CN111596714A - 一种可配置高精度电流源电路 - Google Patents

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CN111596714A CN202010442214.XA CN202010442214A CN111596714A CN 111596714 A CN111596714 A CN 111596714A CN 202010442214 A CN202010442214 A CN 202010442214A CN 111596714 A CN111596714 A CN 111596714A
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席鹏
陈奎
於二军
秦冲
王永国
王凌伟
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    • 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

本发明提供了一种可配置高精度电流源电路，该电路包括D/A转换器、第一运算放大器OP1、第二运算放大器OP2、开关晶体管V1、场效应管V2、二极管V3，继电器K1、负载电阻R1、负载电阻R2，电阻R3和电路R4；通过继电器切换使得第一运算放大器OP1接入不同的负载电阻，实现了输出电流范围可配置，同时将第二运算放大器设置为高压单电源供电，可大幅提高电流源电路的带载能力。该方法输出电流精度高、范围宽，电路通用性好，扩展性强，可以广泛的应用在机载环控系统，对提升整个飞机全电化具有重要意义。

Description

一种可配置高精度电流源电路
技术领域
本发明涉及一种机载电流源电路，具体涉及一种可配置高精度电流源电路。
背景技术
飞机环控系统种包含大量的引气活门，这些引气活门都需要电流驱动力矩马达来控制活门的开合角度，活门的开合角度和输入控制电流成线性关系，要确保飞机内各舱室空气条件良好，必须实现对力矩电机的精确控制，一般的设计的电流源电路存在如下问题：
1.输出电流源电流值范围一定，不具备在线可配置功能，导致电路不具有通用性；
2.通常，最后一级运放也采用双电源供电，驱动负载受限，只能保持在较小的范围内，不适用于较大负载的情况。
为此，需要开发一种可实现电流源输出范围可在线配置，同时可满足大负载条件下的驱动能力的电流源电路。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种可配置高精度电流源电路，解决了现有电流源电路输出范围不可配置，带载能力较小的问题。
本发明的基本设计原理是：
该电路通过继电器控制切换第一运算放大器OP1负载电阻,改变开关晶体管V1上发射极电流I1与输入电压V1的比例关系，使得输出电流范围可配置；第二运算放大器OP2采用高压运算放大器，并且该运放可采用单电源供电，供电电源设置V+为+28V，V-为AGND,使得输出电流源可以驱动更大的负载。
本发明的具体技术方案如下：
一种可配置高精度电流源电路，包括D/A转换器、第一运算放大器OP1、第二运算放大器OP2、开关晶体管V1、场效应管V2、二极管V3，继电器K1、负载电阻R1、负载电阻R2，电阻R3和电路R4；
D/A转换器的输出端接入第一运算放大器OP1的负端；
第一运算放大器OP1的正端分为两路，一路通过接入继电器的负载端，继电器的常闭端接负载电阻R1后连接到AGND，继电器的常开引端负载电阻R2后连接到AGND，继电器的控制端正端接供电电源，继电器的控制端负端脚接收继电器的常开、常闭指令；
第一运算放大器OP1的正端分另一路连接到开关晶体管V1的发射极，第一运算放大器OP1的输出端连接开关晶体管V1的基极；
第二运算放大器OP2的负端分为两路，一路连接电阻R4的一端，另一路连接场效应管V2的源极，形成负反馈连接；
第二运算放大器OP2的正端分为两路，一路连接电阻R3的一端、另一路连接开关晶体管V1的集电极；
第二运算放大器OP2的输出端连接场效应管V2的栅极；电阻R3、电阻R4直接相连，供电电源通过二极管V3连接到电阻R3、电阻R4的连接点上，场效应管V2的漏极连接对外部输出的接口。
进一步地，所述第二运算放大器OP2采用高压运算放大器，其供电电源设置V+为+28V，V-为0V。
进一步地，与二极管V3连接的供电电源以及与继电器连接的供电电源均为+28V。
进一步地，负载电阻R1、R2以及电阻R3、R4的精度均为0.1％。
进一步地，所述继电器为电磁继电器。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的电流源电路采用开关晶体管、第一运算放大器、第二运算放大器、继电器、场效应管和二极管组成，通过继电器切换使第一运算放大器接入不同的负载电阻，从而实现了输出电流范围可配置。
2、本发明的第二运算放大器为高压运算放大器，并设置为单电源供电，可大幅提高电流源电路的带载能力。
3、本发明的电流源电路输出电流精度高、范围宽，电路通用性好，扩展性强，可以广泛的应用在机载环控系统力矩马达控制领域，对提升整个飞机全电化具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参见图1，一种可配置高精度电流源电路，包括D/A转换器、第一运算放大器OP1、第二运算放大器OP2、开关晶体管V1、场效应管V2、二极管V3，继电器K1、负载电阻R1、负载电阻R2，电阻R3和电路R4；
具体连接关系如下：
D/A转换器的输出端接入第一运算放大器OP1的负端，该点电压为U1-；第一运算放大器OP1的正端分为两路，该点电压为U1+，一路通过接入继电器的负载端(引脚1)，继电器的常闭端(引脚3)通过负载电阻R1后连接到AGND，继电器的常开端(引脚2)接电阻R2后连接到AGND，继电器的控制端正端(引脚4)接+28V电源，继电器的控制端负端(引脚8)接收配置指令，该配置指令为地/开信号，即控制继电器进行常开、常闭切换；
第一运算放大器OP1的正端分另一路连接到开关晶体管V1的发射极，第一运算放大器OP1的输出端连接开关晶体管V1的基极，形成负反馈连接，使得U1+＝U1-；
当继电器的控制端负端(引脚8)输入信号为“开”信号时，此时继电器不动作，此时继电器处于常闭状态(触脚1和3闭合)，负载电阻R1(2.5KΩ，精度为0.1％)接入电路，进而I1＝U1+/R1＝U1-/R1，此时配置电流源输出范围为0～200mA；
当继电器的控制端负端(引脚8)输入信号为“地”信号时，继电器动作并切换至常开状态(触脚1和2闭合)，负载电阻R2(500Ω，精度为0.1％)接入电路，进而I1＝U1+/R2＝U1-/R2，此时配置电流源输出范围为0～500mA。
第二高压运算放大器OP2采用高压运算放大器，其供电电源设置V+为+28V，V-为0V，第二运算放大器OP2的负端分为两路，一路连接电阻R4的一端，另一路连接场效应管V2的源极，形成负反馈连接，并产生电压U2-；
第二运算放大器OP2的正端分为两路，一路连接电阻R3的一端、另一路连接开关晶体管V1的集电极；
第二运算放大器OP2的输出端连接场效应管V2的栅极；电阻R3、电阻R4直接相连，+28V电源通过二极管V3连接到电阻R3(500Ω，精度为0.1％)、电阻R4(10Ω，精度为0.1％)的连接点上，场效应管V2的漏极连接对外部输出的接口。
由第二运算放大器OP2、场效应管V2共同形成的负反馈电路，使得U2+＝U2-，可知电阻R3和电阻R4上的分压是相等的，所以通过电阻R3和电阻R4的电流之比为电R3和电R4电阻值的反比，即I3:I2＝R3:R4。由于I1和I2在同一条回路上，所以I1＝I2。
+28V电源通过二极管V3连接到电阻R3、电阻R4的连接点上，此供电电压可以保证该电路驱动较大的负载，同时由于第二运算放大器OP2采用单电源+28V系统供电,同时二极管V3的电压降(0.7V)使得第二运算放大器OP2正负端输入电压不超过27.3V,确保OP2一直工作在稳定的线性区。对于200mA的输出电流范围，可驱动的负载可以达到120Ω，对于500mA的输出电流范围，可驱动的负载可以达到40Ω。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种可配置高精度电流源电路，其特征在于：包括D/A转换器、第一运算放大器OP1、第二运算放大器OP2、开关晶体管V1、场效应管V2、二极管V3，继电器K1、负载电阻R1、负载电阻R2，电阻R3和电路R4；
D/A转换器的输出端接入第一运算放大器OP1的负端；
第一运算放大器OP1的正端分为两路，一路通过接入继电器的负载端，继电器的常闭端接负载电阻R1后连接到AGND，继电器的常开端接负载电阻R2后连接到AGND，继电器的控制端正端接供电电源，继电器的控制端负端接收继电器的常开、常闭指令；
第一运算放大器OP1的正端分另一路连接到开关晶体管V1的发射极，第一运算放大器OP1的输出端连接开关晶体管V1的基极；
第二运算放大器OP2的负端分为两路，一路连接电阻R4的一端，另一路连接场效应管V2的源极，形成负反馈连接；
第二运算放大器OP2的正端分为两路，一路连接电阻R3的一端、另一路连接开关晶体管V1的集电极；
第二运算放大器OP2的输出端连接场效应管V2的栅极；电阻R3、电阻R4直接相连，供电电源通过二极管V3连接到电阻R3、电阻R4的连接点上，场效应管V2的漏极连接对外部输出的接口。
2.根据权利要求1所述的可配置高精度电流源电路，其特征在于：所述第二运算放大器OP2采用高压运算放大器，其供电电源设置V+为+28V，V-为0V。
3.根据权利要求1所述的可配置高精度电流源电路，其特征在于：与二极管V3连接的供电电源以及与继电器连接的供电电源均为+28V。
4.根据权利要求1所述的可配置高精度电流源电路，其特征在于：负载电阻R1、R2以及电阻R3、R4的精度均为0.1％。
5.根据权利要求1所述的可配置高精度电流源电路，其特征在于：所述继电器为电磁继电器。
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