CN107967018A - 一种电流源电路及其控制方法 - Google Patents

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赵敏
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • 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
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
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Abstract

一种电流源电路及其控制方法，涉及电子电路领域。该电流源电路包括数字电路电源、控制电路、隔离电路、数模转换电路、模拟电路电源、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一运算放大器、第二运算放大器。本发明的电流源电路及其控制方法，可以输出电流极小、精度极高的电流，广泛适用于各种需要电流小、精度高的电流的场合。

Description

一种电流源电路及其控制方法
技术领域
本发明涉及电子电路领域，特别涉及一种电流源电路及其控制方法。
背景技术
在电路应用领域，有些特殊场合，需要用到极小的电流信号。比如，中子通量测量系统调试与测试时，需要对其注入数百路10-10A级别的电流信号；在半导体测试时，需要对半导体注入10-12A至10-6A级别的电流源信号。常见的电流源很难输出这样的电流小、精度高的电流。
发明内容
为了解决常见的电流源输出的电流存在的电流较大、精度较低的技术问题；本发明提供了一种电流源电路，包括数字电路电源、控制电路、隔离电路、数模转换电路、模拟电路电源、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一运算放大器、第二运算放大器；数字电路电源与控制电路相连接，为控制电路提供电源；模拟电路电源与隔离电路相连接，为隔离电路提供电源；模拟电路电源与数模转换电路相连接，为数模转换电路提供电源；控制电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输出端与隔离电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输入端相连接，控制电路的复位信号输出端与隔离电路的复位信号输入端相连接，控制电路的同步通信触发信号输出端与隔离电路的同步通信触发信号输入端相连接，控制电路的通信时钟信号输出端与隔离电路的通信时钟信号输入端相连接，控制电路的通信数据输出端与隔离电路的第一通信数据输入端相连接，控制电路的通信数据输入端与隔离电路的第一通信数据输出端相连接；隔离电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输出端与数模转换电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输入端相连接，隔离电路的复位信号输出端与数模转换电路的复位信号输入端相连接，隔离电路的同步通信触发信号输出端与数模转换电路的同步通信触发信号输入端相连接，隔离电路的通信时钟信号输出端与数模转换电路的通信时钟信号输入端相连接，隔离电路的第二通信数据输出端与数模转换电路的通信数据输入端相连接，隔离电路的第二通信数据输入端与数模转换电路的通信数据输出端相连接；数模转换电路与第三电阻的一端相连接，第三电阻的另一端与第一运算放大器的同相输入端相连接；第一运算放大器的同相输入端与第四电阻的一端相连接，第四电阻的另一端与第二运算放大器的输出端相连接；第一运算放大器的反相输入端与第二电阻的一端相连接，第二电阻的另一端与第一运算放大器的输出端相连接；第一运算放大器的反相输入端与第一电阻的一端相连接，第一电阻的另一端接地；第一运算放大器的输出端与第五电阻的一端相连接，第五电阻的另一端与第二运算放大器的同相输入端相连接；第二运算放大器的反相输入端与第二运算放大器的输出端相连接；所述电流源电路的电流输出端与第二运算放大器的同相输入端相连接。
本发明还公开了一种电流源电路控制方法，由本发明的电流源电路实现，包括如下步骤：
S1，控制电路的通信数据输出端将通信数据发送给隔离电路的第一通信数据输入端；
S2，控制电路的同步通信触发信号输出端将同步通信触发信号发送给隔离电路的同步通信触发信号输入端；
S3，隔离电路的同步通信触发信号输出端将同步通信触发信号发送给数模转换电路的同步通信触发信号输入端；
S4，数模转换电路接收到同步通信触发信号时，数模转换电路的通信数据输入端接收隔离电路的第二通信数据输出端发送的通信数据；
S5，控制电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输出端将数模转换输出寄存器更新触发信号发送给隔离电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输入端；
S6，隔离电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输出端将数模转换输出寄存器更新触发信号发送给数模转换电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输入端；
S7，数模转换电路接收到数模转换输出寄存器更新触发信号时，输出与当前通信数据对应的模拟值；
S8，电流源电路输出与所述模拟值对应的电流。
本发明的电流源电路及其控制方法，可以输出电流极小、精度极高的电流，广泛适用于各种需要电流小、精度高的电流的场合。
附图说明
图1为本发明的电流源电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的电流源电路及其控制方法。
如图1所示，本发明的电流源电路包括数字电路电源、控制电路、隔离电路、数模转换电路、模拟电路电源、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一运算放大器A1、第二运算放大器A2；数字电路电源与控制电路相连接，为控制电路提供电源；模拟电路电源与隔离电路相连接，为隔离电路提供电源；模拟电路电源与数模转换电路相连接，为数模转换电路提供电源；控制电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输出端与隔离电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输入端相连接，控制电路的复位信号输出端与隔离电路的复位信号输入端相连接，控制电路的同步通信触发信号输出端与隔离电路的同步通信触发信号输入端相连接，控制电路的通信时钟信号输出端与隔离电路的通信时钟信号输入端相连接，控制电路的通信数据输出端与隔离电路的第一通信数据输入端相连接，控制电路的通信数据输入端与隔离电路的第一通信数据输出端相连接；隔离电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输出端与数模转换电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输入端相连接，隔离电路的复位信号输出端与数模转换电路的复位信号输入端相连接，隔离电路的同步通信触发信号输出端与数模转换电路的同步通信触发信号输入端相连接，隔离电路的通信时钟信号输出端与数模转换电路的通信时钟信号输入端相连接，隔离电路的第二通信数据输出端与数模转换电路的通信数据输入端相连接，隔离电路的第二通信数据输入端与数模转换电路的通信数据输出端相连接；数模转换电路与第三电阻的一端相连接，第三电阻的另一端与第一运算放大器的同相输入端相连接；第一运算放大器的同相输入端与第四电阻的一端相连接，第四电阻的另一端与第二运算放大器的输出端相连接；第一运算放大器的反相输入端与第二电阻的一端相连接，第二电阻的另一端与第一运算放大器的输出端相连接；第一运算放大器的反相输入端与第一电阻的一端相连接，第一电阻的另一端接地；第一运算放大器的输出端与第五电阻的一端相连接，第五电阻的另一端与第二运算放大器的同相输入端相连接；第二运算放大器的反相输入端与第二运算放大器的输出端相连接；所述电流源电路的电流输出端与第二运算放大器的同相输入端相连接。
本发明的电流源电路控制方法，由本发明的电流源电路实现，包括如下步骤：
S1，控制电路的通信数据输出端将通信数据发送给隔离电路的第一通信数据输入端；
S2，控制电路的同步通信触发信号输出端将同步通信触发信号发送给隔离电路的同步通信触发信号输入端；
S3，隔离电路的同步通信触发信号输出端将同步通信触发信号发送给数模转换电路的同步通信触发信号输入端；
S4，数模转换电路接收到同步通信触发信号时，数模转换电路的通信数据输入端接收隔离电路的第二通信数据输出端发送的通信数据；
S5，控制电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输出端将数模转换输出寄存器更新触发信号发送给隔离电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输入端；
S6，隔离电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输出端将数模转换输出寄存器更新触发信号发送给数模转换电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输入端；
S7，数模转换电路接收到数模转换输出寄存器更新触发信号时，输出与当前通信数据对应的模拟值；
S8，电流源电路输出与所述模拟值对应的电流。
所述通信数据可以是数字电压值。
所述与通信数据对应的模拟值可以是与数字电压值对应的模拟电压。
所述电流源电路输出与所述模拟值对应的电流的方法如下：
其中，R1为第一电阻的电阻值，R2为第二电阻的电阻值，R3为第三电阻的电阻值，R4为第四电阻的电阻值，R5为第五电阻的电阻值，VP为第一运算放大器同相输入端的电压，VI为数模转换电路输出的与数字电压值对应的模拟电压，Iout为电流源电路输出的与所述模拟值对应的电流。
所述电流源电路还可以包括通信电路，数字电路电源与通信电路相连接，为通信电路提供电源；通信电路与控制电路相连接。
所述步骤S1之前还包括如下步骤：
上位机通过通信电路将通信数据发送给控制电路。
所述通信电路可以是RS485电路。
所述第五电阻可以是一个电阻电路，也可以包括两个以上电阻值不同的带开关的电阻电路，所述开关由继电器控制其开闭状态，所述继电器与控制电路相连接。当需要特定电阻值的第五电阻时，控制电路控制继电器，使相应电阻值的电阻电路的开关处于闭合状态，使其余的电阻电路的开关处于断开状态，这样特定电阻值的电阻电路就成为了所述的电流源电路的第五电阻。

Claims (9)

1.一种电流源电路，其特征在于，包括数字电路电源、控制电路、隔离电路、数模转换电路、模拟电路电源、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一运算放大器、第二运算放大器；数字电路电源与控制电路相连接，为控制电路提供电源；模拟电路电源与隔离电路相连接，为隔离电路提供电源；模拟电路电源与数模转换电路相连接，为数模转换电路提供电源；控制电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输出端与隔离电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输入端相连接，控制电路的复位信号输出端与隔离电路的复位信号输入端相连接，控制电路的同步通信触发信号输出端与隔离电路的同步通信触发信号输入端相连接，控制电路的通信时钟信号输出端与隔离电路的通信时钟信号输入端相连接，控制电路的通信数据输出端与隔离电路的第一通信数据输入端相连接，控制电路的通信数据输入端与隔离电路的第一通信数据输出端相连接；隔离电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输出端与数模转换电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输入端相连接，隔离电路的复位信号输出端与数模转换电路的复位信号输入端相连接，隔离电路的同步通信触发信号输出端与数模转换电路的同步通信触发信号输入端相连接，隔离电路的通信时钟信号输出端与数模转换电路的通信时钟信号输入端相连接，隔离电路的第二通信数据输出端与数模转换电路的通信数据输入端相连接，隔离电路的第二通信数据输入端与数模转换电路的通信数据输出端相连接；数模转换电路与第三电阻的一端相连接，第三电阻的另一端与第一运算放大器的同相输入端相连接；第一运算放大器的同相输入端与第四电阻的一端相连接，第四电阻的另一端与第二运算放大器的输出端相连接；第一运算放大器的反相输入端与第二电阻的一端相连接，第二电阻的另一端与第一运算放大器的输出端相连接；第一运算放大器的反相输入端与第一电阻的一端相连接，第一电阻的另一端接地；第一运算放大器的输出端与第五电阻的一端相连接，第五电阻的另一端与第二运算放大器的同相输入端相连接；第二运算放大器的反相输入端与第二运算放大器的输出端相连接；所述电流源电路的电流输出端与第二运算放大器的同相输入端相连接。
2.如权利要求1所述的电流源电路，其特征在于，所述电流源电路还包括通信电路，所述数字电路电源与所述通信电路相连接，为所述通信电路提供电源；所述通信电路与所述控制电路相连接。
3.如权利要求2所述的电流源电路，其特征在于，所述通信电路可以是RS485电路。
4.如权利要求1所述的电流源电路，其特征在于，所述第五电阻包括两个以上电阻值不同的带开关的电阻电路，所述开关由继电器控制其开闭状态，所述继电器与所述控制电路相连接。
5.一种电流源电路控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，控制电路的通信数据输出端将通信数据发送给隔离电路的第一通信数据输入端；
S2，控制电路的同步通信触发信号输出端将同步通信触发信号发送给隔离电路的同步通信触发信号输入端；
S3，隔离电路的同步通信触发信号输出端将同步通信触发信号发送给数模转换电路的同步通信触发信号输入端；
S4，数模转换电路接收到同步通信触发信号时，数模转换电路的通信数据输入端接收隔离电路的第二通信数据输出端发送的通信数据；
S5，控制电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输出端将数模转换输出寄存器更新触发信号发送给隔离电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输入端；
S6，隔离电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输出端将数模转换输出寄存器更新触发信号发送给数模转换电路的数模转换输出寄存器更新触发信号输入端；
S7，数模转换电路接收到数模转换输出寄存器更新触发信号时，输出与当前通信数据对应的模拟值；
S8，电流源电路输出与所述模拟值对应的电流。
6.如权利要求5所述的电流源电路控制方法，其特征在于，所述通信数据是数字电压值。
7.如权利要求6所述的电流源电路控制方法，其特征在于，所述与通信数据对应的模拟值是与所述数字电压值对应的模拟电压。
8.如权利要求7所述的电流源电路控制方法，其特征在于，所述电流源电路输出与所述模拟值对应的电流的方法为：
<mrow> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </msub> </mfrac> <mo>-</mo> <mfrac> <msub> <mi>R</mi> <mn>4</mn> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mn>3</mn> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>P</mi> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>R</mi> <mn>4</mn> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mn>3</mn> </msub> </mfrac> <msub> <mi>V</mi> <mi>I</mi> </msub> </mrow> <msub> <mi>R</mi> <mn>5</mn> </msub> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
其中，R1为第一电阻的电阻值，R2为第二电阻的电阻值，R3为第三电阻的电阻值，R4为第四电阻的电阻值，R5为第五电阻的电阻值，VP为第一运算放大器同相输入端的电压，VI为数模转换电路输出的与数字电压值对应的模拟电压，Iout为电流源电路输出的与所述模拟值对应的电流。
9.如权利要求1所述的电流源电路控制方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括如下步骤：
上位机通过通信电路将通信数据发送给控制电路。
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