CN202494944U - 一种可调电流装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种可调电流装置，包括：电流加减模块，电流加减模块包括：负载和两个双端电流源，每个双端电流源包括控制引脚、电流流入引脚和电流流出引脚，其中，两个双端电流源的电流流入引脚分别与负载的两端连接，两个双端电流源的电流流出引脚分别通过各自的接地电阻接地；两个电流调节模块，两个电流调节模块的输出端分别与两个双端电流源的控制引脚连接，用于输出电压以分别控制流经负载的两路电流；控制单元，与两个电流调节模块的输入端连接，用于控制两个电流调节模块的输出电压；电源模块，用于产生三路隔离电源分别对控制单元和两个双端电流源供电。根据本实用新型实施例的可调电流装置可以减小系统误差，提高测量的可靠性。

Description

一种可调电流装置

技术领域

本实用新型涉及电子设备领域，特别涉及一种可调电流装置。

背景技术

具有电流模拟功能的电子设备(例如电动汽车、混合动力汽车)等，均需要可调电流装置用以校准和标定其电子器件(例如电池)的电流。现有的可调电流装置一般是通过运放调节电路实现电流控制。图1所示为现有技术的可调电流装置电路图，如图1所示，该调节电路包括：由电流变换1、反馈网络2、驱动输出3三部分，分别如图1的三个虚线框所示。该调节电路的缺点在于：一方面运放的失调电压导致电流控制误差；另一方面，由于该可调电流装置由多个分立的元件搭建而成，复杂的系统内部连接等因素也会导致电流控制误差；并且，在驱动输出部分进行频繁的大电流输出和负载变化等，都很容易使整个系统损坏或者加速老化，从而导致系统功能失效和精度下降。

因此，需要一种能够简单、有效、可靠的实现电流调节的高精度低误差的电流调节装置。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是解决或避免出现现有可调电流装置中的上述缺点。

为达到上述目的，本实用新型提出了一种可调电流装置，包括：电流加减模块，所述电流加减模块包括：负载和两个双端电流源，每个所述双端电流源包括控制引脚、电流流入引脚和电流流出引脚，其中，所述两个双端电流源的电流流入引脚分别与所述负载的两端连接，所述两个双端电流源的电流流出引脚分别通过各自的接地电阻接地；两个电流调节模块，所述两个电流调节模块的输出端分别与所述两个双端电流源的控制引脚连接，用于输出电压以分别控制流经所述负载的两路电流；控制单元，与所述两个电流调节模块的输入端连接，用于控制所述两个电流调节模块的输出电压；电源模块，用于产生三路隔离电源分别对所述控制单元和两个所述双端电流源供电。

在本实用新型一个实施例中，还包括IO隔离模块，连接在所述控制单元和所述两个电流调节模块的输入端之间，用于隔离控制单元和两个电流调节模块。

在本实用新型一个实施例中，所述两个电流调节模块分别设置有地线，所述两个电流调节模块的地线分别和与其对应的所述双端电流源的地线连接。

在本实用新型一个实施例中，还包括温度控制模块，与所述控制单元连接，用于检测所述两个双端电流源的温度并将所检测的数据反馈给所述控制单元。通过设置温度控制模块对双端电流源的工作温度进行实时监测，可以降低温度对双端电流源等半导体器件的影响。

在本实用新型一个实施例中，所述温度控制模块包括两个温度传感器，分别检测两个双端电流源的温度并将所检测的数据反馈给所述控制单元。

在本实用新型一个实施例中，当所述温度控制模块检测到所述双端电流源的温度大于预设温度阈值时，通过所述控制单元控制减小与所述双端电流源连接的所述电流调节模块的输出电压，以减小所述双端电流源的输出电流，最终抵消双端电流源因温度升高引起的电流增大的负面影响。

在本实用新型一个实施例中，每个所述双端电流源设置有温度补偿电阻，所述温度补偿电阻连接在所述双端电流源的电流流出引脚和所述双端电流源的地线之间，所述温度补偿电阻的温度系数与所述双端电流源的温度系数相反。所述温度系数是指：双端电流源的温度变化导致电流漂移，电流漂移同温度之间的对应关系可以通过温度系数限定，因此，可以通过实验标定，选择具有同双端电流源温度系数相反的温度系数的电阻，从而补偿双端电流源温度变化产生的负面影响，该电阻在本实用新型实施例中称为温度补偿电阻。

在本实用新型一个实施例中，所述温度补偿电阻可以是所述双端电流源的接地电阻，即接地电阻同时具有补偿双端电流源温度变化的负面效应的作用。

在本实用新型一个实施例中，还包括冷却模块，所述冷却模块与所述控制单元连接，当所述温度控制模块检测到所述双端电流源的温度大于所述预设温度阈值时，所述冷却模块对所述双端电流源降温，以使所述双端电流源的温度降至所述预设温度阈值以下。

本实用新型提供一种可调电流装置，通过两个双端电流源组成的电流加减模块，并且通过控制单元控制电流加减模块以提供双向且大小可调的电流。根据本实用新型实施例的可调电流装置，相对于普通运放调节电路，减小了传统可调电流装置中由于运放失调电压造成的误差，提高了可调电流的精度；并且，由于双端电流源的芯片内部直接集成了反馈、运放和驱动输出等元件，使得整个系统的误差相对于由分立器件搭建的普通运放调节电路明显降低；另外，双端电流源芯片相对于普通运放，具有更大的输入阻抗和更强的带负载能力，从而使得整个可调电流装置的可靠性提高，以适应苛刻的工业环境。

本实用新型附加的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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有技术的可调电流装置电路图；

图2为本实用新型实施例的双端电流源的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的带负载的双端电流源的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的电流加减模块的结构示意图；

图5为本实用新型实施例的可调电流装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例提供一种可调电流装置，采用双端电流源替代传统的运放，降低由于运放失调电压造成的电流控制误差，提高可调电流的精度。通过控制单元控制两个高精度的电流调节模块分别对两个双端电流源设置相应的参考电压值，双端电流源在该参考电压值的作用下在其接地电阻R上产生设定的电流，此电流同时也流过负载RL，此时负载RL上的电流为两个双端电流源设定的电流代数和。故本实用新型实施例通过调节电流调节模块的电压参考值以控制流过负载RL正负方向的电流，最终实现电流的可控调节。

图2为本实用新型实施例的双端电流源的结构示意图，图3为本实用新型实施例的带负载的双端电流源的结构示意图。如图2、图3所示，双端电流源芯片10包括控制引脚12、电流流入引脚14和电流流出引脚16，电流流出引脚16通过接地电阻R连接地线GND0，电流流入引脚14与负载RL的一端连接。当双端电流源工作时，对控制引脚12施加控制电压V，同时在负载RL的另一端施加工作电压Vcc，则电流流入引脚14和电流流出引脚16之间产生如箭头(参考图4)所示方向的电流I，且满足I＝V/R，即电流I与控制电压V成线性关系。

图4所示为本实用新型实施例的电流加减模块100的结构示意图。如图4所示，电流加减模块100包括两个如上所述的双端电流源102和103以及一个负载RL。其中，双端电流源102的电流流出引脚162通过接地电阻R1连接地线GND1，双端电流源103的电流流出引脚163通过接地电阻R2连接地线GND2；双端电流源102具有控制引脚122，双端电流源103具有控制引脚123；双端电流源102的电流流入引脚142与双端电流源103的电流流入引脚143分别与负载RL的a端和b端连接。当电流加减模块工作时，对控制引脚122施加控制电压V1，对控制引脚123施加控制电压V2，同时在负载RL的a端对双端电流源103施加工作电压Vcc2，则在双端电流源103中产生从负载RL的a端流向b端的电流I2，I2＝V2/R2，在负载RL的b端对双端电流源102施加工作电压Vcc1，则在双端电流源102中产生从负载RL的b端流向a端的电流I1，I1＝V1/R1，负载RL的总电流为电流I1和I2的代数和，即I＝I2-I1。

图5所示为本实施例提供的可调电流装置的结构示意图。如图5所示，根据实用新型实施例的可调电流装置包括：电流加减模块100、第一电流调节模块200和第二流调节模块202、控制单元300、电源模块400。

其中，电流加减模块100包括负载RL、第一双端电流源102和第二双端电流源103。电流加减模块100的具体结构可以参考图4及其相关描述，在此不再赘述。

第一电流调节模块200的输出端与第一双端电流源102的控制引脚122连接，用于输出电压V1以控制流经负载RL的电流I1，即第一电流调节模块200为第一双端电流源102提供控制电压V1；第二电流调节模块202的输出端与第二双端电流源103的控制引脚123连接，用于输出电压V2以控制流经负载RL的电流I2，即第二电流调节模块202为第二双端电流源103提供控制电压V2。其中，第一电流调节模块200的地线与第一双端电流源102的地线GND1连接，第二电流调节模块202的地线与第二双端电流源103的地线GND2连接。

控制单元300与第一电流调节模块200和第二流调节模块202的输入端连接，用于控制两个电流调节模块的输出电压。其中，控制单元300可以是本领域所公知的具有计算和控制功能的电子器件，例如单片机MCU。在本实用新型一个优选的实施例中，控制单元300和两个电流调节模块200、202之间包括IO隔离模块500，用于隔离控制单元300和两个电流调节模块200、202，即控制单元300通过IO隔离模块500控制第一电流调节模块200和第二流调节模块202。

电源模块400，用于产生三路隔离电源，其中第一路隔离电源对控制单元300提供工作电压，第二路电源和第三路电源分别对第一双端电流源102和第二双端电流源103提供工作电压Vcc1和Vcc2。

在本实用新型一个优选的实施例中，该可调电流装置还包括温度控制模块600，温度控制模块600与控制单元300连接，用于检测第一双端电流源102和第二双端电流源103的温度并将所检测的数据反馈给控制单元300。通过设置温度控制模块对双端电流源的工作温度进行实时监测，当温度高于预设温度阈值时，可以采取关闭可调电流装置或者其他有效措施，从而降低温度对该装置中的半导体器件双端电流源的影响，从而进一步提供可调电流的精度。其中，预设温度阈值是由双端电流源的半导体特性决定的，可以根据双端电流源的制造工艺和选用材料而有所不同。温度控制模块600可以是任何具有温度检测功能的器件，例如温度传感器。在本实施例中，温度控制模块600包括两个温度传感器，分别检测第一双端电流源102和第二双端电流源103的温度并将所检测的数据反馈给控制单元300。

当温度控制模块600检测到双端电流源的温度大于预设温度阈值时，本实用新型实施例可以通过以下三种方式中的一种或多种的组合，达到降低双端电流源的温度或者补偿双端电流源的温度变化造成的负面影响的目的。

方式一：通过控制单元100控制减小电流调节模块的输出电压，从而减小该双端电流源的输出电流，最终抵消双端电流源因温度升高引起的电流增大的负面影响。例如，理论上1V电压产生100mA电流，但是温度影响导致101mA的电流，可以采取标定的方法，在设置100mA电流的时候在双端电流源控制引脚只输入0.99V的电压，使得流经负载的电流减小而不足输出到101mA。即通过实验标定减小双端电流源的电流输出，从而抵消双端电流源因温度升高引起的电流增大。

方式二：对每个双端电流源设置温度补偿电阻，温度补偿电阻连接在双端电流源的电流流出引脚和双端电流源的地线之间，温度补偿电阻的温度系数与所述双端电流源的温度系数相反。所述温度系数是指：双端电流源的温度变化导致电流漂移，电流漂移同温度之间可以通过温度系数图谱确定对应关系，即通过温度系数可以确定某一温度产生的电流漂移。因此，可以通过实验标定，选择具有同双端电流源温度系数相反的温度系数的电阻，从而补偿双端电流源温度变化的负面影响，该电阻在本实用新型实施例中称为温度补偿电阻。优选地，该温度补偿电阻可以是双端电流源的接地电阻，即接地电阻同时具有补偿双端电流源温度变化的负面效应的作用，从而可以减少装置元件的数量，提高可靠性，降低成本。可选地，该温度补偿电阻可以是与该双端电流源的接地电阻并联的电阻，即通过温度补偿电阻调节接地电阻的阻值，最终达到补偿双端电流源温度变化的负面影响的效果。

方式三：对双端电流源设置冷却模块，当温度控制模块600检测到该双端电流源的温度大于预设温度阈值时，冷却模块对该双端电流源降温，以使该双端电流源的温度降至预设温度阈值以下。

本实用新型提供一种可调电流装置，通过两个双端电流源组成的电流加减模块，并且通过控制单元控制该电流加减模块以提供双向且大小可调的电流。根据本实用新型实施例的可调电流装置，相对于普通运放调节电路，减小了传统可调电流装置中由于运放失调电压造成的误差，提高了可调电流的精度；并且，由于双端电流源的芯片内部直接集成了反馈、运放和驱动输出等元件，使得整个系统的误差相对于由分立器件搭建的普通运放调节电路明显降低；另外，双端电流源芯片相对于普通运放，具有更大的输入阻抗和更强的带负载能力，从而使得整个可调电流装置的可靠性提高，以适应苛刻的工业环境。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种可调电流装置，包括：

电流加减模块，所述电流加减模块包括：

负载，和

两个双端电流源，每个所述双端电流源包括控制引脚、电流流入引脚和电流流出引脚，其中，所述两个双端电流源的电流流入引脚分别与所述负载的两端连接，所述两个双端电流源的电流流出引脚分别通过各自的接地电阻接地；

两个电流调节模块，所述两个电流调节模块的输出端分别与所述两个双端电流源的控制引脚连接，用于输出电压以分别控制流经所述负载的两路电流；

控制单元，与所述两个电流调节模块的输入端连接，用于控制所述两个电流调节模块的输出电压；和

电源模块，用于产生三路隔离电源分别对所述控制单元和两个所述双端电流源提供工作电压。

2.如权利要求1所述的可调电流装置，其特征在于，还包括IO隔离模块，连接在所述控制单元和所述两个电流调节模块的输入端之间。

3.如权利要求1所述的可调电流装置，其特征在于，所述两个电流调节模块分别设置有地线，所述两个电流调节模块的地线分别和与其对应的所述双端电流源的地线连接。

4.如权利要求1所述的可调电流装置，其特征在于，还包括温度控制模块，与所述控制单元连接，用于检测所述两个双端电流源的温度并将所检测的数据反馈给所述控制单元。

5.如权利要求4所述的可调电流装置，其特征在于，所述温度控制模块包括两个温度传感器，用于分别检测所述两个双端电流源的温度。

6.如权利要求4或5所述的可调电流装置，其特征在于，当所述温度控制模块检测到所述双端电流源的温度大于预设温度阈值时，通过所述控制单元控制减小与所述双端电流源连接的所述电流调节模块的输出电压，以减小所述双端电流源的输出电流。

7.如权利要求1所述的可调电流装置，其特征在于，每个所述双端电流源设置有温度补偿电阻，所述温度补偿电阻连接在所述双端电流源的电流流出引脚和所述双端电流源的地线之间，以补偿所述双端电流源温度变化产生的负面影响，所述温度补偿电阻的温度系数与所述双端电流源的温度系数相反。

8.如权利要求7所述的可调电流装置，其特征在于，所述温度补偿电阻为所述双端电流源的接地电阻。

9.如权利要求4或5所述的可调电流装置，其特征在于，还包括冷却模块，所述冷却模块与所述控制单元连接，当所述温度控制模块检测到所述双端电流源的温度大于所述预设温度阈值时，所述冷却模块对所述双端电流源降温，以使所述双端电流源的温度降至所述预设温度阈值以下。

Images