CN201145864Y - 一种数控恒流源 - Google Patents

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CN201145864Y CNU2007201905158U CN200720190515U CN201145864Y CN 201145864 Y CN201145864 Y CN 201145864Y CN U2007201905158 U CNU2007201905158 U CN U2007201905158U CN 200720190515 U CN200720190515 U CN 200720190515U CN 201145864 Y CN201145864 Y CN 201145864Y
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张新
庄小利
舒胜宇
马淼
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王迎春
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罗辉
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Abstract

本实用新型公开了一种数控恒流源，可以输出高精度、高稳定度可变量程的差分电流。本实用新型中的数控恒流模块由总线端、数字隔离电路、D/A转换电路、V/I转换电路和输出端组成，D/A采用16位芯片，V/I转换电路用了高精度、高稳定器件，保证D/A的分辨率和精度，同时两路之间采用路间隔离，避免相邻两路之间的相互干扰。本实用新型电路具有结构简单、分辨率高、精度高、稳定性好的特点，经调试，长期分辨率为15.9位，精度达到0.0016％，稳定度为0.02ppm/℃。

Description

一种数控恒流源
技术领域
本实用新型涉及电源电路技术领域，具体地说，是指一种数控恒流源。
背景技术
随着电子技术向各个领域的渗透，许多场合，尤其是高精度测控系统需要高精度、高稳定度的数控恒流源。恒流源是电子电路中经常使用的一种有着特别要求的电源，其主要特点是在负载发生变化时，电源输出的电流要尽可能地保持稳定。目前，国内的数控恒流源主要由D/A来控制输出，恒流源的分辨率、精度主要取决于D/A芯片，精度和稳定度取决于D/A芯片、外围器件的精度和温漂大小。D/A芯片目前常用的为16位，积分线性误差和微分线性误差可达到±0.5LSB，加上芯片固有温漂系数，因此要达到高精度、高稳定度的恒流源，必须在选器件上慎重考虑。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是通过分析各级电路对恒流源的影响，逐级避免误差，从而得到高精度(0.0016％)、高稳定度(0.02ppm/℃)数控恒流源。
本实用新型的数控恒流源由总线端、数字隔离电路、D/A转换电路、V/I转换电路组成。
所述的数字隔离电路采用光耦U1、U4、U5、U8进行隔离，隔离后的数字信号连到D/A芯片U2；D/A芯片U2和运算放大器U3组成一个D/A转换电路，D/A芯片U2的2脚接外部运算放大器U3的同相端，13脚接U3的反相端，1脚接U3的输出端；所述D/A转换电路中U3的输出端Vout3端直接与V/I转换电路的运算放大器U7相连。
所述的数字隔离电路采用路间隔离方式。
所述的V/I转换电路由运算放大器U7+双向互补输出电路、电阻R3、R9组成，电流负载接在Iout3-和Iout3+之间，R9为采样电阻，R4、R10、R11提供晶体管的静态工作点。所述的双向互补输出电路由两个三极管Q1、Q2和电阻R4、R10、R11组成。
本实用新型数控恒流源电路简单，一路差分恒流源仅用了一个高精度低温漂的电阻，元器件少，生产成本较低；具有高精度、高稳定度性，分辨率达到15.9位，精度达到0.0016％，稳定度达到0.02ppm/℃。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图；
图2为数字信号隔离电路原理图；
图3为D/A转换电路原理图；
图4为D/A参考电压电路原理图；
图5为V/I转换电路原理图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
本实用新型是高精度、高稳定度数控恒流源，原理框图如图1所示，它由总线端、数字隔离电路、D/A转换电路、V/I转换电路和输出端组成，所述的数字隔离电路的原理图如图2所示，所述的数字隔离电路由光耦U1、U4、U5、U8、电阻R1、R2、R5、R7、R6、R8、R12、R13组成，光耦U1、U4、U5、U8对数字电路进行隔离，隔离后的数据锁存信号LDAC3-3#、数据信号DATA3-3、时钟信号CLK3-3和片选信号CS3-3#通过11脚、10脚、8脚和7脚连到U2，两路之间采用路间隔离，避免相邻两路之间的相互干扰。
U2为16位高分辨率低温漂的D/A转换电路，其连接原理图如图3所示。D/A转换电路由D/A芯片U2和运算放大器U3组成，U2的7脚、8脚、10脚、11脚接数字隔离电路的片选信号、时钟信号、数据信号和数据锁存信号，2脚接外部运算放大器U3的同相端16脚Vout3-3，13脚接U3的反相端15脚INV3-3，1脚接U3的输出端20脚Vout3，U2的9脚悬空，5脚、6脚接D/A参考电压电路的网标VREF，3脚、4脚接地GND3，12脚接地GND3，14脚接电源VCC3，U3的17脚接电源VDD3，18脚和19脚悬空，21脚接电源VSS3。
所述的D/A参考电压电路连接结构如图4所示，D/A参考电压电路由一个电压基准芯片U6和独石电容C2、C4、电解电容C1、C3组成，独石电容C2和电解电容C1分别接在电源23脚VCC3与地GND3之间，独石电容C4和电解电容C3并联后接在27脚和地GND3之间，U6的25脚接地GND3，22脚、24脚、26脚、28脚、29脚悬空，27脚输出网标VREF。
D/A转换电路的Vout3端直接与V/I转换电路的运算放大器U7相连，V/I转换电路的连接原理图如图5所示。所述的V/I转换电路由运算放大器U7、双向互补输出电路和电阻R3、R9组成，所述的双向互补输出电路由三极管Q1、三极管Q2、电阻R4、R10、R11组成。D/A转换电路的Vout3经电阻R3接在运算放大器U7的31脚，R9为采样电阻，接在30脚与地GND3之间，运算放大器U7的36脚接电源VSS3，电流负载接在30脚Iout3-和Iout3+之间，U7的32脚接电源VDD3，35脚接入三极管Q1和三极管Q2，R4、R10、R11提供晶体管的静态工作点，其中三极管Q1为NPN型，三极管Q2为PNP型，33脚和34脚悬空。
所述的电源VCC和电源VCC3为+5V电源，VDD3为+15V电源，VSS3为-15V电源。
外部基准电压源是影响D/A输出分辨率、精度的主要因素，因此，电路中运算放大器U6选用了初始精度最小为0.05％，温漂系数最大为3ppm/℃的ADR431；D/A转换电路中的芯片U2选用了双极性输出的AD5542，积分线性误差和微分线性误差典型值为±0.5LSB，温漂系数为±0.2ppm/℃，从而保证其输出电压的分辨率和稳定度；运算放大器U3的失调电压、温漂系数和输入噪声电压均对U3输出的电压有影响，因此U3选用失调电压为10μV，温漂系数为0.2μV/℃，输入噪声电压为0.5μVp-p的运算放大器OP07；
V/I转换电路中的运算放大器U7采用OP07A；R3为匹配电阻，由于U7的失调电流很小，为皮安级，因此电阻R3为低电阻值的普通电阻即可；R9为采样电阻，其精度和温漂直接影响输出电流的精度和稳定，因此选用精度为0.01％，温漂为1ppm的电阻；R4、R11、R10只是用来保证三极管的静态工作电压，与输出电流无关，因此其可选用温漂和精度为0.1％，25ppm的电阻；三极管应选用极间反向电流小的，以减少温度的影响，本模块选用了C9013和C9012，其ICBO最大为0.1μA。
本实用新型的数恒流源，电路简单，一路差分恒流源仅用了一个高精度低温漂的电阻，元器件少，生产成本较低；具有高精度、高稳定度性，分辨率达到15.9位，精度达到0.0016％，稳定度达到0.02ppm/℃。

Claims (4)

1、一种数控恒流源，其特征在于：所述的数控恒流源由总线端、数字隔离电路、D/A转换电路、V/I转换电路和输出端组成，所述的数字隔离电路采用光耦U1、U4、U5、U8进行隔离，隔离后的数字信号连到D/A转换电路芯片U2上，所述的D/A转换电路芯片U2的7脚为片选信号，8脚为时钟信号，10脚为数据信号，11脚为数据锁存信号，2脚接外部运算放大器U3的同相端，13脚接U3的反相端，1脚接U3的输出端；所述D/A转换电路中U3的输出端Vout3端直接与V/I转换电路的运算放大器U7相连。
2、根据权利要求1所述的一种数控恒流源，其特征在于：所述的隔离采用路间隔离方式。
3、根据权利要求1所述的一种数控恒流源，其特征在于：V/I转换电路由运算放大器U7+双向互补输出电路、电阻R3、R9组成，电流负载接在Iout3-和Iout3+之间，R9为采样电阻，R4、R10、R11提供晶体管的静态工作点。
4、根据权利要求3所述的一种数控恒流源，其特征在于：所述的双向互补输出电路由两个三极管Q1、Q2和电阻R4、R10、R11组成。
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