CN203882224U

CN203882224U - 一种程控恒流源电路

Info

Publication number: CN203882224U
Application number: CN201420253871.XU
Authority: CN
Inventors: 支彦伟; 段晓飞
Original assignee: 771 Research Institute of 9th Academy of CASC
Current assignee: 771 Research Institute of 9th Academy of CASC
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2014-05-16
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2024-05-16

Abstract

本实用新型公开了一种程控恒流源电路，在电源和负载之间设有供电电压检测电路、减法电路和反馈与放大电路；供电电压检测电路，连接在电源和减法电路的同相输入端之间；减法电路，其反相输入端还连接有程控输入信号，减法电路输出基准信号并连接至反馈与放大电路；反馈与放大电路，包括反馈电路、电流检测电阻和功率管。由于减法电路抵消了输入电压变化对输出电流的影响，输出电流仅由程控信号输入电压和电流检测电阻决定，当电流检测电阻为恒定值时，输出电流随程控输入电压信号成正比变化。

Description

一种程控恒流源电路

技术领域

本实用新型涉及数字与模拟电路技术领域，特别涉及一种程控恒流源电路。

背景技术

程控恒流源电路在测试设备中应用广泛，传统带功率放大的程控恒流源电路具有电路简单、负载调整率高等优点。

常用的程控恒流源电路中，要求供电电压固定，才能实现输出恒定电流，如果供电电压波动，则输出电流随输入电压而变化。如果要求输出电流不受供电电压波动的影响，则需基准信号浮地，导致控制电路复杂，限制了传统程控恒流源电路的应用。

实用新型内容

本实用新型解决的问题在于提供一种程控恒流源电路，是一种低成本、高精度、电路结构简单的程控恒流源电路，克服了现有电路中对供电电压精度要求高、浮地基准信号电路的缺陷。

本实用新型是采用如下技术方案予以实现的：

一种程控恒流源电路，在电源和负载之间设有供电电压检测电路、减法电路和反馈与放大电路；

供电电压检测电路，连接在电源和减法电路的同相输入端之间；

减法电路，其反相输入端还连接有程控输入信号，减法电路输出基准信号并连接至反馈与放大电路；

反馈与放大电路，包括反馈电路、电流检测电阻和功率管，减法电路输出连接至反馈电路的反相输入端，电流检测电阻连接在电源和反馈电路的同相输入端之间，反馈电路的输出、电流检测电阻分别连接至功率管的输入端，功率管的输出端连接负载，负载接地。

所述的供电电压检测电路由电阻分压网络构成，其所检测的信号为减法电路的输入信号；

所述的减法电路由运算放大器和分压电阻构成，运算放大器的同相输入端接供电电压检测电路的输出端，反相输入端接程控输入信号，经运算放大器的减法运算后输出基准信号，接反馈与放大电路；

所述的反馈与放大电路中，反馈电路为运算放大器，其同相端接减法电路输出的基准信号，反相端接电流检测电阻和功率管的连接端，电流检测电阻的另一端接电源；功率管为PNP三极管，其发射极接电流检测电阻，基极接运算放大器输出端，集电极为恒流源输出端。

所述的电阻分压网络由相串联的电阻R1、R2构成；

所述的减法电路包括相串联的运算放大器A1、运算放大器A2，其分压电阻包括：与运算放大器A1同相输入端相连接的电阻R3、连接在运算放大器A1同相输入端与输出端之间的电阻Rf1、与运算放大器A2反相输入端相连接的电阻R4、与运算放大器A1同相输入端相连接的电阻R5、连接在运算放大器A2同相输入端与输出端之间的电阻Rf2；

所述的反馈与放大电路由运算放大器A3和电流检测电阻Rset以及PNP三极管V1构成。

所述程控输入信号DA加在运算放大器A1的同相输入端，其输出连接至运算放大器A2的反相输入端，供电电压VCC经分压后加在运算放大器A2的同相输入端，DA信号和供电电压信号经运算放大器A2后加在运算放大器A3的同相输入端。

所述的电阻分压网络由相串联的电阻R1、R2构成；

所述的减法电路包括运算放大器A1，其分压电阻包括：与运算放大器A1同相输入端相连接的电阻R4、连接在运算放大器A1同相输入端与接地端之间的电阻Rf3、与运算放大器A1反相输入端相连接的电阻R3、连接在运算放大器A1同相输入端与输出端之间的电阻Rf4；

所述的反馈与放大电路由运算放大器A2和电流检测电阻Rset以及PNP三极管V1构成。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型所述电路为宽工作电压电路，不要高稳定的固定供电电压，输出电流可由程控输入信号精确控制。

2、本实用新型所述电路和程控输入信号共地，不需软件补偿计算，电路拓扑结构简单，应用便利性大幅提高。

附图说明

图1为本实用新型的电路结构示意图

图2为图1的一个具体电路原理图。

图3为图2的另一个具体电路原理图。

具体实施方式

具体实施方式，以下结合附图和实施例对未实用新型的内容做进一步详细说明，但未实用新型的实际制作结构并不仅限于下面的实施例。

参见图1，一种程控恒流源电路，包括一个供电电压检测电路、一个减法电路和一个反馈与放大电路。

供电电压检测电路的输出接减法电路的同相输入端，程控输入信号接减法电路的反相输入端，两个输入经减法运算后成为基准信号，该信号接反馈与放大电路。

反馈与放大电路由反馈电路、电流检测电阻和功率管组成。反馈电路由误差运算放大器构成，设供电电压为Vcc，电流检测电阻为Rset，基准信号为Vref，功率管将基准信号放大，提高输出带载能力，输出电流计算公式为：

Iout = \frac{Vcc - Vref}{Rset} - - - (1)

由公式1可知，当电流检测电阻Rset为恒定值时，输出电流受供电电压Vcc和基准电压Vref影响，当Vref不变时，供电电压Vcc变化时，输出电流随之变化而成正比变化。

减法电路可以抵消输入电压变化对输出电流的影响，设程控信号为V_DA，则基准电压Vref的计算公式为：

Vref＝Vcc-V_DA (2)

将公式2带入公式1可得：

Iout = \frac{Vcc - Vref}{Rset} = \frac{Vcc - (Vcc - V_{DA})}{Rset} = \frac{V_{DA}}{Rset} - - - (3)

由公式3可知，输出电流仅由程控信号输入电压和电流检测电阻决定，当电流检测电阻为恒定值时，输出电流随程控输入电压信号成正比变化。

实施例1

如图2所示，R1、R2组成分压网络检测供电电压，运算放大器A1、运算放大器A2(其中运算放大器A1作为辅助，DA信号和供电电压信号的减法运算在运算放大器A2进行)和电阻Rf1、Rf2、R3、R4、R5构成减法电路，运算放大器A3和电阻Rset以及PNP三极管V1构成反馈和放大输出电路，RL为负载。

DA信号为程控输入信号，加在运算放大器A1的同相输入端，供电电压VCC经分压后加在运算放大器A2的同相输入端。DA信号和供电电压信号经减法器后加在运算放大器A3的同相输入端。Iout为输出电流，由经过减法器输出电压和电阻Rset决定，由于减法器抵消了供电电压VCC变化对输出电流的影响，反馈和放大电路可提供稳定、可控的恒流输出。

输出电流Iout计算公式如下：

I_{o} = \frac{V_{cc} - U_{3}}{Rset} - - - (3)

U_{3} = (\frac{R_{f 2}}{R_{5}} + 1) U_{2} - \frac{R_{f 2}}{R_{5}} U_{1} - - - (4)

U_{1} = (\frac{R_{f 1}}{R_{1}} + 1) V_{DA} - - - (5)

U_{2} = \frac{V_{CC}}{R_{2} + R_{3}} R_{3} - - - (6)

将U₁和U₂代入U₃得：

U_{3} = V_{CC} (\frac{R_{3}}{R_{2} + R_{3}} + \frac{R_{3} R_{f 2}}{(R_{2} + R_{3}) R_{5}}) - V_{DA} (\frac{R_{f 2}}{R_{5}} + \frac{R_{f 1} R_{f 2}}{R_{1} R_{5}}) - - - (7)

将上式代入Io得：

I_{o} = \frac{V_{cc} - V_{CC} (\frac{R_{3}}{R_{2} + R_{3}} + \frac{R_{3} R_{f 2}}{(R_{2} + R_{3}) R_{5}}) + V_{DA} (\frac{R_{f 2}}{R_{5}} + \frac{R_{f 1} R_{f 2}}{R_{1} R_{5}})}{Rset} - - - (8)

令R₃＝R₂＝R，令R_f2＝R₅＝R，得

I_{o} = \frac{V_{DA} (1 + \frac{R_{f 1}}{R_{1}})}{Rset} - - - (9)

令R₁＝R_f1＝R，令R＝Rset/2得：

I_{o} = \frac{V_{DA}}{Rset} - - - (10)

由公式10可知，该电路设计的恒流源输出电流仅由DA输出电压和电阻Rset决定，输出电流不受供电电压VCC的影响，且程控信号和电路共地。通过改变DA输出，即可精确控制输出电流。

实施例2

如图3所示，与实施例一不同的地方是减法电路由运算放大器A1和电阻R3、R4和反馈电阻Rf3、Rf4(其阻值均为Rf)构成，R1、R2为电阻分压网络检测供电电压，反馈与放大电路由运算放大器A2和电流检测电阻Rset以及PNP三极管V1构成。

本实施例的工作原理与实施例1相同。

本实施例电路输出电流计算公式如下：

I_{o} = \frac{V_{cc} - U_{2}}{Rset} - - - (11)

U_{1} = \frac{V_{CC}}{R_{1} + \frac{R_{2} (R_{4} + R_{f})}{R_{2} + R_{4} + R_{f}}} \frac{R_{2} (R_{4} + R_{f})}{R_{2} + R_{4} + R_{f}} - - - (12)

U_{2} = (1 + \frac{R_{f}}{R_{3}}) U_{1} - \frac{V_{DA}}{R_{3}} R_{f} - - - (13)

将U1代入U2，得：

U_{2} = (\frac{R_{2} (R_{4} + R_{f})}{R_{1} (R_{2} + R_{4} + R_{f}) + R_{2} (R_{4} + R_{f})} + \frac{R_{f} R_{2} (R_{4} + R_{f})}{R_{1} R_{3} (R_{2} + R_{4} + R_{f}) + R_{2} R_{3} (R_{4} + R_{f})}) V_{CC} - \frac{V_{DA}}{R_{3}} R_{f} - - - (14)

令R2＝R4＝Rf＝R1＝R,令R3＝2/3R，

将U2代入Io，得：

I_{o} = \frac{3}{2} \frac{V_{DA}}{Rset} - - - (15)

由公式15可知，该电路设计的恒流源输出电流仅由DA输出电压和电阻Rset决定，当Rset为固定值时，输出电流随程控输入电压成正比变化。

本实用新型所述的程控恒流源电路设计方案，采用减法电路、反馈电路和放大输出电路的构成，输出电流不受供电电压VCC的影响，且程控信号和电路共地。通过改变DA输出，即可精确控制输出电流。

Claims

1.一种程控恒流源电路，其特征在于，在电源和负载之间设有供电电压检测电路、减法电路和反馈与放大电路；

2.如权利要求1所述的程控恒流源电路，其特征在于，所述的供电电压检测电路由电阻分压网络构成，其所检测的信号为减法电路的输入信号；

3.如权利要求2所述的程控恒流源电路，其特征在于，所述的电阻分压网络由相串联的电阻R1、R2构成；

4.如权利要求3所述的程控恒流源电路，其特征在于，程控输入信号DA加在运算放大器A1的同相输入端，其输出连接至运算放大器A2的反相输入端，供电电压VCC经分压后加在运算放大器A2的同相输入端，DA信号和供电电压信号经运算放大器A2后加在运算放大器A3的同相输入端。

5.如权利要求2所述的程控恒流源电路，其特征在于，所述的电阻分压网络由相串联的电阻R1、R2构成；