CN205507604U - 一种低功耗模拟量电流输出系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种低功耗模拟量电流输出系统，包括电压电流转换模块、可调电压输出模块和反馈电压输出模块，其中，反馈电压输出模块包括差分放大器和基准电路。反馈电压输出模块的第一输入端和电压电流转换模块中的电压调整管的第一端相连，第二输入端和所述电压调整管的第二端相连，输出端和可调电压输出模块的输入端相连，用于获取电压调整管两端的电压差，并根据电压差生成反馈电压发送给可调电压输出模块；可调电压输出模块的供电端接入供电电压，输出端与电压调整管的第一端相连，用于接收反馈电压并依据反馈电压生成相对应的调节电压，输入到电压调节管中调节所述电压差处于预定范围内，从而实现模拟量电流输出系统的低功耗设计。

Description

一种低功耗模拟量电流输出系统

技术领域

本实用新型涉及自动化及仪器仪表领域，更具体地说，涉及一种低功耗模拟量电流输出系统。

背景技术

模拟量电流输出系统常用于对生产现场及公共工程的执行机构进行驱动控制，一般驱动电压为24V。由于执行机构各异，其阻抗各有不同，在输出电流驱动控制执行机构的过程中，如果执行机构的输入阻抗与输出电流的乘积较小时，会导致模拟量电流输出系统内部的压降较大，以至于大量的功率消耗在模拟量电流输出系统内部，尤其是消耗在电压调整管上，如此不仅造成大量电能的浪费，而且使得模拟量电流输出模块的内部温度大幅度升高，大大缩短电子元器件的寿命，使系统容易产生故障，降低了系统的可靠性。

现有技术中通过反馈电压输出模块采集电压调整管两端的压降后产生反馈电压给可调电压输出模块，从而调节驱动电压大小，使得电压调整管两端的压降控制在较低范围内。其中，反馈电压输出模块是由光耦实现的，光耦属于光电器件，其传输比离散性较大，且LED容易老化、受温度影响较大，会导致模拟量电流输出系统的低功耗性能不显著。

因此，如何实现模拟量电流输出系统的低功耗设计，成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种低功耗模拟量电流输出系统,以实现模拟量电流输出系统的低功耗设计。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种低功耗模拟量电流输出系统，包括电压电流转换模块、可调电压输出模块和反馈电压输出模块，其中，所述反馈电压输出模块包括差分放大器和基准电路；

所述电压电流转换模块的输入端接收待转换的电压信号，用于将所述电压信号转换成电流信号；

所述反馈电压输出模块的第一输入端和所述电压电流转换模块中的电压调整管的第一端相连，所述反馈电压输出模块的第二输入端和所述电压电流转换模块中的电压调整管的第二端相连，用于获取所述电压电流转换模块中的电压调整管两端的电压差，所述反馈电压输出模块的输出端和所述可调电压输出模块的输入端相连，用于依据获取的所述电压差生成反馈电压并发送给所述可调电压输出模块；

所述可调电压输出模块的供电端接入供电电压，输出端与所述电压电流转换模块中的电压调整管的第一端相连，用于接收所述反馈电压输出模块发送的反馈电压，并依据所述反馈电压生成相对应的调节电压，并输入到所述电压调节管中调节所述电压差处于预定范围内。

优选的，所述反馈电压输出模块中的差分放大器的第一输入端和所述电压电流转换模块中电压调整管的第一端相连，所述差分放大器的第二输入端与基准电路串联后和所述电压电流转换模块中的电压调整管的第二端相连，所述差分放大器的输出端和所述可调电压输出模块相连。

优选的，所述电压调整管包括MOS管；

所述MOS管的漏极作为所述电压调整管的第一端，源极作为所述电压调整管的第二端。

优选的，所述差分放大器包括运算放大器；

所述运算放大器的同相输入端与所述电压电流转换模块中的MOS管的漏极相连，反相输入端与基准电路串联后和所述电压电流转换模块中的MOS管的源极相连，所述运算放大器的输出端和所述可调电压输出模块相连。

优选的，所述基准电路包括专用电压基准器件。

优选的，所述基准电路包括电源分压电路。

优选的，所述电压电流转换模块为SINK型电压电流转换模块，所述SINK型电压电流转换模块包括运算放大器、N沟道MOS管和第一转换电阻；

所述运算放大器的同相输入端为电压信号输入端；

所述第一转换电阻一端与所述N沟道MOS管的源极相连，另一端与接地电压相连，所述第一转换电阻采集电路回路上的电流通过负反馈发送到运算放大器的反相输入端；

所述运算放大器的输出端与所述N沟道MOS管的栅极相连接。

优选的，还包括：设置于所述N沟道MOS管漏极与所述可调电压输出模块的输出端之间的第二转换电阻。

优选的，所述电压电流转换模块为SOURCE型电压电流转换模块，所述SOURCE型电压电流转换模块包括第一运算放大器、N沟道MOS管、第一转换电阻和第二转换电阻，第二运算放大器、P沟道MOS管，第三转换电阻和第四转换电阻；

所述第一运算放大器的同相输入端为电压信号输入端；

所述第一转换电阻的一端与所述N沟道MOS管的源极相连，另一端与接地电压相连，所述第一转换电阻采集电路回路上的电流通过负反馈发送到所述第一运算放大器的反相输入端；

所述第一运算放大器的输出端与所述N沟道MOS管的栅极相连接；

所述第二转换电阻的一端与所述N沟道MOS管的漏极相连，另一端与所述可调电压输出模块相连；

所述N沟道MOS管的漏极与所述第二运算放大器的同相输入端相连；

所述第三转换电阻的一端与所述P沟道MOS管的漏极相连，另一端与所述可调电压输出模块连接，所述第三转换电阻采集又一电路回路上的电流通过负反馈发送到所述第二运算放大器的反相输入端；

所述第二运算放大器的输出端与P沟道MOS管的栅极相连接；

所述第四转换电阻的一端和所述P沟道MOS管的源极相连，另一端和接地电压相连。

从上述技术方案可以看出，本实用新型所提供的低功耗模拟量电流输出系统包括电压电流转换模块、反馈电压输出模块和可调电压输出模块，其中，所述反馈模块包括差分放大器和基准电路。反馈电压输出模块的第一输入端和电压电流转换模块中的电压调整管的第一端相连，第二输入端和所述电压调整管的第二端相连，输出端和可调电压输出模块的输入端相连，用于获取电压调整管两端的电压差，并根据电压差生成反馈电压发送给可调电压输出模块；可调电压输出模块的供电端接入供电电压，输出端与电压调整管的第一端相连，用于接收反馈电压并依据反馈电压生成相对应的调节电压，输入到电压电流输出模块的电压调节管中调节所述电压差处于预定范围内。由此可见，本方案采用包括差分放大器和基准电压的反馈电压输出模块，不受器件本身离散型的影响，对环境适应性强，因此，对电压调整管的压降具有更精确的控制能力，从而实现模拟量电流输出系统的低功耗设计。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的一种低功耗模拟量电流输出系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例二提供的一种低功耗模拟量电流输出系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例二提供的一种低功耗模拟量电流输出系统的部分结构示意图；

图4为本实用新型实施例三提供的一种低功耗模拟量电流输出系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种低功耗模拟量电流输出系统，以实现模拟量电流输出系统的低功耗设计。

实施例一

如附图1示出的本实用新型实施例一公开的一种低功耗模拟量电流输出系统的结构示意图，该低功耗模拟量电流输出系统包括电压电流转换模块101、反馈电压输出模块102和可调电压输出模块103；

其中，所述反馈电压输出模块102包括差分放大器1021和基准电路1022。

所述电压电流转换模块101的输入端接收待转换的电压信号，用于将所述电压信号转换成电流信号；

所述反馈电压输出模块102的第一输入端和所述电压电流转换模块101中的电压调整管的第一端相连，所述反馈电压输出模块102的第二输入端和所述电压电流转换模块101中的电压调整管的第二端相连，用于获取所述电压电流转换模块101中的电压调整管两端的电压差，所述反馈电压输出模块102的输出端和所述可调电压输出模块103的输入端相连，用于依据获取的所述电压差生成反馈电压并发送给所述可调电压输出模块103；

所述可调电压输出模块103的供电端接入供电电压，输出端与所述电压电流转换模块101中的电压调整管的第一端相连，用于接收所述反馈电压输出模块102发送的反馈电压，并依据所述反馈电压生成相对应的调节电压，并输入到所述电压调节管中调节所述电压差处于预定范围内。

需要进行说明的是，所述反馈电压输出模块102的输出端和所述可调电压输出模块103的输入端相连，用于依据获取的所述电压差生成反馈电压并发送给所述可调电压输出模块103，其中，所述电压差可根据第一正向函数关系或第一反向函数关系生成反馈电压；此外，所述可调电压输出模块103接收所述反馈电压输出模块102发送的反馈电压，并依据所述反馈电压生成相对应的调节电压，其中，所述反馈电压可根据第二正向函数关系或第二反向函数关系生成对应的调节电压。

需要进一步说明的是，当所述电压差与所述反馈电压之间成第一正向函数关系，所述反馈电压与所述可调电压输出模块103输出的调节电压成第二反向函数关系时，即，若所述电压差越大，所述反馈电压越大，所述可调电压输出模块103输出的调节电压越小；而当所述电压差与所述反馈电压成第一反向函数关系，所述反馈电压与可调电压输出模块103输出的调节电压成第二正向函数关系时，即，若所述电压差越大，所述反馈电压越小，所述可调电压模块输出的调节电压越小。

由以上本实用新型实施例公开的一种低功耗模拟量电流输出系统可以得出，本实施例通过包括差分放大器和基准电压的反馈电压输出模块的第一输入端与电压电流转换模块中的电压调整管的第一端相连，第二输入端和所述电压调整管的第二端相连，输出端和可调电压输出模块的输入端相连，获取电压调整管两端的电压差，并根据电压差生成反馈电压发送给可调电压输出模块；可调电压输出模块的供电端接入供电电压，输出端与电压调整管的第一端相连，用于接收反馈电压并依据反馈电压生成相对应的调节电压，输入到电压调节管中调节所述电压差处于预定范围内。由此可见，与现有技术相比，本方案采用包括差分放大器和基准电压的反馈电压输出模块，不受器件本身离散型的影响，对环境适应性强，因此，对电压调整管的压降具有更精确的控制能力，从而实现模拟量电流输出系统的低功耗设计。

实施例二

基于上述本实用新型实施例一提供的一种低功耗模拟量电流输出系统，本实用新型提供的一种低功耗模拟量电流输出系统的结构示意图，如图2所示：

所述反馈电压输出模块102中的差分放大器1021的第一输入端和所述电压电流转换模块101中电压调整管的第一端相连，所述差分放大器1021的第二输入端与基准电路1022串联后和所述电压电流转换模块101中的电压调整管的第二端相连，所述差分放大器1021的输出端和所述可调电压输出模块103相连。

所述电压调整管包括MOS管；

所述MOS管的漏极作为所述电压调整管的第一端，源极作为所述电压调整管的第二端。

结合附图3，优选的，所述差分放大器1021包括运算放大器；

所述运算放大器的同相输入端与所述电压电流转换模块101中的MOS管的漏极相连，反相输入端与基准电路1022串联后和所述电压电流转换模块101中的MOS管的源极相连，所述运算放大器的输出端和所述可调电压输出模块103相连。

优选的，所述基准电路1022包括专用电压基准器件。此外，所述基准电路1022还可以包括电压分压电路。

需要进行说明的是，在本实用新型实施例所公开的一种低功耗模拟量电流输出系统中，所述电压调整管并不仅限于MOS管，可以为其他类型的电压调整管；所述差分放大器1021也并不仅限于运算放大器，也可以为其他类型的差分放大器；同样的，所述基准电路1022也并不限于电压基准器件和电压分压电路，也可以为其他类型的基准电路。

所述电压电流转换模块101为SINK型。所述SINK型电压电流转换模块101中R_L浮地连接。所述SINK型电压电流转换模块101包括运算放大器、N沟道MOS管和第一转换电阻R_f；

所述运算放大器的同相输入端为电压信号输入端；

所述第一转换电阻R_f一端与所述N沟道MOS管的源极相连，另一端与接地电压相连，所述第一转换电阻R_f采集电路回路上的电流通过负反馈发送到运算放大器的反相输入端；

所述运算放大器的输出端与所述N沟道MOS管的栅极相连接。

优选的，还包括设置于所述N沟道MOS管漏极与所述可调电压输出模块103的输出端之间的第二转换电阻R_L。

由以上本实用新型实施例公开的一种低功耗模拟量电流输出系统可以得出，本实施例通过运算放大器的同相输入端与所述电压电流转换模块中的MOS管的漏极相连，反相输入端与基准电路串联后和所述电压电流转换模块中的MOS管的源极相连，所述运算放大器的输出端和所述可调电压输出模块相连，获取电压电流转换模块中MOS管两端的电压差，并根据电压差生成反馈电压发送给可调电压输出模块；可调电压输出模块的供电端接入供电电压，输出端与电压调整管的第一端相连，用于接收反馈电压并依据反馈电压生成相对应的调节电压，输入到电压电流转换模块中MOS管中调节所述电压差处于预定范围内。由此可见，与现有技术相比，本方案采用包括差分放大器和基准电压的反馈电压输出模块，不受器件本身离散型的影响，对环境适应性强，因此，对电压调整管的压降具有更精确的控制能力，从而实现模拟量电流输出系统的低功耗设计。

实施例三

基于上述本实用新型实施例二提供的一种低功耗模拟量电流输出系统，结合附图2、附图3，本实用新型提供的一种低功耗模拟量电流输出系统的另一种结构示意图，如图4所示：

其中，所述电压电流转换模块101为SOURCE型，在所述SOURCE型电压电流转换模块101中R_L接地连接。

所述SOURCE型电压电流转换模块101包括第一运算放大器1011、N沟道MOS管、第一转换电阻R₁和第二转换电阻R₂，第二运算放大器1012、P沟道MOS管，第三转换电阻R₃和第四转换电阻R_L；

所述第一运算放大器1011的同相输入端为电压信号输入端；

所述第一转换电阻R₁的一端与所述N沟道MOS管的源极相连，另一端与接地电压相连，所述第一转换电阻R₁采集电路回路上的电流通过负反馈发送到所述第一运算放大器1011的反相输入端；

所述第一运算放大器1011的输出端与所述N沟道MOS管的栅极相连接；

所述第二转换电阻R₂的一端与所述N沟道MOS管的漏极相连，另一端与所述可调电压输出模块103相连；

所述N沟道MOS管的漏极与所述第二运算放大器1012的同相输入端相连；

所述第三转换电阻R₃的一端与所述P沟道MOS管的漏极相连，另一端与所述可调电压输出模块103连接，所述第三转换电阻R₃采集又一电路回路上的电流通过负反馈发送到所述第二运算放大器1012的反相输入端；

所述第二运算放大器1012的输出端与P沟道MOS管的栅极相连接；

所述第四转换电阻R_L的一端和所述P沟道MOS管的源极相连，另一端和接地电压相连。

需要进行说明的是，本实用新型实施例提供的其他部分的设计和实施例二所述一致，此处不再赘述。

由以上本实用新型实施例公开的一种低功耗模拟量电流输出系统可以得出，本实施例同样是通过运算放大器的同相输入端与所述电压电流转换模块中的MOS管的漏极相连，反相输入端与基准电路串联后和所述电压电流转换模块中的MOS管的源极相连，所述运算放大器的输出端和所述可调电压输出模块相连，获取电压电流转换模块中MOS管两端的电压差，并根据电压差生成反馈电压发送给可调电压输出模块；可调电压输出模块的供电端接入供电电压，输出端与电压调整管的第一端相连，用于接收反馈电压并依据反馈电压生成相对应的调节电压，输入到电压电流转换模块中MOS管中调节所述电压差处于预定范围内。由此可见，本实用新型实施例同样能够实现模拟量电流输出系统的低功耗设计。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种低功耗模拟量电流输出系统，其特征在于，包括电压电流转换模块、可调电压输出模块和反馈电压输出模块，其中，所述反馈电压输出模块包括差分放大器和基准电路；

所述电压电流转换模块的输入端接收待转换的电压信号，用于将所述电压信号转换成电流信号；

所述反馈电压输出模块的第一输入端和所述电压电流转换模块中的电压调整管的第一端相连，所述反馈电压输出模块的第二输入端和所述电压电流转换模块中的电压调整管的第二端相连，用于获取所述电压电流转换模块中的电压调整管两端的电压差，所述反馈电压输出模块的输出端和所述可调电压输出模块的输入端相连，用于依据获取的所述电压差生成反馈电压并发送给所述可调电压输出模块；

所述可调电压输出模块的供电端接入供电电压，输出端与所述电压电流转换模块中的电压调整管的第一端相连，用于接收所述反馈电压输出模块发送的反馈电压，并依据所述反馈电压生成相对应的调节电压，并输入到所述电压调节管中调节所述电压差处于预定范围内。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反馈电压输出模块中的差分放大器的第一输入端和所述电压电流转换模块中电压调整管的第一端相连，所述差分放大器的第二输入端与基准电路串联后和所述电压电流转换模块中的电压调整管的第二端相连，所述差分放大器的输出端和所述可调电压输出模块相连。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电压调整管包括MOS管；

所述MOS管的漏极作为所述电压调整管的第一端，源极作为所述电压调整管的第二端。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述差分放大器包括运算放大器；

所述运算放大器的同相输入端与所述电压电流转换模块中的MOS管的漏极相连，反相输入端与基准电路串联后和所述电压电流转换模块中的MOS管的源极相连，所述运算放大器的输出端和所述可调电压输出模块相连。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述基准电路包括专用电压基准器件。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述基准电路包括电源分压电路。

7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述电压电流转换模块为SINK型电压电流转换模块，所述SINK型电压电流转换模块包括运算放大器、N沟道MOS管和第一转换电阻；

所述运算放大器的同相输入端为电压信号输入端；

所述第一转换电阻一端与所述N沟道MOS管的源极相连，另一端与接地电压相连，所述第一转换电阻采集电路回路上的电流通过负反馈发送到运算放大器的反相输入端；

所述运算放大器的输出端与所述N沟道MOS管的栅极相连接。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：设置于所述N沟道MOS管漏极与所述可调电压输出模块的输出端之间的第二转换电阻。

9.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述电压电流转换模块为SOURCE型电压电流转换模块，所述SOURCE型电压电流转换模块包括第一运算放大器、N沟道MOS管、第一转换电阻和第二转换电阻，第二运算放大器、P沟道MOS管，第三转换电阻和第四转换电阻；

所述第一运算放大器的同相输入端为电压信号输入端；

所述第一转换电阻的一端与所述N沟道MOS管的源极相连，另一端与接地电压相连，所述第一转换电阻采集电路回路上的电流通过负反馈发送到所述第一运算放大器的反相输入端；

所述第一运算放大器的输出端与所述N沟道MOS管的栅极相连接；

所述第二转换电阻的一端与所述N沟道MOS管的漏极相连，另一端与所述可调电压输出模块相连；

所述N沟道MOS管的漏极与所述第二运算放大器的同相输入端相连；

所述第三转换电阻的一端与所述P沟道MOS管的漏极相连，另一端与所述可调电压输出模块连接，所述第三转换电阻采集又一电路回路上的电流通过负反馈发送到所述第二运算放大器的反相输入端；

所述第二运算放大器的输出端与P沟道MOS管的栅极相连接；

所述第四转换电阻的一端和所述P沟道MOS管的源极相连，另一端和接地电压相连。