CN113849027A - 一种档位调节电流源电路 - Google Patents

Abstract

一种档位调节电流源电路，包括：信号采集模块、信号放大模块、档位调节模块和电流控制模块；电流控制模块的电流输出端与负载电连接；电流控制模块用于向负载提供输出电流；信号采集模块用于采集负载两端的电压信号和流经负载的电流信号，并根据电压信号和电流信号输出检测电压；信号放大模块用于对检测电压进行信号放大后输出反馈电压；档位调节模块用于根据外部信号发生器输出的第一控制信号调节信号放大模块对检测电压的放大倍数；电流控制模块还用于根据反馈电压，调节向负载提供的输出电流，本发明提供的档位调节电流源电路能够在较小功率范围内，满足较宽的输出电压范围，降低电流源电路的成本，并可以根据需要切换大电流档位或小电流档位。

Description

一种档位调节电流源电路

技术领域

本发明实施例涉及电流源技术领域，尤其涉及一种档位调节电流源电路。

背景技术

在活性氧电极应用中，由于全国各地水质差异较大，各地水质TDS的差异，会造成在驱动电流不变的情况下，电压高低落差范围会很大，而我们驱动器功率是有限的，若要选择电压范围较大的供电适配器，则供电适配器功率也会相对较高，造成很大的成本浪费；另外，由于全国各地水质差异较大，因此在同样的电流下产生活性氧浓度也差异较大，使得同一电流源不能更好的适用于各种不同的水质，普适性较差。

发明内容

本发明提供一种档位调节电流源电路，以实现宽电压范围、小功率且输出电流可调的电源电路。

本发明实施例提供了一种档位调节电流源电路，包括：信号采集模块、信号放大模块、档位调节模块和电流控制模块；

所述电流控制模块的电流输出端与负载电连接；所述电流控制模块用于向负载提供输出电流；

所述信号采集模块与所述负载并联连接；所述信号采集模块用于采集所述负载两端的电压信号和流经所述负载的电流信号，并根据所述电压信号和所述电流信号输出检测电压；

所述信号放大模块的第一输入端与所述信号采集模块电连接，所述信号放大模块的输出端与所述电流控制模块的电压反馈端电连接；所述信号放大模块用于对所述检测电压进行信号放大后输出反馈电压；

所述档位调节模块的控制端与外部信号发生器的第一输出端电连接，所述档位调节模块的输出端与所述信号放大模块的第二输入端电连接；所述档位调节模块用于根据所述外部信号发生器输出的第一控制信号调节所述信号放大模块对所述检测电压的放大倍数；

所述电流控制模块还用于根据所述反馈电压，调节向所述负载提供的输出电流。

可选的，所述档位调节模块用于在所述第一控制信号为第一电平时，控制所述信号放大模块对所述检测电压的放大倍数为第一放大倍数，或者在所述第一控制信号为第二电平时，控制所述信号放大模块对所述检测电压的放大倍数为第二放大倍数；

所述信号放大模块用于对所述检测电压进行第一放大倍数的放大后输出第一反馈电压至所述电流控制模块，或者对所述检测电压进行第二放大倍数的放大后输出第二反馈电压至所述电流控制模块；

所述电流控制模块用于根据所述第一反馈电压向所述负载提供第一档位的输出电流，或根据所述第二反馈电压向所述负载提供第二档位的输出电流。

可选的，所述信号放大模块包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；

所述运算放大器的同相输入端通过所述第一电阻与所述信号采集模块电连接；

所述运算放大器的反相输入端通过所述第二电阻接地；所述运算放大器的反相输入端还与所述第三电阻的第一端电连接，所述第三电阻的第二端通过所述档位调节模块与接地端电连接；所述运算放大器的反相输入端还通过所述第四电阻与所述运算放大器的输出端电连接；所述运算放大器的输出端与所述电流控制模块的电压反馈端电连接；

所述档位调节模块用于在所述第一控制信号为第一电平时控制所述第三电阻与所述接地端之间导通，或在所述第一控制信号为第二电平时控制所述第三电阻与所述接地端断开。

可选的，所述档位调节模块包括第一晶体管、第五电阻和第六电阻；

所述第一晶体管的控制端通过所述第五电阻与所述外部信号发生器的第一输出端电连接，所述第一晶体管的控制端还通过所述第六电阻接地；所述第一晶体管的第一端与所述信号放大模块的第二输入端电连接，所述第一晶体管的第二端接地；所述第一晶体管用于根据所述外部信号发生器输出的第一控制信号导通或断开。

可选的，所述信号采集模块包括电流采集单元和电压采集单元；

所述电压采集单元的第一端与所述负载的第一端电连接，所述电压采集单元的第二端与所述信号放大模块的第一输入端电连接，所述电压采集单元的第三端与所述负载的第二端电连接；所述电压采集单元用于采集所述负载两端的电压信号；

所述电流采集单元的第一端与所述负载的第二端电连接，所述电流采集单元的第二端与所述信号放大模块的第一输入端电连接；所述电流采集单元用于采集流经所述负载的电流信号。

可选的，所述电压采集单元的控制端还与外部信号发生器的第二输出端电连接，所述电压采集单元还用于根据所述外部信号发生器输出的第二控制信号，调节采集所述负载两端电压信号的比例。

可选的，所述电压采集单元包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻和开关芯片；所述电流采集单元包括第十一电阻和第一电容；

所述开关芯片的控制端通过所述第七电阻与所述外部信号发生器的第二输出端电连接，所述开关芯片的第一输入端通过第八电阻与所述电流控制模块的电流输出端和所述负载的第一端电连接，所述开关芯片的第二输入端通过第九电阻与所述电流控制模块的电流输出端和所述负载的第一端电连接，所述开关芯片的输出端与所述第十电阻的第一端、所述信号放大模块的第一输入端和所述第一电容的第一端电连接；所述开关芯片的供电端与第一供电电源电连接，所述开关芯片的接地端接地；

所述第十一电阻的第一端浮地，所述第十一电阻的第一端还与所述第十电阻的第二端和所述负载的第二端电连接；所述第十一电阻的第二端与所述第一电容的第二端电连接，所述第十一电阻的第二端还接地。

可选的，所述电流控制模块包括电源芯片、第二晶体管、第三晶体管和电感；

所述电源芯片的电压反馈端与所述信号放大模块的电压输出端电连接，所述电源芯片的第一输出端与所述第二晶体管的控制端电连接，所述电源芯片的第二输出端与所述第三晶体管的控制端电连接；

所述第二晶体管的第一端与第二供电电源电连接；所述第二晶体管的第二端通过所述电感与所述负载电连接；所述第二晶体管的第二端还与所述第三晶体管的第一端电连接；所述第三晶体管的第二端接地；

所述电源芯片用于根据电压反馈端的反馈电压控制所述第二晶体管或所述第三晶体管导通。

可选的，所述电流控制模块包括还包括第三电容、第三二极管；

所述第三电容的第一端与所述第一晶体管的第二端、所述第二晶体管的第一端共同连接，所述第三电容的第一端还与所述电源芯片的第一输入端电连接；所述第三电容的第二端与所述第三二极管负极和所述电源芯片的第二输入端共同连接，所述第三二极管的正极与第二供电电源电连接。

可选的，所述档位调节电流源电路，还包括：过压保护模块；

所述过压保护模块的输出端与所述电流控制模块的电流输出端电连接；所述过压保护模块的控制端与所述电流控制模块的电压反馈端电连接；

所述过压保护模块用于根据所述电流控制模块的电压反馈端的电压，控制所述电流控制模块的输出电压。

本发明实施例提供的档位调节电流源电路，通过电流控制模块向负载提供输出电流时，由信号采集模块采集负载两端的电压信号和流经负载的电流信号，并根据电压信号和电流信号输出检测电压至信号放大模块，以使得信号放大模块将检测电压放大后输出反馈电压至电流控制模块，从而使电流控制模块、负载、电流采集模块以及信号放大模块形成一个闭环控制电路，使得电流控制模块能够根据负载两端的电压信号和流经负载的电流信号，实时的调节输出电流，以在较小功率范围内，满足较宽的输出电压范围，降低电流源电路的成本，并通过设置档位调节模块调节输出电流的档位，以根据需要切换大电流档位或小电流档位，在活性氧电极应用中，能够通过调节输出电流的大小实现对活性氧浓度的调节。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种档位调节电流源电路的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种电流源电路输出信号对比图；

图3是本发明实施例提供的另一种电流源电路输出信号对比图；

图4是本发明实施例提供的另一种档位调节电流源电路的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的又一种档位调节电流源电路的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的又一种档位调节电流源电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的一种档位调节电流源电路的结构示意图，如图1所示，该档位调节电流源电路包括：信号采集模块10、信号放大模块20、档位调节模块30和电流控制模块40；电流控制模块40的电流输出端与负载50电连接；电流控制模块40用于向负载50提供输出电流；信号采集模块10与负载50并联连接；信号采集模块10用于采集负载50两端的电压信号和流经负载50的电流信号，并根据电压信号和电流信号输出检测电压；信号放大模块20的第一输入端与信号采集模块10电连接，信号放大模块20的输出端与电流控制模块40的电压反馈端电连接；信号放大模块20用于对检测电压进行信号放大后输出反馈电压；档位调节模块30的控制端与外部信号发生器60的第一输出端OUT1电连接，档位调节模块30的输出端与信号放大模块20的第二输入端电连接；档位调节模块30用于根据外部信号发生器60输出的第一控制信号调节信号放大模块20对检测电压的放大倍数；电流控制模块40还用于根据反馈电压，调节向负载50提供的输出电流。

具体的，假设电流控制模块40提供的输出电流为I_O，流经信号采集模块10的电流信号为I_R，流经负载的电流信号为I_L，由于信号采集模块10和负载50的分流作用，电流控制模块40提供的输出电流I_O一部分流经信号采集模块10，一部分流经负载50，即I_O＝I_R+I_L；流经负载50的电流信号I_L在负载50上产生电压U_L，由于信号采集模块10与负载50并联连接，则信号采集模块10两端的电压U_R与负载50两端的电压U_L相等，因此信号采集模块10能够对负载50两端的电压信号U_L进行采集；同时，由于流经负载50的电流信号I_L由负载50的负极端流向信号采集模块10，因此信号采集模块10能够对流经负载50的电流信号I_L进行采集。信号采集模块10根据采集的电压信号U_L和电流信号I_L输出检测电压至信号放大模块20，信号放大模块20将检测电压放大后输出反馈电压至电流控制模块40的电压反馈端，使得电流控制模块40根据接收的反馈电压调节向负载50提供的输出电流I_O，如此使得电流控制模块40、负载50、信号采集模块10和信号放大模块20形成闭环控制电路，从而电流控制模块40能够根据负载50两端的电压信号U_L和电流信号I_L控制输出电流I_O，进而控制流经负载50的电流信号I_L，使得该电流信号I_L能够与负载电压U_L呈一定的反比例线性关系。

示例性的，图2是本发明实施例提供的一种电流源电路输出信号对比图，如图2所示，随着电压信号的增大，现有技术中恒流源的输出电流(如图中虚线所示)保持恒定，而本发明实施例提供的电流源，其输出的电流信号随着电压信号的增大呈梯形递减(如图中实线所示)，且与电压信号呈一定斜率的反比例关系。

图3是本发明实施例提供的另一种电流源电路输出信号的对比图，如图3所示，现有技术中恒流源的输出功率(如图中虚线所示)随着输出电压的增大线性增大，而本发明实施例提供的电流源，由于输出电流随着输出电压增加而减少，因此输出功率随着输出电压增大而平缓增大到一定值后保持平稳状态(如图中实线所示)，相较于恒流源，在较小的输出功率下，能够具有较大的输出电压范围；或者，在输出功率相同时，能够扩大电压的使用范围，以在满足较宽的输出电压范围的情况下，降低电流源的功率配置标准，从而降低成本。

档位调节模块30的控制端接收来自外部信号发生器60的第一控制信号，根据第一控制信号调节信号放大模块20对检测电压Ud的放大倍数Av。示例性的，档位调节模块30用于在第一控制信号为第一电平时，控制信号放大模块20对检测电压Ud的放大倍数为第一放大倍数Av1，或者在第一控制信号为第二电平时，控制信号放大模块20对检测电压Ud的放大倍数为第二放大倍数Av2；信号放大模块20用于对检测电压Ud进行第一放大倍数的放大后输出第一反馈电压至电流控制模块40，或者对检测电压进行第二放大倍数的放大后输出第二反馈电压至电流控制模块40；电流控制模块40用于根据第一反馈电压向负载50提供第一档位的输出电流，或根据第二反馈电压向负载50提供第二档位的输出电流。

具体的，电流控制模块40通过将反馈电压Uf与参考电压进行比较以控制输出电流的大小，例如若反馈电压Uf比参考电压大，则说明此时流经负载50的电流信号I_L较大，电流控制模块40可控制输出电流I_O减小，以使反馈电压Uf与参考电压相等；或者若反馈电压Uf比参考电压小，则说明此时流经负载50的电流信号I_L较小，电流控制模块40可控制输出电流I_O增大，以使反馈电压U_f与参考电压相等，而电流控制模块40的参考电压一定，因此第一反馈电压和第二反馈电压均应与参考电压保持相等，而反馈电压Uf的大小与检测电压Ud和信号放大模块20的放大倍数Av有关，即Uf＝Ud*Av，因此，当信号放大模块20的放大倍数较大时，对应的检测电压较小，从而电流控制模块40提供给负载50的电流信号较小；相反的，当信号放大模块20的放大倍数较小时，对应的检测电压较大，从而电流控制模块40提供给负载50的电流信号较大，因此档位调节模块30能够通过控制信号放大模块20的放大倍数调节输出电流的大小。示例性的，若第一放大倍数Av1大于第二放大倍数Av2，则当需要较小的输出电流时，外部信号发生器60可控制第一控制信号为第一电平，使信号放大模块20对检测电压的放大倍数为第一放大倍数Av1，从而电流控制模块40可根据第一反馈电压输出较小的电流，即向负载50提供第一档位的输出电流；则当需要较大的输出电流时，外部信号发生器60可控制第一控制信号为第二电平，使信号放大模块20对检测电压的放大倍数为第二放大倍数Av2，从而电流控制模块40可根据第二反馈电压输出较大的电流，即向负载50提供第二档位的输出电流。其中，外部信号发生器60可以为单片机，在活性氧电极的应用中，该单片机可以根据活性氧浓度向档位调节模块30输出第一控制信号，或者，外部信号发生器60可以为一个电源，用户可根据需要手动控制电源向档位调节模块30供电或断开供电。

本发明实施例提供的档位调节电流源电路，通过电流控制模块向负载提供输出电流时，由信号采集模块采集负载两端的电压信号和流经负载的电流信号，并根据电压信号和电流信号输出检测电压至信号放大模块，以使得信号放大模块将检测电压放大后输出反馈电压至电流控制模块，从而使电流控制模块、负载、电流采集模块以及信号放大模块形成一个闭环控制电路，使得电流控制模块能够根据负载两端的电压信号和流经负载的电流信号，实时的调节输出电流，以在较小功率范围内，满足较宽的输出电压范围，降低电流源电路的成本，并通过设置档位调节模块调节输出电流的档位，以根据需要切换大电流档位或小电流档位，在活性氧电极应用中，能够通过调节输出电流的大小实现对活性氧浓度的调节，使得电流源能够更好的适用于各种不同的水质，适用性强。

可选的，图4是本发明实施例提供的另一种档位调节电流源电路的结构示意图，如图4所示，信号放大模块20包括运算放大器21、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；运算放大器21的同相输入端通过第一电阻R1与信号采集模块20电连接；运算放大器21的反相输入端通过第二电阻R2接地；运算放大器21的反相输入端还与第三电阻R3的第一端电连接，第三电阻R3的第二端通过档位调节模块30与接地端GND电连接；运算放大器21的反相输入端还通过第四电阻R4与运算放大器21的输出端电连接；运算放大器21的输出端与电流控制模块40的电压反馈端电连接；档位调节模块30用于在第一控制信号为第一电平时控制第三电阻R3与接地端GND之间导通，或在第一控制信号为第二电平时控制第三电阻R3与接地端GND断开。

具体的，档位调节模块30根据第一电平的第一控制信号控制第三电阻R3与接地端GND之间导通时，第三电阻R3与第二电阻R2实现并联连接，则此时信号放大器20输出至电流控制模块40的第一反馈电压Uf1与其同相输入端输入的检测电压Ud的关系为：Uf1＝[R4/(R2//R3)+1]*Ud，运算放大器21的第一放大倍数Av1＝R4/(R2//R3)+1；档位调节模块30根据第二电平的第一控制信号控制第三电阻R3与接地端GND断开时，运算放大器21的反相输入端仅通过第二电阻R2接地，此时信号放大器20输出至电流控制模块40的第二反馈电压Uf2与其同相输入端输入的检测电压Ud的关系为：Uf2＝(R4/R2+1)*Ud，运算放大器21的第二放大倍数Av2＝R4/R2+1；因此第一放大倍数Av1大于第二放大倍数Av2；由于电流控制模块40的参考电压恒定，电流控制模块40通过控制输出电流Io的大小控制反馈电压Uf与参考电压相等，因此可认为反馈电压Uf保持恒定，即第一参考电压Uf1等于第二参考电压Uf2，则第三电阻R3与接地端GND之间导通时对应的检测电压应小于第三电阻R3与接地端GND断开时对应的检测电压；因此，当第三电阻R3与接地端GND之间导通时，电流控制模块40向负载50提供的第一档位的输出电流为小电流档位，当第三电阻R3与接地端GND断开时，电流控制模块40向负载50提供的第二档位的输出电流为大电流档位。示例性的，第一电阻R1的阻值优选为1KΩ，第二电阻R2的阻值优选为2KΩ，第三电阻R3的阻值优选为2KΩ，第四电阻R4的阻值优选为18KΩ，则此时运算放大器21的第一放大倍数Av1＝R4/(R2//R3)+1＝19，第二放大倍数Av2＝R4/R2+1＝10。

示例性的，参考图4，信号放大模块20还包括第十二电阻R12和第二电容C2；第二电容C2的一端与运算放大器21的输出端电连接，第二电容C2的另一端通过第十二电阻R12与运算放大器21的反相输入端电连接，第二电容C2和第十二电阻R12能够为运算放大器21反馈环路进行频率补偿，改善电路的稳定性，减小检测电压与反馈电压的相位差，使检测电压与反馈电压的频率同步。

可选的，继续参考图4，档位调节模块包括第一晶体管T1、第五电阻R5和第六电阻R6；第一晶体管T1的控制端通过第五电阻R5与外部信号发生器60的第一输出端OUT1电连接，第一晶体管T1的控制端还通过第六电阻R6接地；第一晶体管T1的第一端与信号放大模块20的第二输入端电连接，第一晶体管T1的第二端接地；第一晶体管T1用于根据外部信号发生器60输出的第一控制信号导通或断开。

具体的，外部信号发生器60提供的第一控制信号通过限流电阻即第五电阻R5传输至第一晶体管T1的控制端；第六电阻R6跨接在第一晶体管T1的控制端与第二端之间起到抗干扰的作用。当第一控制信号为第一电平时，第一晶体管T1导通，从而第三电阻R3通过第一晶体管T1与接地端GND电连接，从而与第二电阻R2并联连接；当外部信号发生器60提供的第一控制信号为第二电平时，第一晶体管T1断开，从而第三电阻R3处于断开状态，从而运算放大器21的反相输入端仅通过第二电阻R2接地。示例性的，第一晶体管T1优选为N型场效应管，则第一晶体管T1第一端可以为漏极，第二端为源极，控制端为栅极，则此时第一电平为高电平，第二电平为低电平。其中，第五电阻R5的阻值优选为2KΩ，第六电阻R6的阻值优选为15KΩ。

可选的，继续参考图4，信号采集模块10包括电流采集单元11和电压采集单元12；电压采集单元12的第一端与负载50的第一端电连接，电压采集单元12的第二端与信号放大模块20的第一输入端电连接，电压采集单元12的第三端与负载50的第二端电连接；电压采集单元12用于采集负载50两端的电压信号；电流采集单元11的第一端与负载50的第二端电连接，电流采集单元11的第二端与信号放大模块20的第一输入端电连接；电流采集单元11用于采集流经负载50的电流信号。

具体的，电压采集单元12与负载50并联连接，因此可以通过电压采集单元12采集负载50两端的电压；由电流控制模块40向负载50提供的电流信号I_L由负载50的第一端流向负载50的第二端，再通过电流采集单元11第一端的流经电流采集单元11，从而电流采集单元11能够采集流经负载50的电流信号I_L；电压采集单元12根据负载50两端的电压信号输出第一检测电压Ud1，电流采集单元11根据电流信号I_L输出第二检测电压Ud2，则信号采集模块10输出至信号放大模块20的检测电压Ud为第一检测电压Ud1和第二检测电压Ud2的叠加值，即Ud＝Ud1+Ud2。

示例性的，继续参考图4，电压采集单元12可以包括第八电阻R8和第十电阻R10，电流采集单元11包括第十一电阻R11和第一电容C1；第八电阻R8的第一端与电流控制模块40的电流输出端电连接，第八电阻R8的第二端与第十电阻R10的第一端和信号放大模块20的第一输入端电连接；第十一电阻R11的第一端浮地；第十一电阻R11的第一端还与第十电阻R10的第二端和负载50电连接；第十一电阻R11的第二端接地；第十一电阻R11的第二端还通过第一电容C1与第十电阻R10的第一端电连接。

具体的，假设电压采集单元12与电流控制模块40的连接节点为第一节点a，第八电阻R8、第十电阻R10和第一电容C1的连接节点为第二节点b，第十电阻R10、第十一电阻R11和负载50的连接节点为第三节点c，第十一电阻R11和第一电容C1的连接节点为第四节点d；则由电流控制模块40提供的流经信号采集模块10的电流由第一节点a流经第八电阻R8、第十电阻R10和第十一电阻R11至接地端GND，可以优选第十一电阻R11的阻值远小于第八电阻R8和第十电阻R10的阻值，示例性的，第八电阻R8的阻值优选为510KΩ，第十电阻R10的阻值优选为1KΩ，第十一电阻R11的阻值优选为0.033Ω；则此时第十一电阻R11两端的电压可忽略不计，则第八电阻R8两端的电压Uab和第十电阻R10两端的电压Ubc等于负载50两端的电压，从而第十电阻R10两端的电压Ubc作为电压检测单元12的第一检测电压Ud1，即Ud1＝Ubc＝R10*U_L/(R8+R10)。另外，流经负载50的电流信号通过第三节点c传输至信号采集模块10，由于第十电阻R10的阻值远大于第十一电阻R11的阻值，且由第二节点b至第一节点a之间的第八电阻R8阻值较大，与第二节点b电连接的运算放大器21的阻抗也远远大于第十一电阻R11，因此此时由第三节点c通过第十电阻R10传输至第二节点b的直流电流非常小，因此流经负载50的电流信号I_L在第十电阻R10上形成的电压Ucb可忽略不计，则流经负载50的电流信号I_L在第十一电阻R11上产生的电压Ucd作为电流检测单元11的第二检测电压Ud2，即Ud2＝R11*I_L，则根据公式Ud＝Ud1+Ud2可知，信号采集模块10输出至运算放大器21同相输入端的检测电压Ud＝R10*U_L/(R8+R10)+R11*I_L，流经负载50的电流与负载50两端的电压的关系式为：I_L＝-R10*U_L/[(R8+R10)*R11]+Ud/R11，可以明显看出流经负载50的电流信号与负载50两端的电压信号呈反比例关系；根据前述实施例，Uf1＝Av1*Ud＝[R4/(R2//R3)+1]*Ud，Uf2＝Av2*Ud＝(R4/R2+1)*Ud，且Uf1＝Uf2，因此可以通过档位调节模块30控制第二电阻R2与第三电阻R3的并联情况来调节输出电流的档位，若假设Uf＝1.35V，将Av1＝19、Av2＝10以及各电阻的阻值代入公式可得，当负载电压U_L为0.2V时，第一档位的输出电流为2A，第二档位的输出电流为4A；当负载电压U_L为19V时，第一档位的输出电流为1A，第二档位的输出电流为3A。其中，第十电阻R10还与第一电容C1构成RC滤波电路，用于滤除传输至运算放大器21的电信号中的交流成分。

需要说明的是，上述实施例仅以电压采集单元12中的第十电阻R10对负载50两端电压进行固定比例的分压为例进行说明，在本发明提供的其他实施例中，电压采集单元12还可以调节第十电阻R10对负载50两端电压的分压比例。

图5是本发明实施例提供的又一种档位调节电流源电路的结构示意图，如图5所示，电压采集单元12的控制端还与外部信号发生器60的第二输出端OUT2电连接，电压采集单元12还用于根据外部信号发生器60输出的第二控制信号，调节采集负载50两端电压信号的比例。

具体的，电压采集单元12可以包括多个并联连接的分压单元，各并联连接的分压单元通过开关模块与第十电阻R10串联连接，电压采集单元12可以根据外部信号发生器60输出的第二控制信号，调节各分压单元对负载50两端电压U_L的分压比例，即调节各分压单元两端电压的大小，将其中一个分压单元两端的电压作为第一检测电压Ud1输出至信号放大模块20，若假设第一检测电压Ud1与负载50两端电压U_L的比例关系为n:1，则Ud1＝nU_L；若假设电流采集单元11是阻值为R的电阻，则电流采集单元11输出的第二检测电压Ud2＝R*I_L，则检测电压Ud＝Ud1+Ud2＝nU_L+R*I_L，即I_L＝-nU_L/R+Ud/R，可以明显看出，流经负载50的电流信号I_L与负载50两端电压信号U_L呈反比例关系，且通过采集负载50两端电压信号的比例，可以调节流经负载50的电流信号I_L与负载50两端电压信号U_L的关系系数。

可选的，参考图5，电压采集单元12还包括第七电阻R7、第九电阻R9和开关芯片M1；开关芯片M1的控制端SC通过第七电阻R7与外部信号发生器60的第二输出端OUT2电连接，开关芯片M1的第一输入端B1通过第八电阻R8与电流控制模块40的电流输出端和负载50的第一端电连接，开关芯片M1的第二输入端B2通过第九电阻R9与电流控制模块40的电流输出端和负载50的第一端电连接，开关芯片M1的输出端A与第十电阻R10的第一端、信号放大模块20的第一输入端和第一电容C1的第一端电连接；开关芯片M1的供电端VCC与第一供电电源V1电连接，开关芯片M1的接地端GND接地。

具体的，外部信号发生器60提供地第二控制信号通过第七电阻R7传输至开关芯片M1的控制端SC，此处第七电阻R7用于限流；开关芯片M1可以根据第二控制信号控制第一输入端B1与输出端A之间的开关导通，或控制第二输入端B2与输出端A之间的开关导通。设置第八电阻R8和第九电阻R9阻值不同，则通过控制开关芯片M1不同开关的导通可以调节第十电阻R10的分压比例，进而调节流经负载50的电流与负载50两端电压的关系系数。其中，第一供电电源V1可以为5V。

示例性的，当外部信号发生器60提供的第二控制信号为高电平时，开关芯片M1控制第一输入端B1与输出端A之间的开关导通，从而电流控制模块40提供的流经信号采集模块10的电流由第一节点a流经第八电阻R8、第十电阻R10和第十一电阻R11至接地端GND；依据前述实施例，此时第一检测电压Ud1为Ud1＝Ubc＝R10*U_L/(R8+R10)，信号采集模块10输出至运算放大器21同相输入端的检测电压Ud＝Ubc+Ucd＝R10*U_L/(R8+R10)+R11*I_L，流经负载50的电流与负载50两端的电压的关系式为：I_L＝-R10*U_L/[(R8+R10)*R11]+Ud/R11。基于同样的原理，当外部信号发生器60提供的第二控制信号为低电平时，开关芯片M1控制第二输入端B2与输出端A之间的开关导通，则电流控制模块40提供的流经信号采集模块10的电流由第一节点a流经第九电阻R9、第十电阻R10和第十一电阻R11至接地端GND；此时电压检测单元12采集的第一检测电压Ud1＝Ubc＝R10*U_L/(R9+R10)，则信号采集模块10输出至运算放大器21同相输入端的检测电压Ud＝Ubc+Ucd＝R10*U_L/(R9+R10)+R11*I_L，流经负载50的电流与负载50两端的电压的关系式为：I_L＝-R10*U_L/[(R9+R10)*R11]+Ud/R11。可以明显看出，通过控制开关芯片M1第一输入端B1与输出端A之间的开关导通，或控制第一输入端B1与输出端A之间的开关导通，能够调节流经负载50的电流与负载50两端的电压的关系系数。其中，第九电阻R9的阻值优选为300KΩ。

可选的，外部信号发生器60同时输出第一控制信号和第二控制信号能够调节流经负载50的电流与负载50两端的电压的对应关系。示例性的，外部信号发生器60提供的第一控制信号和第二控制信号可以为同步信号，则当第一控制信号和第二控制信号为高电平时，第八电阻R8为有效电阻，第九电阻R9断路，运算放大器21的放大倍数为第一放大倍数Av1，负载电流为第一档位的输出电流，此时若负载电压为0.2V，则第一档位的输出电流为2A，若负载电压为19V，则第一档位的输出电流为1A；当第一控制信号和第二控制信号为低电平时，第九电阻R9为有效电阻，第八电阻R8断路，运算放大器21的放大倍数为第二放大倍数Av2，负载电流为第二档位的输出电流，此时若负载电压为0.2V，则第二档位的输出电流为4A，若负载电压为19V，则第二档位的输出电流为2A。即当外部信号发生器60提供的第一控制信号和第二控制信号为同步信号时，若输出电压为0.2V，则大档位输出电流为4A，小档位输出电流为2A；若输出电压为19V，则大档位输出电流为2A，小档位输出电流为1A，能够在输出电压增大，输出电流相应的减小，在活性氧电极应用中，能够根据不同的水质和/或不同需求的活性氧浓度提供不同档位的输出电流，通过调节输出电流与输出电压的对应关系，能够在输出功率较小的情况下，使本提案提供的电流源应用于更广泛的水质条件。

示例性的，继续参考图5，电压采集单元12还包括双稳压二极管ZD2，该双稳压二极管ZD2的两个负极分别与开关芯片M1的第一输入端B1和第二输入端B2电连接，且该双稳压二极管ZD2的两个正极接地，用于保护开关芯片M1。

可选的，参考图5，电流控制模块40包括电源芯片41、第二晶体管T2、第三晶体管T3和电感L；电源芯片41的电压反馈端ADJ与信号放大模块20的电压输出端电连接，电源芯片41的第一输出端HO与第二晶体管T2的控制端电连接，电源芯片41的第二输出端LO与第三晶体管T3的控制端电连接；第二晶体管T2的第一端与第二供电电源V2电连接；第二晶体管T2的第二端通过电感L与信号输出模块40电连接；第二晶体管T2的第二端还与第三晶体管T3的第一端电连接；第三晶体管T3的第二端接地；电源芯片41用于根据电压反馈端ADJ的反馈电压控制第二晶体管T2或第三晶体管T3导通。

具体的，电源芯片41能够根据电压反馈端ADJ的反馈电压调节第一输出端HO和第二输出端LO输出信号的脉宽，例如将电压反馈端ADJ的反馈电压与参考电压进行比较，若反馈电压小于参考电压，则控制第一输出端HO输出有效电平的时间长一点，则第二供电电源V2提供的电压可通过第二晶体管T2传输至电感L，通过电感L使输出至第一节点a的电流逐渐增大；或者，当反馈电压大于参考电压时，则控制第二输出端LO输出有效电平的时间长一点，使第三晶体管T3导通，则此时第二晶体管T3的第一端的电位被拉低接近于地，则通过电感L使输出至第一节点a的电流逐渐减小；如此电流控制模块40可根据反馈电压同步地调节输出电流的大小。示例性的，第二晶体管T2和第三晶体管T3优选为N型场效应管；第二晶体管T2的控制端可以为栅极，第一端为源极，第二端为漏极；第三晶体管T3的控制端可以为栅极，第一端为源极，第二端为漏极；第二供电电源V2提供的电压优选为24V。

可选的，继续参考图5，电流控制模块40还包括第十三电阻R13、第十四电阻R14、第一二极管D1和第二二极管D2；第十三电阻R13串联连接于电源芯片41的第一输出端HO与第一晶体管T1的控制端之间，第一二极管D1的正极与第一晶体管T1的控制端电连接，第一二极管D1的负极与电源芯片31的第一输出端HO电连接；第十四电阻R14串联连接于电源芯片41的第二输出端LO与第二晶体管T2的控制端之间，第二二极管D2的正极与第二晶体管T2的控制端电连接，第二二极管D2的负极与电源芯片41的第二输出端LO电连接。

具体的，第十三电阻R13和第十四电阻R14用于限流，第一二极管D1和第二二极管D2分别用于提高第一晶体管T1和第二晶体管T2的开关速率，降低第一晶体管T1和第二晶体管T2的开关功耗，减少发热。

可选的，继续参考图5，电流控制模块40还包括第三电容C3、第三二极管D3；第三电容C3的第一端与第二晶体管T2的第二端、第三晶体管T3的第一端共同连接，第三电容C3的第一端还与电源芯片41的第一输入端VS电连接；第三电容C3的第二端与第三二极管D3负极和电源芯片41的第二输入端VB共同连接，第三二极管D3的正极与第二供电电源V2电连接。

具体的，第三电容C3用于为第二晶体管T2提供驱动悬浮电压源，为第二晶体管T2提供导通条件。示例性的，当第三晶体管T3处于导通状态时，第三电容C3的第一端通过第三晶体管T3接地，第三供电电源V3通过第三二极管D3为第三电容C3充电；其中，第三供电电源V3提供的电压优选为12V。当第二晶体管T2导通时，第二供电电源V2提供的24V电压传输至第三电容C3的第一端，则此时第三电容C3第二端的电位为24V+12V＝36V。第三电容C3第一端的电位(24V)和第一端的电位(36V)分别通过第一输入端VS和第二输入端VB反馈至电源芯片41，从而电源芯片41可根据第一输入端VS和第二输入端VB的电压信号控制第一输出端HO输出足以导通第二晶体管T2的电平信号。

示例性的，电源芯片41优选为降压同步整流恒压输出控制芯片EG1186，则芯片EG1186的各接地端GND均接地，外接电容端CT通过第九电容C9(优选为820pF)接地；PWM控制部分电源端VDD与第三供电电源V3电连接；驱动电源输入端VCC与第三供电电源V3电连接；驱动电源输入端VCC还通过第十电容C10(优选为1μF)接地，PWM低压输出端OUT通过第十五电阻R15(优选为2KΩ)接地，引脚HIN通过第十一电容C11(优选为1nF)接地；引脚LIN通过串联连接的第十六电阻R16(优选为10KΩ)和第十一电容C11接地；SD引脚与外部脉冲信号端S电连接，SD引脚还分别通过第十七电阻R17(优选为20KΩ)和第十二电容C12(优选为1nF)接地；FB引脚悬空；另外，第二供电电源V2还分别通过第十三电容C13(优选为1μF)和第十四电容C14(优选为470μF)接地；第三供电电源V3还分别通过第十五电容C15(优选为1μF)和第十六电容C16(优选为10μF)接地；电压反馈端ADJ通过第十八电阻R18(优选为1KΩ，用于隔离保护)与信号放大模块20的输出端电连接，电压反馈端ADJ还通过第十七电容C17(优选为10pF)接地。

示例性的，芯片EG1186的内部参考电压为1.35V，因此当电压反馈端ADJ接收的反馈电压低于1.35V时，说明输出电流较低，则芯片EG1186的脉宽调制PWM模块控制第二晶体管T2的导通时间比第三晶体管T3的导通时间长，使反馈电压保持为1.35V；当电压反馈端ADJ接收的反馈电压U2高于1.35V时，说明输出电流较大，则芯片EG1186的脉宽调制PWM模块控制第三晶体管T3的导通时间比第二晶体管T2的导通时间长，使反馈电压保持为1.35V；若反馈电压Uf为1.35V，则控制第二晶体管T2和第三晶体管T3以正常频率导通。因此可认为反馈电压Uf恒为1.35V，即Uf1＝Uf2，根据前述实施例Uf1＝19*Ud，和Uf2＝10*Ud可知，结合公式I_L＝-R10*U_L/[(R8+R10)*R11]+Ud/R11，当输出电压即负载50两端的电压U_L为0.2V时，第一档位的输出电流为2A，第二档位的输出电流为4A；当输出电压为19V时，第一档位的输出电流为1A，第二档位的输出电流为2A。

可选的，图6是本发明实施例提供的又一种电流源电路的结构示意图，如图6所示，该电流源电路还包括过压保护模块70；过压保护模块70的输出端与电流控制模块40的电流输出端电连接；过压保护模块70的控制端与电流控制模块40的电压反馈端电连接；过压保护模块70用于根据电流控制模块40的电压反馈端的电压，控制电流控制模块40的输出电压。

具体的，当信号采集模块10所连接的负载50突然变化或信号采集模块10与负载50断开连接时，信号放大模块20输出至电流控制模块40电压反馈端的电压可能会突然大幅度增大，过压保护模块70可以在信号采集模块10所连接的负载50突然变化，或在信号采集模块10没有连接负载50时，将电流控制模块40的输出电压稳定在设定值，保证同步整流恒流源电路的稳定性。

可选的，参考图6，过压保护模块50包括：稳压二极管ZD1、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第四电容C4、第四二极管D4；稳压二极管ZD1的负极与电流控制模块40的电流输出端电连接，稳压二极管ZD1的正极通过第十九电阻R19接地；稳压二极管ZD1的正极还通过第四电容C4接地；稳压二极管ZD1的正极还与第四二极管的D4正极电连接；第四二极管D4的负极通过第二十电阻R20与电流控制模块40的电压反馈端电连接。

具体的，第十九电阻R19用于为稳压二极管ZD1提供漏电流通路，避免造成稳压二极管ZD1的误动作；第四电容C4用于滤波；第四二极管D4用于在第一节点a处的输出电压较低反偏截止，以避免对输出至电流控制模块40的电压反馈端的反馈电压造成影响，第二十电阻R20是动作时限流电阻，用于保护电路。示例性的，假如输出电压即负载50两端的电压在15V左右，则U_ZD1＝15-Uf-U_D4≈13.5V，可以选用稳压值为13.5V左右的稳压二极管ZD1；如此，当信号采集模块10所连接的负载50突然变化或信号采集模块10与负载50断开连接时，可以将输出电压稳定在13.5V。示例性的，第十九电阻R19和第二十电阻R20的阻值可以相同，优选为1KΩ。

可选的，继续参考图6，同步整流恒流源电路还包括滤波模块60；滤波模块60包括第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7和第八电容C8；第五电容C5的一端和第六电容C6的一端均与信号采集模块10电连接，第五电容C5的另一端和第六电容C6的另一端均接地；第七电容C7的一端和第八电容C8的一端均与信号采集模块10电连接，第七电容C7的另一端和第八电容C8的另一端均浮地。

具体的，第五电容C5和第七电容C7的容值可以相同，优选为1μF，用于滤除高频信号；第六电容C6和第八电容C8的容值优选为470μF，用于滤除低频信号；另外，由于第六电容C6和第八电容C8的容值较大，因此还具有储能功能，如此可以使电感L的开关频率降低，从而降低L上产生的开关损耗。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种档位调节电流源电路，其特征在于，包括：信号采集模块、信号放大模块、档位调节模块和电流控制模块；

所述电流控制模块的电流输出端与负载电连接；所述电流控制模块用于向负载提供输出电流；

所述信号采集模块与所述负载并联连接；所述信号采集模块用于采集所述负载两端的电压信号和流经所述负载的电流信号，并根据所述电压信号和所述电流信号输出检测电压；

所述信号放大模块的第一输入端与所述信号采集模块电连接，所述信号放大模块的输出端与所述电流控制模块的电压反馈端电连接；所述信号放大模块用于对所述检测电压进行信号放大后输出反馈电压；

所述档位调节模块的控制端与外部信号发生器的第一输出端电连接，所述档位调节模块的输出端与所述信号放大模块的第二输入端电连接；所述档位调节模块用于根据所述外部信号发生器输出的第一控制信号调节所述信号放大模块对所述检测电压的放大倍数；

所述电流控制模块还用于根据所述反馈电压，调节向所述负载提供的输出电流。

2.根据权利要求1所述的档位调节电流源电路，其特征在于：

所述档位调节模块用于在所述第一控制信号为第一电平时，控制所述信号放大模块对所述检测电压的放大倍数为第一放大倍数，或者在所述第一控制信号为第二电平时，控制所述信号放大模块对所述检测电压的放大倍数为第二放大倍数；

所述信号放大模块用于对所述检测电压进行第一放大倍数的放大后输出第一反馈电压至所述电流控制模块，或者对所述检测电压进行第二放大倍数的放大后输出第二反馈电压至所述电流控制模块；

所述电流控制模块用于根据所述第一反馈电压向所述负载提供第一档位的输出电流，或根据所述第二反馈电压向所述负载提供第二档位的输出电流。

3.根据权利要求1所述的档位调节电流源电路，其特征在于，所述信号放大模块包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；

所述运算放大器的同相输入端通过所述第一电阻与所述信号采集模块电连接；

所述运算放大器的反相输入端通过所述第二电阻接地；所述运算放大器的反相输入端还与所述第三电阻的第一端电连接，所述第三电阻的第二端通过所述档位调节模块与接地端电连接；所述运算放大器的反相输入端还通过所述第四电阻与所述运算放大器的输出端电连接；所述运算放大器的输出端与所述电流控制模块的电压反馈端电连接；

所述档位调节模块用于在所述第一控制信号为第一电平时控制所述第三电阻与所述接地端之间导通，或在所述第一控制信号为第二电平时控制所述第三电阻与所述接地端断开。

4.根据权利要求1所述的档位调节电流源电路，其特征在于，所述档位调节模块包括第一晶体管、第五电阻和第六电阻；

所述第一晶体管的控制端通过所述第五电阻与所述外部信号发生器的第一输出端电连接，所述第一晶体管的控制端还通过所述第六电阻接地；所述第一晶体管的第一端与所述信号放大模块的第二输入端电连接，所述第一晶体管的第二端接地；所述第一晶体管用于根据所述外部信号发生器输出的第一控制信号导通或断开。

5.根据权利要求1所述的档位调节电流源电路，其特征在于，所述信号采集模块包括电流采集单元和电压采集单元；

所述电压采集单元的第一端与所述负载的第一端电连接，所述电压采集单元的第二端与所述信号放大模块的第一输入端电连接，所述电压采集单元的第三端与所述负载的第二端电连接；所述电压采集单元用于采集所述负载两端的电压信号；

所述电流采集单元的第一端与所述负载的第二端电连接，所述电流采集单元的第二端与所述信号放大模块的第一输入端电连接；所述电流采集单元用于采集流经所述负载的电流信号。

6.根据权利要求5所述的档位调节电流源电路，其特征在于，所述电压采集单元的控制端还与外部信号发生器的第二输出端电连接，所述电压采集单元还用于根据所述外部信号发生器输出的第二控制信号，调节采集所述负载两端电压信号的比例。

7.根据权利要求6所述的档位调节电流源电路，其特征在于，所述电压采集单元包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻和开关芯片；所述电流采集单元包括第十一电阻和第一电容；

所述开关芯片的控制端通过所述第七电阻与所述外部信号发生器的第二输出端电连接，所述开关芯片的第一输入端通过第八电阻与所述电流控制模块的电流输出端和所述负载的第一端电连接，所述开关芯片的第二输入端通过第九电阻与所述电流控制模块的电流输出端和所述负载的第一端电连接，所述开关芯片的输出端与所述第十电阻的第一端、所述信号放大模块的第一输入端和所述第一电容的第一端电连接；所述开关芯片的供电端与第一供电电源电连接，所述开关芯片的接地端接地；

所述第十一电阻的第一端浮地，所述第十一电阻的第一端还与所述第十电阻的第二端和所述负载的第二端电连接；所述第十一电阻的第二端与所述第一电容的第二端电连接，所述第十一电阻的第二端还接地。

8.根据权利要求1所述的档位调节电流源电路，其特征在于，所述电流控制模块包括电源芯片、第二晶体管、第三晶体管和电感；

所述电源芯片的电压反馈端与所述信号放大模块的电压输出端电连接，所述电源芯片的第一输出端与所述第二晶体管的控制端电连接，所述电源芯片的第二输出端与所述第三晶体管的控制端电连接；

所述第二晶体管的第一端与第二供电电源电连接；所述第二晶体管的第二端通过所述电感与所述负载电连接；所述第二晶体管的第二端还与所述第三晶体管的第一端电连接；所述第三晶体管的第二端接地；

所述电源芯片用于根据电压反馈端的反馈电压控制所述第二晶体管或所述第三晶体管导通。

9.根据权利要求8所述的档位调节电流源电路，其特征在于，所述电流控制模块包括还包括第三电容、第三二极管；

所述第三电容的第一端与所述第一晶体管的第二端、所述第二晶体管的第一端共同连接，所述第三电容的第一端还与所述电源芯片的第一输入端电连接；所述第三电容的第二端与所述第三二极管负极和所述电源芯片的第二输入端共同连接，所述第三二极管的正极与第二供电电源电连接。

10.根据权利要求1所述的档位调节电流源电路，其特征在于，还包括：过压保护模块；

所述过压保护模块的输出端与所述电流控制模块的电流输出端电连接；所述过压保护模块的控制端与所述电流控制模块的电压反馈端电连接；

所述过压保护模块用于根据所述电流控制模块的电压反馈端的电压，控制所述电流控制模块的输出电压。

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