CN117093043A - 高精度交直流恒压恒流源电路及电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度交直流恒压恒流源电路及电源装置，包括MCU、第一DAC模块、第二DAC模块、恒压恒流控制模块、开关电路、功率输出模块、电源端和用于连接负载的输出端子。本申请基于HOWLAND恒流源和运放负反馈原理，功率输出模块采用上N下P的输出拓扑结构，通过MCU的编程信号控制第一DAC模块/第二DAC模块输出不同频率的波形，实现宽范围、高精度的交直流一体恒压恒流源电路，并且本申请将采样电阻放置于低侧，可以消除负载变化带来的共模电压浮动，进一步提高精度。整体电路架构简单，交流及正负直流输出均共用输出级，且理论上可无限增加输出对管和采样电阻，以增大电流输出范围和电压带载能力。

Description

高精度交直流恒压恒流源电路及电源装置

技术领域

本发明涉及电源测试领域，特别涉及一种高精度交直流恒压恒流源电路及电源装置。

背景技术

恒压恒流源是测试校准等场合的常用电路，目前市面上的恒压恒流源无论电压还是电流大多只具有直流或交流一种输出模式，且电路复杂繁琐，成本很高。此外现有的恒压恒流源要么输出精度高，但输出范围小；要么输出范围大，但精度低。

综上，现有的恒压恒流电路都只能输出单向或双向直流，无法做到交直流一体；并且精度与输出范围很难做到兼顾，无法满足几十上百安的测试场合。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种高精度交直流恒压恒流源电路及电源装置，能够实现交直流一体的恒压恒流输出，并且能够兼顾精度与输出范围。

根据本发明第一方面实施例的高精度交直流恒压恒流源电路，包括：MCU；第一DAC模块和第二DAC模块，所述MCU连接所述第一DAC模块的输入端以用于输出电压VEST信号，所述MCU连接所述第二DAC模块的输入端输出电流IEST信号；恒压恒流控制模块，所述恒压恒流控制模块包括第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器和第四运算放大器，所述第一DAC模块的输出端通过电阻R56连接第一运算放大器的同相端，所述第一运算放大器的反相端通过电阻R54接地，所述电阻R56与电阻R54的阻值相等，所述第二运算放大器的反相端连接所述第二运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的输出端通过电阻R53连接所述第一运算放大器的反相端，所述第四运算放大器的反相端连接所述第四运算放大器的输出端，所述第四运算放大器的输出端通过电阻R57连接所述第一运算放大器的同相端，所述电阻R53与所述电阻R57的阻值相等；所述第二DAC模块的输出端通过电阻R65连接第三运算放大器的同相端，所述第三运算放大器的反相端通过电阻R62接地，所述电阻R65与电阻R62的阻值相等，所述第四运算放大器的输出端通过电阻R61连接所述第三运算放大器的反相端，所述第三运算放大器的同相端通过电阻R66接地，所述电阻R61与所述电阻R66的阻值相等；开关电路，所述开关电路包括开关S1和开关S2，所述第一运算放大器的输出端连接所述开关S1的一端，所述第三运算放大器的输出端连接所述开关S2的一端，所述MCU连接所述开关模块的控制端以用于切换开关S1和开关S2；功率输出模块和电源端，所述功率输出模块采用上N下P的拓扑结构，所述开关S1和开关S2的另一端皆连接所述功率输出模块的控制端，所述功率输出模块的输入端连接电源端的正极，所述功率输出模块的输出端连接电源端的负极，所述功率输出模块的输出端通过电阻R49连接所述第二运算放大器的同相端；用于连接负载的输出端子，所述输出端子的正极连接所述功率输出模块的输出端，所述输出端子的负极通过采样电阻接地，所述输出端子的负极通过电阻R70连接所述第四运算放大器的反相端。

根据本发明第一方面实施例的高精度交直流恒压恒流源电路，至少具有如下有益效果：

本发明实施方式中MCU通过编程信号调节第一DAC模块和第二DAC模块的输出电压，通过第一DAC模块输出VEST信号，通过第二DAC模块输出IEST信号，VEST信号进入第一运算放大器同相端，IEST信号进入第三运算放大器的同相端，第二运算放大器和电阻R49组成跟随器，用于获取功率输出模块的输出电压，第四运算放大器和电阻R49组成跟随器，用于通过采样电阻获取功率输出模块的输出电流，第一运算放大器和第三运算放大器的输出通过开关电路接入功率输出模块，MCU通过控制开关电路实现恒流源电路和恒压源电路的切换。当切换为恒压源电路时，因为本申请中电阻R56与电阻R54的阻值相等、电阻R53与所述电阻R57的阻值相等，因此可以实现第一DAC模块的VEST信号和功率输出模块的输出电压成正比；当切换为恒流源电路时，因为本申请中电阻R62与电阻R65的阻值相等、电阻R61与所述电阻R66的阻值相等，因此可以实现第二DAC模块的IEST信号和功率输出模块的输出电流成正比，最终通过MCU设置第一DAC模块/第二DAC模块输出相应的波形就可以由功率输出模块输出指定电压/电流。

本申请基于HOWLAND恒流源和运放负反馈原理，功率输出模块采用上N下P的输出拓扑结构，通过MCU的编程信号控制第一DAC模块/第二DAC模块输出不同频率的波形，实现宽范围、高精度的交直流一体恒压恒流源电路，并且本申请将采样电阻放置于低侧，可以消除负载变化带来的共模电压浮动，进一步提高精度。整体电路架构简单，交流及正负直流输出均共用输出级，且理论上可无限增加输出对管和采样电阻，以增大电流输出范围和电压带载能力。

根据本发明的一些实施例，所述功率输出模块包括NPN三极管Q17、PNP三极管Q20、二极管D12和二极管D13，所述二极管D12的正极连接所述二极管D13的负极，所述开关S1和开关S2的另一端皆连接所述二极管D12和所述二极管D13的公共端，所述二极管D12的负极通过依次串联的电阻R52和电阻R50连接电源端的正极，所述电阻R52和电阻R50的公共端连接所述NPN三极管Q17的基极，所述二极管D13的正极通过依次串联的电阻R67和电阻R69连接电源端的负极，所述电阻R67和电阻R69的公共端连接所述PNP三极管Q20的基极，所述NPN三极管Q17的集电极连接电源端的正极，所述NPN三极管Q17的发射极连接所述PNP三极管Q20的发射极，所述PNP三极管Q20的基极连接电源端的负极，所述NPN三极管Q17和所述PNP三极管Q20的公共端作为功率输出模块的输出端。

根据本发明的一些实施例，所述功率输出模块还包括电阻R51和电阻R68，所述电阻R52和电阻R50的公共端通过电阻R51连接所述NPN三极管Q17的基极，所述电阻R67和电阻R69的公共端通过电阻R68连接所述PNP三极管Q20的基极。

根据本发明的一些实施例，所述功率输出模块还包括限流电路，所述限流电路包括二极管D11、二极管D14、NPN三极管Q18、PNP三极管Q19、电阻R58、电阻R59、电阻R60和电阻R63，所述NPN三极管Q17的基极连接所述二极管D11的负极，所述二极管D11的正极连接所述NPN三极管Q18的集电极，所述NPN三极管Q18的发射极连接所述PNP三极管Q19的发射极，所述PNP三极管Q19的集电极连接所述二极管D14的负极，所述二极管D14的正极连接所述PNP三极管Q20的基极，所述NPN三极管Q18的基极通过电阻R58连接所述NPN三极管Q17的发射极，所述PNP三极管Q19的基极通过电阻R68连接所述PNP三极管Q20的发射极，所述NPN三极管Q17的发射极和所述PNP三极管Q20的发射极之间串联有电阻R59和电阻R60，所述电阻R59和电阻R60的公共端作为功率输出模块的输出端。

根据本发明的一些实施例，所述功率输出模块包括NPN三极管Q5、PNP三极管Q12、二极管D5、二极管D6、至少两个上N下P结构的输出对管电路，所述二极管D5的正极连接所述二极管D6的负极，所述第一运算放大器的输出端连接所述二极管D5和所述二极管D6的公共端，所述二极管D5的负极通过依次串联的电阻R19和电阻R17连接电源端的正极，所述电阻R19和电阻R17的公共端连接所述NPN三极管Q5的基极，所述NPN三极管Q5的集电极连接电源端的正极，所述NPN三极管Q5的发射极通过电阻R20分别连接多个至少两个所述输出对管电路中NPN三极管的基极，所述二极管D6的正极通过依次串联的电阻R30和电阻R32连接电源端的负极，所述电阻R30和电阻R32的公共端连接所述PNP三极管Q12的基极，所述PNP三极管Q12的集电极连接电源端的负极，所述PNP三极管Q12的发射极通过电阻R27分别连接至少两个所述输出对管电路中PNP三极管的基极，至少两个所述输出对管电路中的NPN三极管的集电极皆连接所述电源端的正极，至少两个所述输出对管电路中的PNP三极管的集电极皆连接所述电源端的负极，所述输出对管电路中NPN三极管的发射极连接所述输出对管电路中PNP三极管的发射极并作为功率输出模块的输出端。

根据本发明的一些实施例，所述功率输出模块还包括限流电路，所述限流电路包括NPN三极管Q8、PNP三极管Q9、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R18和电阻R31，所述NPN三极管Q5的发射极通过电阻R20连接所述NPN三极管Q8的集电极，所述NPN三极管Q8的发射极连接所述PNP三极管Q9的发射极，所述PNP三极管Q12的发射极通过电阻R27连接所述PNP三极管Q9的集电极，所述NPN三极管Q8的基极通过电阻R23连接所述输出对管电路中的NPN三极管的发射极，所述PNP三极管Q9的基极通过电阻R26连接所述输出对管电路中的PNP三极管的发射极，所述输出对管电路中的NPN三极管的发射极和所述输出对管电路中的PNP三极管的发射极之间串联有电阻R24和电阻R25，所述电阻R24和电阻R25的公共端连接所述NPN三极管Q8和所述PNP三极管Q9的公共端作为功率输出模块的输出端，所述电阻R19和电阻R17的公共端通过电阻R18连接所述NPN三极管Q5的基极，所述电阻R30和电阻R32的公共端通过电阻R31连接所述PNP三极管Q12的基极。

根据本发明的一些实施例，所述输出对管电路中的NPN三极管和PNP三极管的发射极分别连接有一电阻。

根据本发明的一些实施例，所述采样电阻为多个，多个采样电阻的阻值各不相同，多个采样电阻互相并联且每个采样电阻的一端皆设置有一开关以用于切换不同阻值的采样电阻。

根据本发明的一些实施例，所述电阻R53、电阻R54、电阻R56、电阻R57、电阻R61、电阻R62、电阻R65和电阻R66皆采用温漂5ppm/℃的电阻。

根据本发明第二方面实施例的电源装置，包括上述的高精度交直流恒压恒流源电路。

根据本发明第二方面实施例的电源装置，至少具有如下有益效果：

本发明实施方式中MCU通过编程信号调节第一DAC模块和第二DAC模块的输出电压，通过第一DAC模块输出VEST信号，通过第二DAC模块输出IEST信号，VEST信号进入第一运算放大器同相端，IEST信号进入第三运算放大器的同相端，第二运算放大器和电阻R49组成跟随器，用于获取功率输出模块的输出电压，第四运算放大器和电阻R49组成跟随器，用于通过采样电阻获取功率输出模块的输出电流，第一运算放大器和第三运算放大器的输出通过开关电路接入功率输出模块，MCU通过控制开关电路实现恒流源电路和恒压源电路的切换。当切换为恒压源电路时，因为本申请中电阻R56与电阻R54的阻值相等、电阻R53与所述电阻R57的阻值相等，因此可以实现第一DAC模块的VEST信号和功率输出模块的输出电压成正比；当切换为恒流源电路时，因为本申请中电阻R62与电阻R65的阻值相等、电阻R61与所述电阻R66的阻值相等，因此可以实现第二DAC模块的IEST信号和功率输出模块的输出电流成正比，最终通过MCU设置第一DAC模块/第二DAC模块输出相应的波形就可以由功率输出模块输出指定电压/电流。

本申请基于HOWLAND恒流源和运放负反馈原理，功率输出模块采用上N下P的输出拓扑结构，通过MCU的编程信号控制第一DAC模块/第二DAC模块输出不同频率的波形，实现宽范围、高精度的交直流一体恒压恒流源电路，并且本申请将采样电阻放置于低侧，可以消除负载变化带来的共模电压浮动，进一步提高精度。整体电路架构简单，交流及正负直流输出均共用输出级，且理论上可无限增加输出对管和采样电阻，以增大电流输出范围和电压带载能力。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明实施例中高精度交直流恒压恒流源电路的电路原理图；

图2为本发明实施例中另一种功率输出模块的电路原理图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1所示，一种高精度交直流恒压恒流源电路，包括：MCU、第一DAC模块DAC1、第二DAC模块DAC2、恒压恒流控制模块、开关电路、功率输出模块、电源端和用于连接负载的输出端子。具体的，MCU的两个编程信号输出引脚分别连接第一DAC模块DAC1和第二DAC模块DAC2的输入端，MCU通过第一DAC模块DAC1输出电压VEST信号，通过第二DAC模块DAC2输出电流IEST信号，第一DAC模块DAC1和第二DAC模块DAC2的输出端分别连接恒压恒流控制模块的输入端。具体的，本发明中恒压恒流控制模块包括第一运算放大器U6B、第二运算放大器U5B、第三运算放大器U7B和第四运算放大器U8B，第一DAC模块DAC1的输出端通过电阻R56连接第一运算放大器U6B的同相端，第一运算放大器U6B的反相端通过电阻R54接地，本实施例中电阻R56与电阻R54的阻值相等，第二运算放大器U5B的反相端连接第二运算放大器U5B的输出端，第二运算放大器U5B的输出端通过电阻R53连接第一运算放大器U6B的反相端，第四运算放大器U8B的反相端连接第四运算放大器U8B的输出端，第四运算放大器U8B的输出端通过电阻R57连接第一运算放大器U6B的同相端，电阻R53与电阻R57的阻值相等；第二DAC模块DAC2的输出端通过电阻R65连接第三运算放大器U7B的同相端，第三运算放大器U7B的反相端通过电阻R62接地，电阻R65与电阻R62的阻值相等，第四运算放大器U8B的输出端通过电阻R61连接第三运算放大器U7B的反相端，第三运算放大器U7B的同相端通过电阻R66接地，电阻R61与电阻R66的阻值相等；

开关电路包括开关S1和开关S2，第一运算放大器U6B的输出端通过电阻R55连接开关S1的左端，第三运算放大器U7B的输出端通过电阻R64连接开关S2的左端，MCU连接开关模块的控制端以用于切换开关S1和开关S2，需要说明的是，本发明中开关S1和开关S2为互斥状态，当开关S1闭合，开关S2断开时电路工作在恒压源模式，当开关S1断开，开关S2闭合时电路工作在恒流源模式。

本发明中功率输出模块采用上N下P的拓扑结构，开关S1和开关S2的右端皆连接功率输出模块的控制端，功率输出模块的输入端连接电源端的正极VCC，功率输出模块的输出端连接电源端的负极VSS，功率输出模块的输出端通过电阻R49连接第二运算放大器U5B的同相端；输出端子的正极VOUT+连接功率输出模块的输出端，输出端子的负极VOUT-通过采样电阻RS4接地，输出端子的负极VOUT-通过电阻R70连接第四运算放大器U8B的反相端。

下面说明本发明的工作原理：

MCU通过第一DAC模块DAC1输出一个VEST信号给第一运算放大器U6B，通过第二DAC模块DAC2输出一个IEST信号给第三运算放大器U7B，通过第一运算放大器U6B、第二运算放大器U5B、第三运算放大器U7B和第四运算放大器U8B构成的恒压恒流控制模块控制功率输出模块的输出电压和输出电流。当开关切换为S1时电路工作在恒压源模式，第一运算放大器U6B、第二运算放大器U5B、第四运算放大器U8B和功率输出模块构成电压控制环路，恒压恒流控制模块中电阻R49和第二运算放大器U5B组成跟随器，电阻R70和第四运算放大器U8B组成跟随器，第二运算放大器U5B的输出电压等于输出端子的正极VOUT+的电压，第四运算放大器U8B的输出电压等于输出端子的负极VOUT-的电压，根据虚短虚断原理，第一运算放大器U6B的同相端和反相端的输入电压相等，则可以得到VOUT*R54/(R54+R53)＝VSET*R57/(R56+R57)，其中VOUT为功率输出模块的输出电压，VSET为第一DAC模块DAC1的输出电压,因为本申请中R54＝R56、R57＝R53；最终可以得到VOUT＝VSET*(R53/R54)；因此恒压源模式中VOUT与VSET成正比，只需通过MCU设置第一DAC模块DAC1输出相应的波形就可以得到相应的电压。并且本申请中功率输出模块采用上N下P的结构，一方面可以增大电流输出，提高带载能力，一方面可以输出正负电压和交流电压。当开关切换为S1时工作原理电路工作在恒流源模式，第三运算放大器U7B、第四运算放大器U8B、采样电阻RS4和功率输出模块构成电流控制环路，恒流源模式的工作原理与恒压源模式相同，因为电阻R61与电阻R66的阻值相等，电阻R62与电阻R65的阻值相等，因此恒流源模式中Iout与ISET成正比，Iout为输出电流，只需通过MCU设置第二DAC模块DAC2输出相应的波形就可以得到相应的电流。并且本申请中功率输出模块采用上N下P的结构，可以增大电流输出，提高带载能力，实现宽范围、高精度的交直流一体恒压、恒流源电路。

其中，为了提高输出精度，本发明中电阻R53、电阻R54、电阻R56、电阻R57、电阻R61、电阻R62、电阻R66和电阻R65皆采用温漂5ppm/℃的电阻，输出精度高，可以达到10PPM级。

具体的，本发明实施例中功率输出模块包括NPN三极管Q17、PNP三极管Q20、二极管D12和二极管D13，二极管D12的正极连接二极管D13的负极，开关S1和开关S2的另一端皆连接二极管D12和二极管D13的公共端，二极管D12的负极通过依次串联的电阻R52和电阻R50连接电源端的正极，电阻R52和电阻R50的公共端连接NPN三极管Q17的基极，二极管D13的正极通过依次串联的电阻R67和电阻R69连接电源端的负极，电阻R67和电阻R69的公共端连接PNP三极管Q20的基极，NPN三极管Q17的集电极连接电源端的正极，NPN三极管Q17的发射极连接PNP三极管Q20的发射极，PNP三极管Q20的基极连接电源端的负极，NPN三极管Q17和PNP三极管Q20的公共端作为功率输出模块的输出端。

需要说明的是，功率输出模块中二极管D12、二极管D13、电阻R50、电阻R52、电阻R67和电阻R69形成分压回路，用于驱动NPN三极管Q17和PNP三极管Q20，其中设置二极管D12和二极管D13是为了消除交越失真，因为NPN三极管Q17和PNP三极管Q20开启时需要基极对发射极有个大约0.7V的门限电压，如果去除二极管D12和二极管D13，那么当第一运算放大器U6B/第三运算放大器U7B的输出端在±0.7V以内时，NPN三极管Q17和PNP三极管Q20无法导通，从而会导致输出在零点附近失真，影响直流输出零点和交流输出的过零点；设置二极管D12和二极管D13可以产生一个0.7V的压降，刚好满足NPN三极管Q17和PNP三极管Q20的门限电压，这样当运放输出在过零点有变化时，就能体现到输出端，进而消除交越失真。

具体的，本发明实施例中功率输出模块还包括电阻R51和电阻R68，电阻R52和电阻R50的公共端通过电阻R51连接NPN三极管Q17的基极，电阻R67和电阻R69的公共端通过电阻R68连接PNP三极管Q20的基极。

需要说明的是，电阻R51和电阻R68为限流电阻，目的是为了防止NPN三极管Q17和PNP三极管Q20基极击穿。

具体的，本发明实施例中功率输出模块还包括限流电路，限流电路包括二极管D11、二极管D14、NPN三极管Q18、PNP三极管Q19、电阻R58、电阻R59、电阻R60和电阻R63，NPN三极管Q17的基极连接二极管D11的负极，二极管D11的正极连接NPN三极管Q18的集电极，NPN三极管Q18的发射极连接PNP三极管Q19的发射极，PNP三极管Q19的集电极连接二极管D14的负极，二极管D14的正极连接PNP三极管Q20的基极，NPN三极管Q18的基极通过电阻R58连接NPN三极管Q17的发射极，PNP三极管Q19的基极通过电阻R68连接PNP三极管Q20的发射极，NPN三极管Q17的发射极和PNP三极管Q20的发射极之间串联有电阻R59和电阻R60，电阻R59和电阻R60的公共端作为功率输出模块的输出端。

需要说明的是，限流电路中二极管D11、NPN三极管Q18、电阻R58和电阻R59对应NPN三极管Q17的限流，二极管D14、PNP三极管Q19、电阻R60和电阻R63对应PNP三极管Q20的限流。以二极管D11、NPN三极管Q18、电阻R58和电阻R59为例，当电流达到一定值时，电阻R59上的电压达到NPN三极管Q18的开启电压，此时NPN三极管Q18导通，拉低NPN三极管Q17的基极电压，从而NPN三极管Q17的电流减小，电阻R59上电压减小，最终达到平衡，电流被限制在一个固定值。其中二极管D11为防止负电流输出时，电流经输出端从Q18反向导通，再经D12流向运放。二极管D14、PNP三极管Q19、电阻R60和电阻R63对PNP三极管Q20的限流同理。该限流电路可防止由于误操作造成的输出端短路，保护内部器件和外接设备不受损坏。

图1中的功率输出模块虽然提升了带载能力，但带载能力仍然受NPN三极管Q13和PNP三极管Q16的输出能力限制，为了进一步提高输出能力，参考图2所示，为本发明实施例的另一种功率输出模块，其包括NPN三极管Q5、PNP三极管Q12、二极管D5、二极管D6、至少两个上N下P结构的输出对管电路，二极管D5的正极连接二极管D6的负极，开关电路的输出端连接二极管D5和二极管D6的公共端，二极管D5的负极通过依次串联的电阻R19和电阻R17连接电源端的正极，电阻R19和电阻R17的公共端连接NPN三极管Q5的基极，NPN三极管Q5的集电极连接电源端的正极，NPN三极管Q5的发射极通过电阻R20分别连接多个至少两个输出对管电路中NPN三极管的基极，输出对管电路中NPN三极管的基极分别串联有一电阻，例如NPN三极管Q6通过电阻R21和电阻R20连接NPN三极管Q5的发射极，二极管D6的正极通过依次串联的电阻R30和电阻R32连接电源端的负极，电阻R30和电阻R32的公共端连接PNP三极管Q12的基极，PNP三极管Q12的集电极连接电源端的负极，PNP三极管Q12的发射极通过电阻R27分别连接至少两个输出对管电路中PNP三极管的基极，至少两个输出对管电路中的NPN三极管的集电极皆连接电源端的正极，至少两个输出对管电路中的PNP三极管的集电极皆连接电源端的负极，输出对管电路中NPN三极管的发射极连接输出对管电路中PNP三极管的发射极并作为功率输出模块的输出端。

需要说明的是，图2中的功率输出模块在输出对管电路前通过增设NPN三极管Q5和PNP三极管Q12来增加驱动能力，后级的输出对管电路理论上可以无限增加，以增大输出能力。

其中，功率输出模块还包括电阻R18和电阻R31，电阻R19和电阻R17的公共端通过电阻R18连接NPN三极管Q5的基极，电阻R30和电阻R32的公共端通过电阻R31连接PNP三极管Q12的基极。

应能理解的是，图2中电阻R18和电阻R31的作用与图1中的电阻R35和电阻R47相同，即限流电阻，目的是为了防止NPN三极管Q5和PNP三极管Q12的基极击穿。

其中，功率输出模块还包括限流电路，限流电路包括NPN三极管Q8、PNP三极管Q9、电阻R23、电阻R24、电阻R25和电阻R26，NPN三极管Q5的发射极通过电阻R20连接NPN三极管Q8的集电极，NPN三极管Q8的发射极连接PNP三极管Q9的发射极，PNP三极管Q12的发射极通过电阻R27连接PNP三极管Q9的集电极，NPN三极管Q8的基极通过电阻R23连接输出对管电路中的NPN三极管的发射极，PNP三极管Q9的基极通过电阻R26连接输出对管电路中的PNP三极管的发射极，输出对管电路中的NPN三极管的发射极和输出对管电路中的PNP三极管的发射极之间串联有电阻R24和电阻R25，电阻R24和电阻R25的公共端连接NPN三极管Q8和PNP三极管Q9的公共端作为功率输出模块的输出端。

应能理解的是，图2中限流电路与图1中的限流电路原理和作用相同，都是为了防止由于误操作造成的输出端短路，保护内部器件和外接设备不受损坏。

其中，输出对管电路中的NPN三极管和PNP三极管的发射极分别连接有一电阻，例如图2中NPN三极管Q6的发射极连接有电阻Ro1，NPN三极管Q7的发射极连接有电阻Ro2，PNP三极管Q10的发射极连接有电阻Ro3，PNP三极管Q11的发射极连接有电阻Ro4。

需要说明的是，电阻Ro1、电阻Ro2、电阻Ro3和电阻Ro4都为阻值较小的电阻，一般阻值为零点几欧姆，其作用是使所有三极管均流，防止某个三极管电流过大。

其中，本实施例中采样电阻为多个且阻值各不相同，多个采样电阻互相并联且每个采样电阻的一端皆设置有一开关以用于切换不同阻值的采样电阻，示例性的，参考图2所示，采样电阻包括互相并联且分别连接一开关的采样电阻RS1、采样电阻RS2和采样电阻RS3，采样电阻RS1、采样电阻RS2和采样电阻RS3的阻值依次增大，通过开关可以切换不同的采样电阻RS1、RS2、RS3……，以此设置不同的电流量程。选择合适的电流量程可以提高小电流输出时的精度。

需要说明的是，除了图2中的电路以外，图1中的高精度交直流恒压恒流源电路也可以设置多个采样电阻从而实现量程的切换。

本发明还涉及一种电源装置，包括上述实施例的高精度交直流恒压恒流源电路。

本申请基于HOWLAND恒流源和运放负反馈原理，功率输出模块采用上N下P的输出拓扑结构，通过MCU的编程信号控制DAC输出不同频率的波形，实现多量程、宽范围、高精度的交直流一体恒压恒流源电路，并且本申请将采样电阻放置于低侧，可以消除负载变化带来的共模电压浮动，进一步提高精度。整体电路架构简单，交流及正负直流输出均共用输出级，且理论上可无限增加输出对管和采样电阻，以增大电流输出范围和电压带载能力。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种高精度交直流恒压恒流源电路，其特征在于，包括：

MCU；

第一DAC模块和第二DAC模块，所述MCU连接所述第一DAC模块的输入端以用于输出电压VEST信号，所述MCU连接所述第二DAC模块的输入端输出电流IEST信号；

恒压恒流控制模块，所述恒压恒流控制模块包括第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器和第四运算放大器，所述第一DAC模块的输出端通过电阻R56连接第一运算放大器的同相端，所述第一运算放大器的反相端通过电阻R54接地，所述电阻R56与电阻R54的阻值相等，所述第二运算放大器的反相端连接所述第二运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的输出端通过电阻R53连接所述第一运算放大器的反相端，所述第四运算放大器的反相端连接所述第四运算放大器的输出端，所述第四运算放大器的输出端通过电阻R57连接所述第一运算放大器的同相端，所述电阻R53与所述电阻R57的阻值相等；

所述第二DAC模块的输出端通过电阻R65连接第三运算放大器的同相端，所述第三运算放大器的反相端通过电阻R62接地，所述电阻R65与电阻R62的阻值相等，所述第四运算放大器的输出端通过电阻R61连接所述第三运算放大器的反相端，所述第三运算放大器的同相端通过电阻R66接地，所述电阻R61与所述电阻R66的阻值相等；

开关电路，所述开关电路包括开关S1和开关S2，所述第一运算放大器的输出端连接所述开关S1的一端，所述第三运算放大器的输出端连接所述开关S2的一端，所述MCU连接所述开关模块的控制端以用于切换开关S1和开关S2；

功率输出模块和电源端，所述功率输出模块采用上N下P的拓扑结构，所述开关S1和开关S2的另一端皆连接所述功率输出模块的控制端，所述功率输出模块的输入端连接电源端的正极，所述功率输出模块的输出端连接电源端的负极，所述功率输出模块的输出端通过电阻R49连接所述第二运算放大器的同相端；

用于连接负载的输出端子，所述输出端子的正极连接所述功率输出模块的输出端，所述输出端子的负极通过采样电阻接地，所述输出端子的负极通过电阻R70连接所述第四运算放大器的反相端。

2.根据权利要求1所述的高精度交直流恒压恒流源电路，其特征在于，所述功率输出模块包括NPN三极管Q17、PNP三极管Q20、二极管D12和二极管D13，所述二极管D12的正极连接所述二极管D13的负极，所述开关S1和开关S2的另一端皆连接所述二极管D12和所述二极管D13的公共端，所述二极管D12的负极通过依次串联的电阻R52和电阻R50连接电源端的正极，所述电阻R52和电阻R50的公共端连接所述NPN三极管Q17的基极，所述二极管D13的正极通过依次串联的电阻R67和电阻R69连接电源端的负极，所述电阻R67和电阻R69的公共端连接所述PNP三极管Q20的基极，所述NPN三极管Q17的集电极连接电源端的正极，所述NPN三极管Q17的发射极连接所述PNP三极管Q20的发射极，所述PNP三极管Q20的基极连接电源端的负极，所述NPN三极管Q17和所述PNP三极管Q20的公共端作为功率输出模块的输出端。

3.根据权利要求2所述的高精度交直流恒压恒流源电路，其特征在于，所述功率输出模块还包括电阻R51和电阻R68，所述电阻R52和电阻R50的公共端通过电阻R51连接所述NPN三极管Q17的基极，所述电阻R67和电阻R69的公共端通过电阻R68连接所述PNP三极管Q20的基极。

4.根据权利要求2所述的高精度交直流恒压恒流源电路，其特征在于，所述功率输出模块还包括限流电路，所述限流电路包括二极管D11、二极管D14、NPN三极管Q18、PNP三极管Q19、电阻R58、电阻R59、电阻R60和电阻R63，所述NPN三极管Q17的基极连接所述二极管D11的负极，所述二极管D11的正极连接所述NPN三极管Q18的集电极，所述NPN三极管Q18的发射极连接所述PNP三极管Q19的发射极，所述PNP三极管Q19的集电极连接所述二极管D14的负极，所述二极管D14的正极连接所述PNP三极管Q20的基极，所述NPN三极管Q18的基极通过电阻R58连接所述NPN三极管Q17的发射极，所述PNP三极管Q19的基极通过电阻R68连接所述PNP三极管Q20的发射极，所述NPN三极管Q17的发射极和所述PNP三极管Q20的发射极之间串联有电阻R59和电阻R60，所述电阻R59和电阻R60的公共端作为功率输出模块的输出端。

5.根据权利要求1所述的高精度交直流恒压恒流源电路，其特征在于，所述功率输出模块包括NPN三极管Q5、PNP三极管Q12、二极管D5、二极管D6、至少两个上N下P结构的输出对管电路，所述二极管D5的正极连接所述二极管D6的负极，所述第一运算放大器的输出端连接所述二极管D5和所述二极管D6的公共端，所述二极管D5的负极通过依次串联的电阻R19和电阻R17连接电源端的正极，所述电阻R19和电阻R17的公共端连接所述NPN三极管Q5的基极，所述NPN三极管Q5的集电极连接电源端的正极，所述NPN三极管Q5的发射极通过电阻R20分别连接多个至少两个所述输出对管电路中NPN三极管的基极，所述二极管D6的正极通过依次串联的电阻R30和电阻R32连接电源端的负极，所述电阻R30和电阻R32的公共端连接所述PNP三极管Q12的基极，所述PNP三极管Q12的集电极连接电源端的负极，所述PNP三极管Q12的发射极通过电阻R27分别连接至少两个所述输出对管电路中PNP三极管的基极，至少两个所述输出对管电路中的NPN三极管的集电极皆连接所述电源端的正极，至少两个所述输出对管电路中的PNP三极管的集电极皆连接所述电源端的负极，所述输出对管电路中NPN三极管的发射极连接所述输出对管电路中PNP三极管的发射极并作为功率输出模块的输出端。

6.根据权利要求5所述的高精度交直流恒压恒流源电路，其特征在于，所述功率输出模块还包括限流电路，所述限流电路包括NPN三极管Q8、PNP三极管Q9、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R18和电阻R31，所述NPN三极管Q5的发射极通过电阻R20连接所述NPN三极管Q8的集电极，所述NPN三极管Q8的发射极连接所述PNP三极管Q9的发射极，所述PNP三极管Q12的发射极通过电阻R27连接所述PNP三极管Q9的集电极，所述NPN三极管Q8的基极通过电阻R23连接所述输出对管电路中的NPN三极管的发射极，所述PNP三极管Q9的基极通过电阻R26连接所述输出对管电路中的PNP三极管的发射极，所述输出对管电路中的NPN三极管的发射极和所述输出对管电路中的PNP三极管的发射极之间串联有电阻R24和电阻R25，所述电阻R24和电阻R25的公共端连接所述NPN三极管Q8和所述PNP三极管Q9的公共端作为功率输出模块的输出端，所述电阻R19和电阻R17的公共端通过电阻R18连接所述NPN三极管Q5的基极，所述电阻R30和电阻R32的公共端通过电阻R31连接所述PNP三极管Q12的基极。

7.根据权利要求5所述的高精度交直流恒压恒流源电路，其特征在于，所述输出对管电路中的NPN三极管和PNP三极管的发射极分别连接有一电阻。

8.根据权利要求1所述的高精度交直流恒压恒流源电路，其特征在于，所述采样电阻为多个，多个采样电阻的阻值各不相同，多个采样电阻互相并联且每个采样电阻的一端皆设置有一开关以用于切换不同阻值的采样电阻。

9.根据权利要求1所述的高精度交直流恒压恒流源电路，其特征在于，所述电阻R53、电阻R54、电阻R56、电阻R57、电阻R61、电阻R62、电阻R65和电阻R66皆采用温漂5ppm/℃的电阻。

10.一种电源装置，其特征在于，包括权利要求1至9任意一项所述的高精度交直流恒压恒流源电路。