输出电路(6)的输入端，末级输出电路(6)的取样电阻输出端同时接第一反馈电路(7)的输入端和第二反馈电路(8)的输入端，限流设置电路(4)的第二个输出端、第三个输出端和第一反馈电路(7)的输出端分别与显示驱动电路(9)的三个输入端相连；
所述的前面板(10)的结构包括：9针D形接口(101)、上限调节(102)、下限调节(103)和输出调节(104)；所述的9针D形接口(101)的1脚、5脚接地，6脚接电源VCC，2脚接电源VEE，7脚和3脚分别接末级输出电路6的端口CURRENT+和端口CURRENT-，8脚、4脚、9脚分别接显示驱动电路9的端口CURRENT_DIS、端口LIMIT_L_DIS、和端口LIMIT_H_DIS；所述的上限调节(102)和下限调节(103)分别是限流设置电路(4)中的电位器W2和电位器W3的调节螺丝；输出调节104是电流设置电路(1)中的电位器W1的调节螺丝；
所述的电流设置电路(1)的结构为：电阻R1的一端接电源VCC，另一端接稳压二极管D1的阴极和电位器W1的一端，稳压二极管D1的阳极接地，电阻R2的一端接电源VEE，另一端接稳压二极管D2的阳极和电位器W1的另一端，稳压二极管D2的阴极接地，电位器W1的滑线端接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接运放U1A的同相输入端，运放U1A的反相输入端接电阻R4的一端和电阻R5的一端，电阻R4的另一端接地，电阻R5的另一端接运放U1A的输出端，运放U1A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，运放U1A的输出端作为电流设置电路(1)的输出端，记为端口M1_OUT，接减法器电路(2)的端口M2_IN1，所述的电位器W1是3296封装的电位器，其调节螺丝位于前面板(10)上，是输出调节(104)；
所述的减法器电路(2)的结构为：电阻R6的一端作为减法器电路(2)的一个输入端，记为端口M2_IN2，运放U1B的反相输入端接电阻R6的另一端和电阻R9的一端，电阻R9的另一端接运放U1B的输出端，电阻R7的一端作为减法器电路(2)的另一个输入端，记为端口M2_IN1，运放U1B的同相输入端接电阻R7的另一端和电阻R8的一端，电阻R8的另一端接地，运放U1B的输出端作为减法器电路(2)的输出端，记为端口M2_OUT，接PID电路(3)的端口M3_IN；
所述的PID电路(3)的结构为：电阻R10的一端、电阻R17的一端和电阻R14的一端接在一起，作为PID电路(3)的输入端，记为端口M3_IN，运放U2A的反相输入端接电阻R10的另一端和电阻R11的一端，电阻R11的另一端接运放U2A的输出端，电阻R12的一端接地，另一端接运放U2A的同相输入端，运放U2A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，运放U2A的输出端接电阻R13的一端，运放U2B的反相输入端接电阻R14的另一端和电容C1的一端，电容C1的另一端接运放U2B的输出端，电阻R15的一端接地，另一端接运放U2B的同相输入端，运放U2B的输出端接电阻R16的一端，电阻R17的另一端接电容C2的一端，运放U3A的反相输入端接电容C2的另一端和电阻R18的一端和电容C3的一端，电容C3的另一端和电阻R18的另一端接运放U3A的输出端，电阻R19的一端接地，另一端接运放U3A的同相输入端，运放U3A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，运放U3A的输出端接电阻R20的一端，电阻R13的另一端、电阻R16的另一端和电阻R20的另一端共同接运放U3B的反相输入端，电阻R21的一端接运放U3B的反相输入端，另一端接运放U3B的输出端，电阻R22的一端接运放U3B的同相输入端，另一端接地，运放U3B的输出端作为PID电路(3)的输出端，记为端口M3_OUT，接限流设置电路(4)的端口M4_IN；
所述的限流设置电路(4)的结构为：电位器W2的一端接地，另一端接电源VCC，滑线端接电阻R24的一端，运放U4B的同相输入端接电阻R24的另一端，反相输入端和输出端之间接电阻R23，输出端接二极管D3的阴极，二极管D3的阳极接运放U5B的同相输入端，电位器W3的一端接地，另一端接电源VEE，滑线端接电阻R26的一端，运放U4A的同相输入端接电阻R26的另一端，反相输入端和输出端之间接电阻R25，输出端接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极接运放U5B的同相输入端，运放U4A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，运放U5B的反相输入端和输出端之间接电阻R28，电阻R27的一端接运放U5B的同相输入端，另一端作为限流设置电路(4)的输入端，记为端口M4_IN，运放U5B的输出端作为限流设置电路(4)的第一个输出端，记为端口M4_OUT1，接输出控制电路(5)的端口M5_IN，运放U4B的输出端作为限流设置电路(4)的第二个输出端，记为端口M4_OUT2，接显示驱动电路(9)中的上限显示驱动单元(91)的信号输入端，运放U4A的输出端作为限流设置电路(4)的第三个输出端，记为端口M4_OUT3，接显示驱动电路(9)中的下限显示驱动单元(92)的信号输入端；所述的电位器W2、电位器W3是3296封装的电位器，其调节螺丝位于前面板(10)上，分别是上限调节(102)和下限调节(103)；
所述的输出控制电路(5)的结构为：运放U5A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，反相输入端和输出端之间接电容C4，输出端接电容C5的一端和电阻R29的一端，电容C5的另一端接地，电阻R29的另一端接运放U6B的反相输入端，运放U6B的同相输入端接地，反相输入端和输出端之间接电阻R30，输出端接电容C6的一端，电容C6的另一端接地，运放U5A的同相输入端作为输出控制电路(5)的控制输入端，记为端口M5_IN，运放U5A的反相输入端作为输出控制电路(5)的反馈输入端，记为端口F_IN，运放U5A的输出端作为输出控制电路(5)的一个输出端，记为端口M5_OUT1，接末级输出电路(6)的端口M6_IN1，运放U6B的输出端作为输出控制电路5的另一个输出端，记为端口M5_OUT2，接末级输出电路(6)的端口M6_IN2；
所述的末级输出电路(6)的结构为：电阻R31的一端作为末级输出电路(6)的一个输入端，记为端口M6_IN1，电阻R32的一端作为末级输出电路(6)的另一个输入端，记为端口M6_IN2，电阻R31的另一端接达林顿管Q1的基极和达林顿管Q2的基极，达林顿管Q1的集电极接电源VCC，发射极接达林顿管Q2的发射极，达林顿管Q2的集电极接电源VEE，电阻R32的另一端接达林顿管Q3的基极和达林顿管Q4的基极，达林顿管Q3的集电极接电源VCC，发射极接达林顿管Q4的发射极，并作为末级输出电路(6)的电流输出负极，记为端口CURRENT-，接前面板(10)上的9针D形接口(101)的3脚，达林顿管Q4的集电极接电源VEE，所述的达林顿管Q1和达林顿管Q3是NPN型的，达林顿管Q2和达林顿管Q4是PNP型的，取样电阻Rs的一端接达林顿管Q1的发射极，并作为末级输出电路(6)的取样电阻输出端，记为端口Rs_OUT，接第一反馈电路(7)的端口M7_IN1和第二反馈电路(8)的端口M8_IN1，取样电阻Rs的另一端作为末级输出电路(6)的电流输出正极，记为端口CURRENT+，接第一反馈电路(7)的端口M7_IN2和第二反馈电路(8)的端口M8_IN2，还接前面板(10)上的9针D形接口(101)的7脚；
所述的第一反馈电路(7)的结构为：运放U6A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，同相输入端接电阻R33的一端和电阻R34的一端，反相输入端接电阻R35的一端，反相输入端和输出端之间接电阻R36，电阻R34的另一端接地，电阻R33的另一端作为第一反馈电路(7)的一个输入端，记为端口M7_IN1，电阻R35的另一端作为第一反馈电路(7)的另一个输入端，记为端口M7_IN2，运放U6A的输出端作为第一反馈电路(7)的输出端，记为端口M7_OUT，接输出控制电路(5)的端口F_IN，还接显示驱动电路(9)中的输出显示驱动单元(93)的信号输入端；
所述的第二反馈电路(8)的结构为：运放U7B的反相输入端和输出端之间接电阻R37，反相输入端还接电阻R38的一端和电阻R39的一端，电阻R38的另一端接运放U7A的输出端，电阻R39的另一端接运放U7A的反相输入端和电阻R41的一端，电阻R41的另一端接地，运放U7A的反相输入端和输出端之间接电阻R40，运放U7A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，运放U7B的同相输入端和运放U7A的同相输入端作为第二反馈电路(8)的两个输入端，分别记为端口M8_IN1和端口M8_IN2，运放U7B的输出端作为第二反馈电路(8)的输出端，记为端口M8_OUT，接减法器电路(2)的端口M2_IN2；
所述的显示驱动电路(9)包括上限显示驱动单元(91)、下限显示驱动单元(92)和输出显示驱动单元(93)，上限显示驱动单元(91)的信号输入端、下限显示驱动单元(92)的信号输入端和输出显示驱动单元(93)的信号输入端分别作为显示驱动电路(9)的三个输入端，记为端口M9_IN1、端口M9_IN2和端口M9_IN3，依次分别接限流设置电路(4)的端口M4_OUT2、端口M4_OUT3和第一反馈电路(7)的端口M7_OUT，上限显示驱动单元(91)、下限显示驱动单元(92)和输出显示驱动单元(93)的显示输出端分别作为显示驱动电路(9)的三个输出端，记为端口LIMIT_H_DIS、端口LIMIT_L_DIS和端口CURRENT_DIS，依次分别接前面板(10)上的9针D形接口(101)的9脚、4脚和8脚；
所述的上限显示驱动单元(91)、下限显示驱动单元(92)和输出显示驱动单元(93)的结构均相同，具体为：电阻R44的一端作为信号输入端，记为端口SIG_IN，电阻R44的另一端接运放U8A的同相输入端，运放U8A的反相输入端和输出端之间接电阻R45，运放U8A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，输出端接电阻R46的一端，电阻R46的另一端接运放U8B的反相输入端，运放U8B的同相输入端接电阻R47的一端，反相输入端和输出端之间接电阻R48，电阻R47的另一端接地，运放U8B的输出端接电阻R49的一端，电阻R49的另一端接电位器W4的一端，电位器W4的另一端和滑线端共同接运放U9A的反相输入端，运放U9A的反相输入端和输出端之间接电阻R43，同相输入端接电阻R42的一端，电阻R42的另一端接地，运放U9A的正电源端接电源VCC，负电源端接电源VEE，输出端作为显示输出端，记为端口DIS_OUT。
2.根据权利要求1所述的一种便携式双向恒流源模块，其特征在于，所用到的各元件参数如下：运放U1A、运放U1B～运放U8A、运放U8B、运放U9A均为LM358；稳压二极管D1和稳压二极管D2均为2.5V；电位器W1～电位器W4均为10kΩ；电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4均为5.1kΩ，电阻R5为15kΩ，电阻R6～电阻R10均为10kΩ，电阻R11为20kΩ，电阻R12为10kΩ，电阻R13为10kΩ，电阻R14、电阻R15均为50kΩ，电阻R16为10kΩ，电阻R17为510kΩ，电阻R18、电阻R19均为150kΩ，电阻R20～电阻R30均为10kΩ，电阻R31、电阻R32均为0.1kΩ，电阻R33为5.1kΩ，电阻R34为200kΩ，电阻R35为5.1kΩ，电阻R36为200kΩ，电阻R37、电阻R38均为180kΩ，电阻R39为20kΩ，电阻R40、电阻R41均为180kΩ，电阻R42为10kΩ，电阻R43为5.1kΩ，电阻R44～电阻R48均为10kΩ，电阻R49为15kΩ，取样电阻Rs为0.1Ω；电容C1、电容C2为1μF，电容C3为22pF；电容C4～电容C6均为0.47μF；二极管D3、二极管D4均为1N4148；达林顿管Q1、达林顿管Q3均为TIP132，达林顿管Q2、达林顿管Q4均为TIP137；电源VCC为+12V直流电源，电源VEE为-12V直流电源。
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