CN112000165A - 一种具有高压输出能力的分级可调的恒流源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有高压输出能力的分级可调的恒流源，包括光耦器件排阻RX1、隔离开关组、恒流源电路、电压基准电路和负载RL，隔离开关组中至少设有一个隔离开关，每个隔离开关中均串联一个电阻，每个隔离开关中均配置有调节电流流通的C端和E端，光耦器件排阻RX1分别与每个隔离开关连接，恒流源电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、稳压二极管Z1和双极晶体管Q1组成，恒流源电路与电压基准电路并联连接，电压基准电路包括电阻R6、电阻R7和双极晶体管Q2。本发明中双极晶体管Q1的偏置中，并联有以双极晶体管Q2或稳压集成电路IC1为核心的电压基准电路，在一定范围内，不同的电压基准，控制双极晶体管Q1为负载RL提供设定的恒定电流。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种具有高压输出能力的分级可调的恒流源。
背景技术
在需求得到多路独立的可设定电流的高电压小电流的恒流源，尤其是脉冲形式的高电压小电流恒流源时，发现并没有特别适合的电路可以使用。作为设备，有专用的仪器能提供，但只能提供单路电流源且成本高。能获知的，最多的是利用稳压源转化构成的，基本上都运用在50～60V以下，难以有超过200V下稳定提供2～100mA的电流，现有电力电子技术上也没有较低成本的适用电路。
本发明结合需要能精确调节，且要求在2～100mA的较宽的电流范围内，能够精确调节恒定电流的需求，设计开发，最后验证了将要提到的电路，能够在400V，甚至600V的直流供电下，提供2～100mA的恒定电流，需要的恒定电流可以通过电流相互隔离的光电耦合器件，用数字方式方式进行调节。电路中增加旁路的开关后，实际上还能够提供上千赫兹的脉冲恒流输出能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高压输出能力的分级可调的恒流源，以解决上述背景技术中遇到的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种具有高压输出能力的分级可调的恒流源，包括光耦器件排阻RX1、隔离开关组、恒流源电路、电压基准电路和负载RL，所述隔离开关组中至少设有一个隔离开关，每个所述隔离开关中均串联一个电阻，每个所述隔离开关中均配置有调节电流流通的C端和E端，所述光耦器件排阻RX1分别与每个所述隔离开关连接，所述恒流源电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、稳压二极管Z1和双极晶体管Q1组成，所述电阻R2为旁路泄放电阻，所述双极晶体管Q1的基极与电阻R2串联后连接电源正极VCC端，所述双极晶体管Q1的集电极与负载RL串联后连接电源负极GND端，所述双极晶体管Q1的发射极串联稳压二极管Z1和电阻R1后连接电源正极VCC端，所述恒流源电路与电压基准电路并联连接，所述电压基准电路包括电阻R6、电阻R7和双极晶体管Q2，所述双极晶体管Q2的基极与隔离开关组的输出端连接，所述双极晶体管Q2的发射极通过串联电阻R3与电源负极GND端连接，所述双极晶体管Q2的集电极与电源正极VCC端连接，所述电阻R6分别与双极晶体管Q1的基极和双极晶体管Q2的基极连接，所述电阻R7一端与双极晶体管Q2的基极连接，所述电阻R7另一端与电源正极VCC端连接，所述电阻R7并联有电阻R8，所述电阻R8与隔离开关组串联。
上述方案中，所述双极晶体管Q2为NPN型三极管或PNP型三极管中的任意一种。
上述方案中，所述双极晶体管Q2采用稳压集成电路IC1代替，所述稳压集成电路IC1的参考极通过串联电阻R8与隔离开关组的输出端连接，所述稳压集成电路IC1的阳极通过串联电阻R3与电源负极GND端连接，所述稳压集成电路IC1的阴极与电源正极VCC端连接。
上述方案中，所述隔离开关组包括隔离开关O1、隔离开关O2、隔离开关O3、隔离开关O4、隔离开关O5和隔离开关O6，所述隔离开关O1的输出端连接有电阻R9,所述隔离开关O2的输出端连接有电阻R10,所述隔离开关O3的输出端连接有电阻R11,所述隔离开关O4的输出端连接有电阻R12,所述隔离开关O5的输出端连接有电阻R13,所述隔离开关O6的输出端连接有电阻R14,所述隔离开关O1的输出端与电阻R8串联，所述隔离开关O1依次与隔离开关O2、隔离开关O3、隔离开关O4、隔离开关O5和隔离开关O6串联连接，所述隔离开关O6的输出端与电源正极VCC端连接。
上述方案中，所述隔离开关O1依次与隔离开关O2、隔离开关O3、隔离开关O4、隔离开关O5和隔离开关O6并联连接。
上述方案中，所述电压基准电路还包括电阻R4，所述电阻R4一端与双极晶体管Q2的集电极连接，所述电阻R4另一端与电源正极VCC端连接。
上述方案中，所述电阻R3与电源负极GND端之间连接有三极管Q3，所述三极管Q3的集电极与电阻R3连接，所述三极管Q3的发射极与电源负极GND端连接，所述三极管Q3的基极通过电阻R4与输入许可线的端口连接。
上述方案中，所述三极管Q3的发射极与电源负极GND端之间并联有电阻R15。
上述方案中，所述隔离开关为数字电位器、数字开关中的任意一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、负载RL中的恒流控制由双极晶体管Q1负责，电阻R1、电阻R2、电阻R3和稳压二极管Z1为双极晶体管Q1提供基本偏置，共同组成恒流源。电阻R2为旁路泄放电阻，使得恒流值能够从较小的值开始设定。双极晶体管Q1的偏置中，并联有以双极晶体管Q2或稳压集成电路IC1为核心的电压基准电路，在一定范围内，不同的电压基准，控制双极晶体管Q1为负载RL提供设定的恒定电流。
2、隔离开关组中的每个隔离开关，通过其是否允许电流流通改变其C端电阻和E端电阻的分压作用，通过与电阻R7并联后的组合参数，最终将改变双极晶体管Q2或稳压集成电路IC1组成的电压基准的电压值，进一步控制恒流电源的恒流设定值。
3、如果需要关闭输出，或者工作于开关状态时，可以在电阻R3上串入一个三极管Q3，选用合适的双极晶体管Q1和三极管Q3，本电路能用于500V以上，电流值范围在1～1000mA以上的高压恒流源。
综上所述，本发明解决了当前没有低成本高可靠的此类电路的运用需求，本电路在实际应用时可用于中医脉冲治疗的离子导入设备中。本发明能够在400V，甚至600V的直流供电下，提供2～100mA的恒定电流，需要的恒定电流可以通过电流相互隔离的光电耦合器件，用数字方式方式进行调节。电路中增加旁路的开关后，实际上还能够提供上千赫兹的脉冲恒流输出能力，即每秒几千次的输出，而每次输出都能够提供相同的恒定电流。
附图说明
图1为本发明实施例1的整体结构电路图；
图2为本发明实施例2的整体结构电路图；
图3为本发明实施例3的整体结构电路图；
图4为本发明实施例4的整体结构电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
实施例1，如图1所示，一种具有高压输出能力的分级可调的恒流源，包括光耦器件排阻RX1、隔离开关组、恒流源电路、电压基准电路和负载RL，隔离开关组中至少设有一个隔离开关，每个隔离开关中均串联一个电阻，每个隔离开关中均配置有调节电流流通的C端和E端，光耦器件排阻RX1分别与每个隔离开关连接。
隔离开关组包括隔离开关O1、隔离开关O2、隔离开关O3、隔离开关O4、隔离开关O5和隔离开关O6，隔离开关O1的输出端连接有电阻R9,隔离开关O2的输出端连接有电阻R10,隔离开关O3的输出端连接有电阻R11,隔离开关O4的输出端连接有电阻R12,隔离开关O5的输出端连接有电阻R13,隔离开关O6的输出端连接有电阻R14,隔离开关O1的输出端与电阻R8串联，隔离开关O1依次与隔离开关O2、隔离开关O3、隔离开关O4、隔离开关O5和隔离开关O6串联连接，隔离开关O6的输出端与电源正极VCC端连接。
恒流源电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、稳压二极管Z1和双极晶体管Q1组成，电阻R2为双极晶体管Q1基极回路的旁路泄放电阻，用于防止基极回路中可能的，包括由于本身灵敏度以及干扰造成的双极晶体管Q1的误导通，能够使得恒流值从较小的值开始设定。双极晶体管Q1的基极与电阻R2串联后连接电源正极VCC端，双极晶体管Q1的集电极与负载RL串联后连接电源负极GND端，双极晶体管Q1的发射极串联稳压二极管Z1和电阻R1后连接电源正极VCC端，恒流源电路与电压基准电路并联连接。
电压基准电路包括电阻R6、电阻R7和双极晶体管Q2，双极晶体管Q2的基极与隔离开关组的输出端连接，双极晶体管Q2的发射极通过串联电阻R3与电源负极GND端连接，双极晶体管Q2的集电极与电源正极VCC端连接，电阻R6分别与双极晶体管Q1的基极和双极晶体管Q2的基极连接，电阻R7一端与双极晶体管Q2的基极连接，电阻R7另一端与电源正极VCC端连接，电阻R7并联有电阻R8，电阻R8与隔离开关组串联。
作为一种优选的方案，双极晶体管Q2为NPN型三极管或PNP型三极管中的任意一种。
作为一种优选的方案，电压基准电路还包括电阻R4，电阻R4一端与双极晶体管Q2的集电极连接，电阻R4另一端与电源正极VCC端连接。电阻R4的存在会降低电压基准的性能，但电阻R4能够保护双极晶体管Q2，并改善隔离开关组的线性。
作为一种优选的方案，隔离开关为数字电位器或数字开关中的任意一种。
在本实施例中，负载RL中的恒流控制由双极晶体管Q1负责，电阻R1、电阻R2、电阻R3和稳压二极管Z1为双极晶体管Q1提供基本偏置，共同组成恒流源。电阻R2为旁路泄放电阻，使得恒流值能够从较小的值开始设定。双极晶体管Q1的偏置中，并联有以双极晶体管Q2为核心的电压基准电路，在一定范围内，不同的电压基准，控制双极晶体管Q1为负载RL提供设定的恒定电流。
稳压过程：因电阻R6两端的电压UR6基本固定(为发射极电压，0.6V左右)，因此，如果有某种原因使得电阻R2两端电压UR2升高，则电阻R7两端的电压UR7也将升高，导致双极晶体管Q2的基极电流和集电极电流IQ2增加，而IQ2对电阻R2中的电流有分流作用，最终流经电阻R2中的电流减小，电阻R2两端电压UR2减小。
隔离开关组中的每个隔离开关，通过其是否允许电流流通改变其C端电阻和E端电阻的分压作用，通过与电阻R7并联后的组合参数，最终将改变双极晶体管Q2组成的电压基准的电压值，进一步控制恒流电源的恒流设定值。
采用图1所示的电路图，该电路在实际应用中能用于从直流到几千赫兹的脉冲输出情况，即每秒几千次的输出，而每次输出都能够提供相同的恒定电流。
实施例2，上述实施例1的电路为基本电路，恒流的负载调整性能不够好，电路的离散性也较大，为提高电路性能，电压基准实际可以使用稳压集成芯片，电路图如图2所示。
与实施例1不同的是：双极晶体管Q2采用稳压集成电路IC1代替。稳压集成电路IC1的参考极通过串联电阻R8与隔离开关组的输出端连接，稳压集成电路IC1的阳极通过串联电阻R3与电源负极GND端连接，稳压集成电路IC1的阴极与电源正极VCC端连接。
在图2中，恒流控制由双极晶体管Q1负责，稳压集成电路IC1，电阻R3、电阻R1和稳压二极管Z1为双极晶体管Q1提供偏置，共同组成恒流源。电阻R2为旁路泄放电阻，电阻R8和电阻R9～R14为稳压集成电路提供电压配置。隔离开关O1～Q6组成隔离开关组通过其是否允许电流流通改变其C端电阻和E端电阻的分压作用，最终影响稳压集成电路IC1的稳压值，进一步控制恒流电源的恒流设定值。
在本实施例中，R7用于防止R9～R14开路时容易引起的器件损坏，并与R8一起用于改善R9～RF14配置中的线性。
采用图2所示的电路，实践证明，该电路能用于从直流到几百赫兹的脉冲恒流输出。
实施例3，在上述图1和图2所示的电路中，数字化分段调整依靠电阻R9～R14以及隔离开关O1～O6的开关实现，属于串联电路，任何一个电阻开路了，虽然有电阻R7的存在，但还是会对整个电路造成严重的影响。
如果需要具有较高可靠性的场合，电阻R9～R14的电阻网络也可以采用并联方式，电路图如图3所示，与实施例2不同之处是将隔离开关O1依次与隔离开关O2、隔离开关O3、隔离开关O4、隔离开关O5和隔离开关O6并联连接。在本实施例中，该电路所采用的工作原理与技术效果同实施例2一样，在此不再复述。
实施例4，实际运用中，如果需要关闭输出，或者工作于脉冲恒流输出时，可以在电阻R3上串入一个三极管Q3，如图4所示。
在该电路中，电阻R3与电源负极GND端之间连接有三极管Q3，三极管Q3的集电极与电阻R3连接，三极管Q3的发射极与电源负极GND端连接，三极管Q3的基极通过电阻R4与输出许可线的端口连接。
作为一种优选的方案，将三极管Q3的发射极与电源负极GND端之间并联有电阻R15，采用电阻R15用于提高双极晶体管Q2的抗静电和干扰性能。
在本实施例中，当“输出许可”端没有电压信号时，三极管Q3截止，双极晶体管Q1得不到偏置就没有输出，而“输出许可”端有足够的电压信号时，三极管Q3导通，电路进入正常工作状态，工作过程同实施2一样。
采用图4所示的电路，选用合适的双极晶体管Q1和三极管Q3，本电路能用于500V以上，电流值范围在1～1000mA以上的高压恒流源。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，并不用于限定本发明保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种具有高压输出能力的分级可调的恒流源，其特征在于：包括光耦器件排阻RX1、隔离开关组、恒流源电路、电压基准电路和负载RL，所述隔离开关组中至少设有一个隔离开关，每个所述隔离开关中均串联一个电阻，每个所述隔离开关中均配置有调节电流流通的C端和E端，所述光耦器件排阻RX1分别与每个所述隔离开关连接，所述恒流源电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、稳压二极管Z1和双极晶体管Q1组成，所述电阻R2为旁路泄放电阻，所述双极晶体管Q1的基极与电阻R2串联后连接电源正极VCC端，所述双极晶体管Q1的集电极与负载RL串联后连接电源负极GND端，所述双极晶体管Q1的发射极串联稳压二极管Z1和电阻R1后连接电源正极VCC端，所述恒流源电路与电压基准电路并联连接，所述电压基准电路包括电阻R6、电阻R7和双极晶体管Q2，所述双极晶体管Q2的基极与隔离开关组的输出端连接，所述双极晶体管Q2的发射极通过串联电阻R3与电源负极GND端连接，所述双极晶体管Q2的集电极与电源正极VCC端连接，所述电阻R6分别与双极晶体管Q1的基极和双极晶体管Q2的基极连接，所述电阻R7一端与双极晶体管Q2的基极连接，所述电阻R7另一端与电源正极VCC端连接，所述电阻R7并联有电阻R8，所述电阻R8与隔离开关组串联。
2.根据权利要求1所述的一种具有高压输出能力的分级可调的恒流源，其特征在于：所述双极晶体管Q2为NPN型三极管或PNP型三极管中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种具有高压输出能力的分级可调的恒流源，其特征在于：所述双极晶体管Q2采用稳压集成电路IC1代替，所述稳压集成电路IC1的参考极通过串联电阻R8与隔离开关组的输出端连接，所述稳压集成电路IC1的阳极通过串联电阻R3与电源负极GND端连接，所述稳压集成电路IC1的阴极与电源正极VCC端连接。
4.根据权利要求1所述的一种具有高压输出能力的分级可调的恒流源，其特征在于：所述隔离开关组包括隔离开关O1、隔离开关O2、隔离开关O3、隔离开关O4、隔离开关O5和隔离开关O6，所述隔离开关O1的输出端连接有电阻R9,所述隔离开关O2的输出端连接有电阻R10,所述隔离开关O3的输出端连接有电阻R11,所述隔离开关O4的输出端连接有电阻R12,所述隔离开关O5的输出端连接有电阻R13,所述隔离开关O6的输出端连接有电阻R14,所述隔离开关O1的输出端与电阻R8串联，所述隔离开关O1依次与隔离开关O2、隔离开关O3、隔离开关O4、隔离开关O5和隔离开关O6串联连接，所述隔离开关O6的输出端与电源正极VCC端连接。
5.根据权利要求4所述的一种具有高压输出能力的分级可调的恒流源，其特征在于：所述隔离开关O1依次与隔离开关O2、隔离开关O3、隔离开关O4、隔离开关O5和隔离开关O6并联连接。
6.根据权利要求1所述的一种具有高压输出能力的分级可调的恒流源，其特征在于：所述电压基准电路还包括电阻R4，所述电阻R4一端与双极晶体管Q2的集电极连接，所述电阻R4另一端与电源正极VCC端连接。
7.根据权利要求1所述的一种具有高压输出能力的分级可调的恒流源，其特征在于：所述电阻R3与电源负极GND端之间连接有三极管Q3，所述三极管Q3的集电极与电阻R3连接，所述三极管Q3的发射极与电源负极GND端连接，所述三极管Q3的基极通过电阻R4与输入许可线的端口连接。
8.根据权利要求7所述的一种具有高压输出能力的分级可调的恒流源，其特征在于：所述三极管Q3的发射极与电源负极GND端之间并联有电阻R15。
9.根据权利要求1所述的一种具有高压输出能力的分级可调的恒流源，其特征在于：所述隔离开关为数字电位器、数字开关中的任意一种。
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