CN113110671A - 一种用于控制系统的可变功耗模拟量电流输出电路 - Google Patents

一种用于控制系统的可变功耗模拟量电流输出电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于控制系统的可变功耗模拟量电流输出电路，包括可调电压输出模块、恒流模块、反馈模块，可调电压输出模块分别与恒流模块、反馈模块连接，恒流模块与反馈模块连接，恒流模块用于将可调电压输出模块的输出电压转换为电流，并进行恒流调节，反馈模块用于检测恒流模块的电流变化和电压变化，对检测结果进行运算处理，得到反馈结果，将反馈结果传输给可调电压输出模块，可调电压输出模块用于从外部电源输出获取电源，并根据反馈结果调整输出电压大小，根据外设改变输出功率。通过实时调整模拟量电流输出系统的输出功率，降低不必要的功率损耗。

Description

一种用于控制系统的可变功耗模拟量电流输出电路
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，尤其是涉及一种用于控制系统的可变功耗模拟量电流输出电路。
背景技术
目前，在现代工业自动化背景下，特别是在控制系统的应用中，模拟量电流输出系统常常用于生产现场的设备进行驱动控制。一般现场设备所用的驱动电压为固定值，但由于生产现场的环境情况非常的复杂，其负载阻抗大小各有不同，因此会导致出现提供给外部生产设备功率变小，特别是在电流输出为恒流的情况下，在电压电流的转换电路上会产生很大的压降，导致模拟量电流输出系统内部功率损耗非常大。如果系统内部包含多路输出，会导致大量电能的浪费，并会是多路电流输出系统内部引起温度大幅度升高，不仅使得电流输出系统变得非常不稳定，而且是得电子器件的寿命缩短，降低系统的稳定性。
现有的技术主要采用反馈调节的方式来调节电源电压输出，但是由于电流输出和外部设备电阻存在不确定性，存在一定的时间间隔，不能进行实时的动态调节电压，导致电压电流输出系统变得不稳定，且导致模拟量电流输出系统的功耗降低有限。
因此，提供一种能够适应外部设备变化而调整输出功率的电路，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于控制系统的可变功耗模拟量电流输出电路，通过设置恒流模块，对输出电流进行调整，并采集恒流输出在采集电路上的电压变化，调整输出电压大小，从而改变电源输出功率，降低模拟量电流输出系统的不必要的功率损耗，降低模拟量电流输出系统的整体温度，保证系统的稳定性。
第一方面，本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：
一种用于控制系统的可变功耗模拟量电流输出电路，包括可调电压输出模块、恒流模块、反馈模块，可调电压输出模块分别与恒流模块、反馈模块连接，恒流模块与反馈模块连接，恒流模块用于将可调电压输出模块的输出电压转换为电流，并进行恒流调节，反馈模块用于检测恒流模块的电流变化和电压变化，对检测结果进行运算处理，得到反馈结果，将反馈结果传输给可调电压输出模块，可调电压输出模块用于从外部电源输出获取电源，并根据反馈结果调整输出电压大小，根据外设改变输出功率。
本发明进一步设置为：恒流模块包括相互连接的限流分压单元、稳压调整单元，限流分压单元与可调电压输出模块、反馈模块连接，用于调节恒流模块的输出电流，提供第一采样电压，稳压调整单元与反馈模块连接，用于调整恒流大小，提供采样电压。
本发明进一步设置为：第一采样电压的采样点，位于限流分压单元内，或位于限流分压单元的输出端。
本发明进一步设置为：稳压调整单元包括相互连接的运算放大子单元、调压子单元，限流分压单元的输出分别连接运算放大子单元的输入端、调压子单元的一个输入端，运算放大子单元的输出端连接调压子单元的控制端，运算放大子单元用于对限流分压单元的输出进行放大，调压子单元的输出端连接用于外部阻抗。
本发明进一步设置为：调压子单元包括放大管，放大管的控制端通过电阻连接运算放大子单元的输出端，其输入端连接限流分压单元的输出端，用于提供第二采样电压，其输出端用于连接外部阻抗，供第三采样电压。
本发明进一步设置为：放大管是工作于放大状态的三极管，或MOS管，或三极管级联，或MOS级联。
本发明进一步设置为：反馈模块包括相互连接的采集单元、模数转换单元，采集单元、模数转换单元分别与恒流模块连接，采集单元用于采集外部阻抗对恒流的影响并进行处理，模数转换单元用于对采集单元的处理结果、恒流模块的第一采样电压分别进行模数转换，并对二个转换结果进行运算得到反馈结果，将反馈结果传输给可调电压输出模块。
本发明进一步设置为：采集单元包括依次连接的运放跟踪子单元、差分放大子单元，运放跟踪子单元连接恒流模块，对外部阻抗对恒流的影响进行采集，差分放大子单元用于对采集到的信号进行差分放大。
本发明进一步设置为：运放跟踪子单元包括二路跟踪运放电路，每一路跟踪运放电路连接恒流模块中调压子单元一端，用于对恒流模块中的调压子单元一端的采样电压进行跟踪放大。
第二方面，本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：
一种用于控制系统的可变功耗模拟量电流输出方法，从外部电源中获取电压，并将电压转换为恒流，在恒流电路采集至少二个点的电压，用于检测外设阻抗变化在恒流电路上的产生的影响，其中一个采样电压作为参考电压，对二个相邻采样电压进行差分放大处理，得到差分结果，进行模数转换，将参考电压也进行模数转换，对二个转换结果进行运算，得到反馈结果，根据反馈结果调节输出电压，改变输出功率。
与现有技术相比，本申请的有益技术效果为：
1.本申请通过设置反馈模块，采集恒流模块内部至少二个位置电压的变化并反馈给可调电压输出模块，调整可调电压输出，实时调整模拟量电流输出系统的输出功率，降低不必要的功率损耗；
2.进一步地，本申请通过检测恒流模块中放大管输入输出端的电压变化，从而获取外设阻抗变化引起的功率变化，实时进行调整，满足外设功率需求；
3.进一步地，本申请通过在反馈模块中进行差分放大，消除误差，实现对输出电压的精确调节。
附图说明
图1是本申请的一个具体实施例的模拟量电流输出电路结构示意图。
图2是本申请的另一个具体实施例的模拟量电流输出电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本申请的一种用于控制系统的可变功耗模拟量电流输出电路，如图1所示，包括外部电源、被动滤波电路、可调电压输出模块、恒流模块、反馈模块，外部电源、被动滤波电路、可调电压输出模块、恒流模块依次连接，反馈模块的输入连接恒流模块，其输出连接可调电压输出模块。
外部电源用于提供电能，被动滤波电路用于能外部电源的输出进行滤波，以提供给可调电压输出模块理想的直流电压。
可调电压输出模块用于根据外部设备阻抗的变化，调整输出电压大小，从而改变输出功率。
恒流模块用于将可调电压输出模块输出的电压转换为电流，并进行恒流调整，外部设备阻抗变化时，引起恒流模块中稳压调整单元两端电压变化，反馈模块采集恒流模块中稳压调整单元两端的采样电压变化，同时在恒流模块中的恒流电路上采集第一采样电压，作为参考电压，分别采样电压与参考电压进行模数转换，对二者的转换结果进行运算，得到反馈结果，可调电压输出模块根据反馈结果调整其输出电压，从而调整电路输出功率，实现对输出功率的控制。
恒流模块包括依次连接的限流分压单元、稳压调整单元，限流分压单元的输入端连接可调电压输出模块的输出端，稳压调整单元的输出端用于连接外设阻抗，在限流分压单元、稳压调整单元上分别进行电压采集，将限流分压单元上采集的第一采样电压作为参考电压，将稳压调整单元上采集的二个电压进行差分运算，得到运算结果，将参考电压与运算结果分别进行模数转换，对转换结果进行运算，得到反馈结果。
在本申请的一个具体实施例中，限流分压单元包括二个串联电阻，串联电阻的连接点处连接反馈单元，用于提供第一采样电压。
在本申请的又一个具体实施例中，第一采样电压的取样处位于限流分压单元与稳压调整单元的连接点。
第一采样电压的采样端连接反馈模块中的模数转换电路，将第一采样电压作为参考电压，进行模数转换，得到第一模数转换结果。
反馈模块包括相互连接的采集单元、模数转换单元，采集单元、模数转换单元的输入分别与恒流模块连接，模数转换单元的输出连接可调电压输出模块。
采集单元用于采集外部阻抗对恒流的影响，得到采样电压并进行处理，模数转换单元用于对采集单元的处理结果进行、进行模数转换，得到第二模数转换结果，将第一模数转换结果与第二模数转换结果进行比对运算，得到反馈结果，将反馈结果传输给可调电压输出模块。
采集单元包括依次连接的运放跟踪子单元、差分放大子单元，运放跟踪子单元连接恒流模块，对外部阻抗对恒流的影响进行采集，差分放大子单元用于对采集到的信号进行差分放大，并将差分放大结果传输给模数转换单元。
运放跟踪子单元包括二路跟踪运放电路，每一路跟踪运放电路的输入连接恒流模块中稳压调整单元的一端，对恒流模块进行电压采样，对恒流模块中的稳压调整单元一端的采样电压进行跟踪放大，将跟踪放大结果传输给差分放大子单元的一个输入端，差分放大子单元对二个采样电压进行差分放大运算，得到差分运算结果，模数转换电路对差分运算结果进行模数转换，得到第二模数转换结果。
具体地，如图2所示，恒流模块包括第一电阻R1、运算放大器U1、第二电阻R2、第一放大管Q1、第二放大管Q2。第一电阻R1的一端连接可调电压输出模块，其另一端连接运算放大器U1的一端、第二放大管Q2的发射极，并作为第二采样电压V3的采集点，运算放大器U1的另一输入端连接固定电压输出端，运算放大器U1的输出端连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接第一放大管Q1的基极，其发射极连接第二放大管Q2的基极，第二放大管Q2的发射极连接运算放大器U1的一端，第一放大管Q1的集电极、第二放大管Q2的集电极连接在一起，作为第三采样电压V4的采集点，同时用于连接外部阻抗。
电阻R1用于限流分压，电阻R1是由二个电阻串联组成，从二个串联电阻的连接点上采集第一采样电压V2。
第一放大管Q1、第二放大管Q2为级联的PNP三极管，用于增加放大倍数。
运算放大器U1对第二采样电压V3进行放大运算。
在本申请的一个实施例中，用一个放大管来代理第一放大管Q1、第二放大管Q2组成的三极管级联。放大管是三极管，或者是MOS管。
本实施例的实施原理为：可调电压输出模块输出电压V1，恒流模块进行电压电流转换，将输出电压V1转换为恒流输出，施加到外部阻抗上，当外部阻抗的大小发生改变时，输出电压V1在恒流模块上的压降发生变化，其中主要的压降产生在放大管的输入输出端之间，也就是第二采样电压V3与第三采样电压V4发生变化，相应地其差值也产生变化，对第二采样电压V3与第三采样电压V4进行差分运算，得到差分结果进行第二模数转换结果，对第一采样电压进行模数转换得到第一模数转换结果，将第一模数转换结果与第二模数转换结果进行比对，获得反馈结果，根据反馈结果调整可调电压输出模块的输出电压V1，从而实现对可调电压输出模块输出功率的调整。
恒流条件下，在外部阻抗增大时，在放大管上的压降减小，从而降低了功耗；在外部阻抗减小时，在放大管上的压降增大，降低输出电压V1，从而降低放大管上的压降，调节了输出功率。
在模数转换后进行运算，扩大了可调电压输出模块的输出电压调整范围。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于控制系统的可变功耗模拟量电流输出电路，其特征在于：包括可调电压输出模块、恒流模块、反馈模块，可调电压输出模块分别与恒流模块、反馈模块连接，恒流模块与反馈模块连接，恒流模块用于将可调电压输出模块的输出电压转换为电流，并进行恒流调节，反馈模块用于检测恒流模块的电流变化和电压变化，对检测结果进行运算处理，得到反馈结果，将反馈结果传输给可调电压输出模块，可调电压输出模块用于从外部电源输出获取电源，并根据反馈结果调整输出电压大小，根据外设改变输出功率。
2.根据权利要求1所述用于控制系统的可变功耗模拟量电流输出电路，其特征在于：恒流模块包括相互连接的限流分压单元、稳压调整单元，限流分压单元与可调电压输出模块、反馈模块连接，用于调节恒流模块的输出电流，提供第一采样电压，稳压调整单元与反馈模块连接，用于调整恒流大小，提供采样电压。
3.根据权利要求2述用于控制系统的可变功耗模拟量电流输出电路，其特征在于：第一采样电压的采样点，位于限流分压单元内，或位于限流分压单元的输出端。
4.根据权利要求2述用于控制系统的可变功耗模拟量电流输出电路，其特征在于：稳压调整单元包括相互连接的运算放大子单元、调压子单元，限流分压单元的输出分别连接运算放大子单元的输入端、调压子单元的一个输入端，运算放大子单元的输出端连接调压子单元的控制端，运算放大子单元用于对限流分压单元的输出进行放大，调压子单元的输出端连接用于外部阻抗。
5.根据权利要求4述用于控制系统的可变功耗模拟量电流输出电路，其特征在于：调压子单元包括放大管，放大管的控制端通过电阻连接运算放大子单元的输出端，其输入端连接限流分压单元的输出端，用于提供第二采样电压，其输出端用于连接外部阻抗，供第三采样电压。
6.根据权利要求5述用于控制系统的可变功耗模拟量电流输出电路，其特征在于：放大管是工作于放大状态的三极管，或MOS管，或三极管级联，或MOS级联。
7.根据权利要求1所述用于控制系统的可变功耗模拟量电流输出电路，其特征在于：反馈模块包括相互连接的采集单元、模数转换单元，采集单元、模数转换单元分别与恒流模块连接，采集单元用于采集外部阻抗对恒流的影响并进行处理，模数转换单元用于对采集单元的处理结果、恒流模块的第一采样电压分别进行模数转换，并对二个转换结果进行运算得到反馈结果，将反馈结果传输给可调电压输出模块。
8.根据权利要求7所述用于控制系统的可变功耗模拟量电流输出电路，其特征在于：采集单元包括依次连接的运放跟踪子单元、差分放大子单元，运放跟踪子单元连接恒流模块，对外部阻抗对恒流的影响进行采集，差分放大子单元用于对采集到的信号进行差分放大。
9.根据权利要求8所述用于控制系统的可变功耗模拟量电流输出电路，其特征在于：运放跟踪子单元包括二路跟踪运放电路，每一路跟踪运放电路连接恒流模块中调压子单元一端，用于对恒流模块中的调压子单元一端的采样电压进行跟踪放大。
10.一种用于控制系统的可变功耗模拟量电流输出方法，其特征在于：从外部电源中获取电压，并将电压转换为恒流，在恒流电路采集至少二个点的电压，用于检测外设阻抗变化在恒流电路上的产生的影响，其中一个采样电压作为参考电压，对二个相邻采样电压进行差分放大处理，得到差分结果，进行模数转换，将参考电压也进行模数转换，对二个转换结果进行运算，得到反馈结果，根据反馈结果调节输出电压，改变输出功率。
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