CN112134457A - 一种基于运算放大器实现pwm调制的恒流源电路 - Google Patents

一种基于运算放大器实现pwm调制的恒流源电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路，包括供电主电路和控制电路；所述供电主电路包括主电源和采样电阻，所述主电源和采样电阻依次相连并与负载串联；所述控制电路包括用于对采样电阻的电压或/和电流进行采样的采样单元、第一运算放大器N1、MOS管V1和目标电压给定单元，所述采样单元的输入端连接所述采样电阻，所述采样单元的输出端连接至第一运算放大器N1的输入负端，所述目标电压给定单元与所述第一运算放大器N1的输入正端相连，用于提供目标电压；所述第一运算放大器N1的输出端与所述MOS管V1的栅极相连，所述MOS管V1串联于所述供电主电路中。本发明的恒流源电路具有结构简单可靠、成本低、可调范围大等优点。

Description

一种基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路
技术领域
本发明主要涉及恒流源电路技术领域，特指一种基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路。
背景技术
目前恒流源电路设计一般采用专用的电源芯片或者数字电路来实现，对于高端应用场合还是比较理想的。但对于一些低成本需求的场合，只需要产生恒流源的应用需求(企业或学样中需要用于恒流源装置产生1-10A可调的电流输出，如接触器寿命测试)，数字化控制芯片需要额外的电源和复杂的隔离方式，电路复杂、成本比较高，无法满足一些企业或学校的低成本需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单可靠、成本低的基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路，包括供电主电路和控制电路；所述供电主电路包括主电源和采样电阻，所述主电源和采样电阻依次相连并与负载串联；所述控制电路包括用于对采样电阻的电压或/和电流进行采样的采样单元、第一运算放大器N1、MOS管V1和目标电压给定单元，所述采样单元的输入端连接所述采样电阻，所述采样单元的输出端连接至第一运算放大器N1的输入负端，所述目标电压给定单元与所述第一运算放大器N1的输入正端相连，用于提供目标电压；所述第一运算放大器N1的输出端与所述MOS管V1的栅极相连，所述MOS管V1串联于所述供电主电路中。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述目标电压给定单元包括电源模块、电压基准模块和可调电位器；所述电源模块、电压基准模块和可调电位器依次连接，所述可调电位器的输出端连接至第一运算放大器N1的输入正端。
还包括过流保护电路，所述过流保护电路包括运算放大电路、第二运算放大器N2和MOS管V2，所述运算放大电路的输入端与所述采样单元的输出端相连，所述运算放大电路的输出端与所述第二运算放大器N2的输入负端相连，所述电压基准模块的输出端与所述第二运算放大器N2的输入负端相连，所述电源模块的输出端与所述第二运算放大器N2的输入正端相连，所述第二运算放大器N2的输出端与所述MOS管V2的栅极相连，所述MOS管V2串联于所述供电主电路中。
所述电源模块经缓启动电路与所述第二运算放大器N2的输入正端相连，所述缓启动电路的输出端与地之间设置有稳压管V4。
所述运算放大电路的输出端与所述电源模块的输出端之间串联有防反二极管V5，所述防反二极管V5的正极与所述运算放大电路的输出端相连，负极与所述电源模块的输出端相连。
所述电源模块包括蓄电池和电压转换模块，所述蓄电池的输出端与所述电压转换模块的输入端相连，所述电压转换模块的输出端与电压基准模块相连。
所述采样单元为差分采集电路或者电流传感器或线性光耦。
所述供电主电路中串联有可调节电感。
所述主电源为主蓄电池。
所述采样电阻为可调电阻。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路，通过第一运算放大器N1进行PWM斩波控制，通过输出反馈值与给定值不断的比较而输出PWM波形来驱动MOS管V1的开关状态，使输出电流稳定在给定电流范围中，整个电路结构简单、成本低廉、运行可靠。
(2)本发明的基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路，缓启动电路与过流保护电路一起通过串联MOS管V2进行实现，在实现延迟启动与过流保护功能的基础上，简化了保护电路，比常用的接触器开路保护节约成本低、且保护更加及时可靠。
(3)本发明的基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路，采用差分采集电路使得整个电路不需要电源隔离就能直接采集，进一步简化了结构且成本更低。
(4)本发明的基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路，采用在供电主电路中串联可调节电感，可实现对供电主电路中纹波的调节。
(5)本发明的基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路，只要更改更改MOS管型号或调节采样电阻R1和电感L1的参数，就可以方便地改变恒流源输出电流范围。另外，整个恒流源的可调电压范围较宽，在主蓄电池为110V的情况下，输出电压可以维持在24V-150V之间。
(6)本发明的基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路，整个电路采用的都是电阻、电容、电感、运放、二极管、三极管以及MOS管等常规部件，结构简单、成本低廉且可靠性高；而且整个电路的扩展性强，经过相应改进可以适用于发电机励磁控制电路、电磁阀驱动控制等。
附图说明
图1为本发明的电路框图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本实施例的基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路，包括供电主电路和控制电路；供电主电路包括主电源(如主蓄电池，输出110VDC)和采样电阻，主电源和采样电阻依次相连并与负载串联；控制电路包括用于对采样电阻的电压或/和电流进行采样的采样单元、第一运算放大器N1、MOS管V1和目标电压给定单元，采样单元的输入端连接采样电阻，采样单元的输出端连接至第一运算放大器N1的输入负端，目标电压给定单元与第一运算放大器N1的输入正端相连，用于提供目标电压；第一运算放大器N1的输出端与MOS管V1的栅极相连，MOS管V1串联于供电主电路中。具体地，供电主电路由主电源(如主蓄电池)提供电源，采样单元采集采样电阻(即供电主电路)的电压或/和电流反馈至第一运算放大器N1的输入负端，再与目标电压给定单元给定的目标电压进行比较，再由第一运算放大器N1输出脉宽和频率可变的PWM波，进而驱动MOS管V1进行PWM输出，使供电主电路输出稳定电流。
本发明的基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路，通过第一运算放大器N1进行PWM斩波控制，通过输出反馈值与给定值不断的比较而输出PWM波形来驱动MOS管V1的开关状态，使输出电流稳定在给定电流范围中，整个电路结构简单、成本低廉、运行可靠。
本实施例中，目标电压给定单元包括电源模块、电压基准模块和可调电位器；电源模块、电压基准模块和可调电位器依次连接，可调电位器的输出端连接至第一运算放大器N1的输入正端。其中电源模块包括蓄电池和电压转换模块，蓄电池的输出端与电压转换模块的输入端相连，电压转换模块的输出端与电压基准模块相连。具体地，蓄电池提供110V直流电源，再由电压转换模块转换成12VDC电源，再经过电压基准模块(如电压基准芯片)产生恒定的5VDC电压，经过可调电位器调节后输出至第一运算放大器的输入正端，实现目标电压的输出，可调电位器可以对目标电压进行调节，便于最终调节供电主电路的电流。上述目标电压给定单元采用常用的稳压管和三极管组合的形式，输出12VDC电压，供给各运算放大器及MOS管等，结构简单可靠、成本低。
本实施例中，还包括过流保护电路，过流保护电路包括运算放大电路、第二运算放大器N2和MOS管V2，运算放大电路的输入端与采样单元的输出端相连，运算放大电路的输出端与第二运算放大器N2的输入负端相连，电压基准模块的输出端与第二运算放大器N2的输入负端相连，电源模块的输出端与第二运算放大器N2的输入正端相连，第二运算放大器N2的输出端与MOS管V2的栅极相连，MOS管V2串联于供电主电路中。采样单元输出的采样电压经运算放大电路比较后，当超过设定的电压值时，运算放大电路输出12V高电平信号经V5防反二极管送给N2的负端，使N2输出低电平，封锁V2管，断开供电主电路，实现过流保护。上述采用的过流保护电路，相对于常用的接触器开路保护形式、成本低，且保护及时可靠。
进一步地，电源模块经缓启动电路(如常规的延迟启动电路和)与第二运算放大器N2的输入正端相连，缓启动电路的输出端与地之间设置有稳压管V4。启动时，缓启动电路经过延迟一段时间后，当N2的正端电压超过5V后，N2输出高电平，驱动V2管闭合。其中V4为8.2V稳压管，另外在出现过流封锁信号时(12V)，运放N2输出低电平，封锁V2管，实现过流保护。上述缓启动电路与过流保护电路集成，采用运放N2与V2管组合共同实现过流保护与延迟启动，进一步简化了结构，降低了成本。
本实施例中，采样单元为差分采集电路或者电流传感器或线性光耦。当然，优选采用差分采集电路，相对于电流传感器或线性光耦，其成本更低，而且不需要电源隔离就能够直接采集，从而进一步减少了电源隔离措施的使用，进一步降低了成本。
本实施例中，供电主电路中串联有可调节电感，通过调节电感的参数可以改变供电主电路中输出电流的纹波大小。另外采样电阻为可调精密电阻。具体地，供电主电路包括依次连接的主蓄电池电压正端、负载RL、电感L1、可调精密电阻R1、MOS管V1、MOS管V2和主蓄电池电压负端，其中在主蓄电池电压正端与MOS管V1之间设有续流二极管V3，V3的正极设于R1与V1之间，负极与主蓄电池电压正端相连。通过上述供电主电路各元件的设置，只要更改MOS管型号或调节采样电阻R1和电感L1的参数，就可以方便地改变恒流源输出电流范围。另外，上述结构的恒流源的可调电压范围较宽，在主蓄电池为110V的情况下，输出电压可以维持在24V-150V之间。
本发明的基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路，整个电路采用的都是电阻、电容、电感、运放、二极管、三极管以及MOS管等常规部件，结构简单、成本低廉且可靠性高；而且整个电路的扩展性强，经过相应改进可以适用于发电机励磁控制电路、电磁阀驱动控制等。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路，其特征在于，包括供电主电路和控制电路；所述供电主电路包括主电源和采样电阻，所述主电源和采样电阻依次相连并与负载串联；所述控制电路包括用于对采样电阻的电压或/和电流进行采样的采样单元、第一运算放大器N1、MOS管V1和目标电压给定单元，所述采样单元的输入端连接所述采样电阻，所述采样单元的输出端连接至第一运算放大器N1的输入负端，所述目标电压给定单元与所述第一运算放大器N1的输入正端相连，用于提供目标电压；所述第一运算放大器N1的输出端与所述MOS管V1的栅极相连，所述MOS管V1串联于所述供电主电路中。
2.根据权利要求1所述的基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路，其特征在于，所述目标电压给定单元包括电源模块、电压基准模块和可调电位器；所述电源模块、电压基准模块和可调电位器依次连接，所述可调电位器的输出端连接至第一运算放大器N1的输入正端。
3.根据权利要求2所述的基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路，其特征在于，还包括过流保护电路，所述过流保护电路包括运算放大电路、第二运算放大器N2和MOS管V2，所述运算放大电路的输入端与所述采样单元的输出端相连，所述运算放大电路的输出端与所述第二运算放大器N2的输入负端相连，所述电压基准模块的输出端与所述第二运算放大器N2的输入负端相连，所述电源模块的输出端与所述第二运算放大器N2的输入正端相连，所述第二运算放大器N2的输出端与所述MOS管V2的栅极相连，所述MOS管V2串联于所述供电主电路中。
4.根据权利要求3所述的基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路，其特征在于，所述电源模块经缓启动电路与所述第二运算放大器N2的输入正端相连，所述缓启动电路的输出端与地之间设置有稳压管V4。
5.根据权利要求3所述的基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路，其特征在于，所述运算放大电路的输出端与所述电源模块的输出端之间串联有防反二极管V5，所述防反二极管V5的正极与所述运算放大电路的输出端相连，负极与所述电源模块的输出端相连。
6.根据权利要求2至5中任意一项所述的基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路，其特征在于，所述电源模块包括蓄电池和电压转换模块，所述蓄电池的输出端与所述电压转换模块的输入端相连，所述电压转换模块的输出端与电压基准模块相连。
7.根据权利要求1至5中任意一项所述的基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路，其特征在于，所述采样单元为差分采集电路或者电流传感器或线性光耦。
8.根据权利要求1至5中任意一项所述的基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路，其特征在于，所述供电主电路中串联有可调节电感。
9.根据权利要求1至5中任意一项所述的基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路，其特征在于，所述主电源为主蓄电池。
10.根据权利要求1至5中任意一项所述的基于运算放大器实现PWM调制的恒流源电路，其特征在于，所述采样电阻为可调电阻。
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