CN110096090A - 一种恒流源 - Google Patents

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张东来
查达润
王磊
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    • 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

本发明提供了一种恒流源，包括开关部分模块、线性部分模块和主控部分模块，所述主控部分模块分别与所述开关部分模块、线性部分模块连接，所述线性部分模块包括DAC电路和线性调整管电路，所述线性部分模块通过所述线性调整管电路与所述开关部分模块连接，所述主控部分模块一方面作为所述开关部分模块的闭环控制器，事先将输出电流I o分档，工作时实时监控输出电流，并根据电流大小控制所述开关部分模块，对所述线性部分模块中线性调整管电路的漏源电压进行分级调节。本发明的有益效果是：对于电流变化范围较宽的场合，可以在全范围内降低功耗，提高效率，简化温控平台的设计，同时能够提高恒流源的动态响应。

Description

一种恒流源
技术领域
本发明涉及恒流源，尤其涉及一种更高效且能满足高稳定度和高动态响应的恒流源。
背景技术
恒流源由于几乎不受电源电压的波动和负载电阻的变化所影响，始终保持输出电流稳定的特点，广泛用于LED照明驱动等民用场合以及磁场发生、各种精密测量和仪器标定等领域。小功率恒流源由于功耗小，可以实现较高的稳定度，随着输出功率的增加，恒流源功耗随之增大，不仅导致系统效率低下，而且需要设计复杂的散热结构。专利CN 102723868B描述的恒流源，通过上电初始化时检测负载电阻值，从而设定额定电流下开关电源的输出电压，实质上没有直接控制线性调整管的压降，功耗依然较大；专利CN 100383692 C描述的恒流源，控制线性调整管的压降使其保持恒定，当电流变化范围较宽时，不能对管压降实时调节，功耗仍然较大。针对这种情况，有必要设计一种更高效且能满足高稳定度和高动态响应的恒流源。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种更高效且能满足高稳定度和高动态响应的恒流源。
本发明提供了一种恒流源，包括开关部分模块、线性部分模块和主控部分模块，所述主控部分模块分别与所述开关部分模块、线性部分模块连接，所述线性部分模块包括DAC电路和线性调整管电路，所述线性部分模块通过所述线性调整管电路与所述开关部分模块连接，所述主控部分模块一方面作为所述开关部分模块的闭环控制器，事先将输出电流Io分档，工作时实时监控输出电流，并根据电流大小控制所述开关部分模块，对所述线性部分模块中线性调整管电路的漏源电压进行分级调节，确保在输出电流的全范围内，线性调整管电路的功耗被控制在预定范围内；另一方面通过控制所述线性部分模块中的DAC电路，实现输出电流的在线调节。
作为本发明的进一步改进，所述线性部分模块还包括补偿器电路、电流采样放大电路、线性驱动电路，所述主控部分模块包括主控制器和ADC电路，所述主控制器与所述ADC电路连接，所述电流采样放大电路的输入端连接所述线性调整管电路的源极，所述电流采样放大电路的输出端分别与补偿器电路的反相端、主控部分模块中ADC电路相连；所述DAC电路的一端与所述主控部分模块中主控制器相连，另一端与所述补偿器电路的同相端相连；所述补偿器电路的输出端与所述线性驱动电路相连；所述线性调整管电路的栅极与所述线性驱动电路的输出端相连，所述线性调整管电路的漏极与负载的一端相连。
作为本发明的进一步改进，所述开关部分模块包括DC-DC变换器电路、开关驱动电路和电压反馈电路，所述电压反馈电路的输入端与所述线性部分模块中线性调整管电路的漏极相连，所述电压反馈电路的输出端与所述主控部分模块中主控制器相连；所述开关驱动电路的输入端和所述主控部分模块中主控制器相连，所述开关驱动电路的输出端与所述DC-DC变换器电路相连；所述DC-DC变换器电路有一端与恒流源的输入电源Vin相连，还有一端与负载相连。
作为本发明的进一步改进，所述电压反馈电路反馈所述线性调整管电路的漏极电位。
作为本发明的进一步改进，所述电流采样放大电路首先对输出电流Io进行采样，再对采样输出信号进行放大处理。
作为本发明的进一步改进，所述线性驱动电路主要用于对补偿器电路的输出电流进行放大处理，再驱动线性调整管电路的栅极。
作为本发明的进一步改进，所述线性调整管电路工作在线性区，相当于一个压控电流源，由栅极电压控制输出电流的大小。
本发明的有益效果是：通过上述方案，对于电流变化范围较宽的场合，可以在全范围内降低功耗，提高效率，简化温控平台的设计，同时能够提高恒流源的动态响应。
附图说明
图1是本发明一种恒流源的示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种恒流源，包括开关部分模块100、线性部分模块200和主控部分模块300。所述主控部分模块300一方面作为所述开关部分模块100的闭环控制器，事先将输出电流Io分档，工作时实时监控输出电流Io，并根据电流大小控制所述开关部分模块100，对所述线性部分模块中线性调整管电路205的漏源电压Vds进行分级调节，确保在输出电流的全范围内，线性调整管电路205的功耗被控制在预定范围内；另一方面通过控制所述线性部分模块中的DAC电路201，实现输出电流的在线调节。比如输出电流范围为0～3A，可以分为三档：(0，1A]、(1A，2A]、(2A，3A]。假设线性驱动电路204的输出电压Vgs≤12V，Io＝(0，1A]时，线性调整管电路205工作在线性区的条件是：栅源电压Vgs≥4.4V，漏源电压Vds≥0.4V，则考虑一定的裕量，当工作时主控部分模块300检测到Io＝(0，1A]时，通过控制所述开关部分模块100，将线性调整管电路205的漏源电压Vds严格控制在0.5V；假设Io＝(1A，2A]时，线性调整管电路205工作在线性区的条件是：栅源电压Vgs≥4.8V，漏源电压Vds≥0.8V，则考虑一定的裕量，当工作时主控部分模块300检测到Io＝(1A，2A]时，通过控制所述开关部分模块100，将线性调整管电路205的漏源电压Vds严格控制在1.0V；假设Io＝(2A，3A]时，线性调整管电路205工作在线性区的条件是：栅源电压Vgs≥5.3V，漏源电压Vds≥1.3V，则考虑一定的裕量，当工作时主控部分模块300检测到Io＝(2A，3A]时，通过控制所述开关部分模块100，将线性调整管电路205的漏源电压Vds严格控制在1.5V。
所述开关部分模块100包括DC-DC变换器电路101、开关驱动电路102和电压反馈电路103。电压反馈电路103的输入端与所述线性部分模块中线性调整管电路205的漏极相连，电压反馈电路103的输出端与所述主控部分模块中主控制器301相连；开关驱动电路102一端和所述主控部分模块中主控制器301相连，另一端和DC-DC变换器电路101相连；DC-DC变换器电路101有一端与恒流源的输入电源Vin相连，还有一端与负载400相连。
所述线性部分模块200包括DAC电路201、补偿器电路202、电流采样放大电路203、线性驱动电路204和线性调整管电路205。电流采样放大电路203的输入端连接线性调整管电路205的源极，电流采样放大电路203的输出端同时与补偿器电路202的反相端和所述主控部分模块中ADC电路302相连；DAC电路201的一端与所述主控部分模块中主控制器301相连，另一端与补偿器电路202的同相端相连；补偿器电路202的输出端与线性驱动电路204相连；线性调整管电路205的栅极与线性驱动电路204的输出相连，漏极与负载的一端相连。
所述主控部分模块300包括主控制器电路301和ADC电路302，主控制器电路301的一端和ADC电路302的一端相连。
所述DC-DC变换器电路101实现直流到直流的变换，不指定具体变换器类型，可以是非隔离型DC-DC变换器，也可以是隔离型DC-DC变换器；所述电压反馈电路103反馈线性调整管电路205的漏极电位，不指定具体电压反馈方式，可以是非隔离型，也可以是隔离型。
所述电流采样放大电路203首先对输出电流Io进行采样，再对采样输出信号进行放大处理，不指定具体采样实施方式，可以是接触式电阻采样，也可以是非接触式霍尔或者磁通门采样。
所述线性驱动电路204主要用于对补偿器电路202的输出电流进行放大处理，再驱动线性调整管电路205的栅极，不指定驱动电路的具体实施方式，可以是集成式芯片，也可以由分立器件构成。
所述线性调整管电路205工作在线性区，相当于一个压控电流源，由栅极电压控制输出电流的大小，不指定调整管电路的具体实施方式，可以是单个MOS管，也可以由多个MOS管并联构成。
所述主控制器电路301不指定具体实施方式，可以是单片机，DSP或者其它的数字控制器。
本发明提供的一种恒流源，可以根据输出电流的大小对线性调整管电路205的压降进行分级调节，即使电流变化范围很宽，也能在全范围内降低线性部分的功耗，简化温控平台的设计；同时在线性部分的补偿器电路202和线性调整管电路205之间增加了线性驱动电路204，可以提高输出电流的动态响应，因此本发明对大功率、高精度、高稳定度且对动态性能有要求的恒流源的研制具有重要的意义。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种恒流源，其特征在于：包括开关部分模块、线性部分模块和主控部分模块，所述主控部分模块分别与所述开关部分模块、线性部分模块连接，所述线性部分模块包括DAC电路和线性调整管电路，所述线性部分模块通过所述线性调整管电路与所述开关部分模块连接，所述主控部分模块一方面作为所述开关部分模块的闭环控制器，事先将输出电流Io分档，工作时实时监控输出电流，并根据电流大小控制所述开关部分模块，对所述线性部分模块中线性调整管电路的漏源电压进行分级调节，确保在输出电流的全范围内，线性调整管电路的功耗被控制在预定范围内；另一方面通过控制所述线性部分模块中的DAC电路，实现输出电流的在线调节。
2.根据权利要求1所述的恒流源，其特征在于：所述线性部分模块还包括补偿器电路、电流采样放大电路、线性驱动电路，所述主控部分模块包括主控制器和ADC电路，所述主控制器与所述ADC电路连接，所述电流采样放大电路的输入端连接所述线性调整管电路的源极，所述电流采样放大电路的输出端分别与补偿器电路的反相端、主控部分模块中ADC电路相连；所述DAC电路的一端与所述主控部分模块中主控制器相连，另一端与所述补偿器电路的同相端相连；所述补偿器电路的输出端与所述线性驱动电路相连；所述线性调整管电路的栅极与所述线性驱动电路的输出端相连，所述线性调整管电路的漏极与负载的一端相连。
3.根据权利要求2所述的恒流源，其特征在于：所述开关部分模块包括DC-DC变换器电路、开关驱动电路和电压反馈电路，所述电压反馈电路的输入端与所述线性部分模块中线性调整管电路的漏极相连，所述电压反馈电路的输出端与所述主控部分模块中主控制器相连；所述开关驱动电路的输入端和所述主控部分模块中主控制器相连，所述开关驱动电路的输出端与所述DC-DC变换器电路相连；所述DC-DC变换器电路有一端与恒流源的输入电源Vin相连，还有一端与负载相连。
4.根据权利要求3所述的恒流源，其特征在于：所述电压反馈电路反馈所述线性调整管电路的漏极电位。
5.根据权利要求3所述的恒流源，其特征在于：所述电流采样放大电路首先对输出电流Io进行采样，再对采样输出信号进行放大处理。
6.根据权利要求3所述的恒流源，其特征在于：所述线性驱动电路主要用于对补偿器电路的输出电流进行放大处理，再驱动线性调整管电路的栅极。
7.根据权利要求3所述的恒流源，其特征在于：所述线性调整管电路工作在线性区，相当于一个压控电流源，由栅极电压控制输出电流的大小。
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