CN209118161U - 一种差动输出恒流源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种差动输出恒流源电路，包括第一恒流源、第二恒流源、第一电流检测模块、第二电流检测模块和误差放大器；所述第一恒流源与正电源连接；所述第一电流检测模块分别与所述第一恒流源、误差放大器和外部负载连接；所述误差放大器与所述第一恒流源连接；所述第二恒流源与负电源连接；所述第二电流检测模块分别与所述第二恒流源、误差放大器和外部负载连接。本实用新型实施例提供的一种差动输出恒流源电路，不改变外部负载原有的对地共模电压，不使用隔离电源，能够避免共模噪声问题。

Description

一种差动输出恒流源电路

技术领域

本实用新型实施例涉及电路技术领域，尤其涉及一种差动输出恒流源电路。

背景技术

在CAN一致性测试设备中需要一个浮置恒流源，提供恒定电流加载到CAN总线的终端电阻上，在CAN总线形成一个外部的差分电压，CAN总线连接一个被测CAN设备，测试设备判断CAN总线上外加不同差分电压时CAN设备的响应，测试设备根据CAN设备的响应情况判断该被测CAN设备是否合格。

CAN总线有3根线，分别是CAN_H、CAN_L和CAN_GND。CAN_GND是CAN_H、CAN_L的参考地。被测的CAN设备引出这3跟线，CAN_GND跟CAN一致性测试设备的地相连。

对恒流源的要求是：从CAN总线向恒流源看进去，CAN_H对CAN_GND、CAN_L对CAN_GND呈现高阻抗且对称，加载的恒流源不改变CAN_H对CAN_GND、CAN_L对CAN_GND的电压。

现有技术是通过用隔离电源给单端输出恒流源供电，恒流源与CAN设备完全隔离。使用同一个隔离电源供电的DAC输出端连接到恒流源的控制端，通过光耦或其它提供数据隔离的电子器件将恒流源电流设置码传输到DAC数码输入端，从而设置恒流源的输出电流值，如图1所示。

然而，当现有技术使用一个隔离电源给恒流源供电，隔离电源由逆变电路将直流电变为高频交流电，通过变压器耦合到次级，次级经过整流得到与初级隔离的一个浮置直流电源时，由于变压器初次级中都存在高频交流电，在初次级存在一个噪声电压，此电压通过变压器次级、恒流源、CAN总线、测试设备地、变压器初级构成回路，在CAN_H对CAN_GND、CAN_L对CAN_GND产生了噪声电压，影响测量精度。

另一方面，变压器初次级绕组在同一个铁芯上绕制，初次级间存在杂散电容，恒流源输出端为高阻抗，假设恒流源输出连接CAN_H，则CAN_L连接隔离电源的正极或地，隔离电源正负极到整流器及次级绕组间为交流低阻抗，则相当于CAN_L连接到杂散电容的一端，造成CAN_H对CAN_GND、CAN_L对CAN_GND的阻抗不对称。即使通过双重屏蔽初次级绕组降低共模噪声，但是无法消除杂散电容，不能解决阻抗不对称问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种差动输出恒流源电路，以解决现有技术的不足。

为实现上述目的，本实用新型提供以下的技术方案：

一种差动输出恒流源电路，包括第一恒流源、第二恒流源、第一电流检测模块、第二电流检测模块和误差放大器；

所述第一恒流源与正电源连接；所述第一电流检测模块分别与所述第一恒流源、误差放大器和外部负载连接；所述误差放大器与所述第一恒流源连接；所述第二恒流源与负电源连接；所述第二电流检测模块分别与所述第二恒流源、误差放大器和外部负载连接。

进一步地，所述差动输出恒流源电路中，所述第一恒流源包括三极管和分压电阻，所述三极管的发射极串联所述分压电阻连接到所述正电源，所述三极管的集电极与所述第一电流检测模块连接，所述三极管的基极与所述误差放大器连接。

进一步地，所述差动输出恒流源电路中，所述第一电流检测模块包括仪表放大器和电流检测电阻，所述电流检测电阻与所述仪表放大器并联，所述仪表放大器的正输入端与所述三极管的集电极连接，所述仪表放大器的负输入端与外部负载连接，所述仪表放大器的输出端与所述误差放大器连接。

进一步地，所述差动输出恒流源电路中，所述误差放大器由两级运算放大器组成，并联有一电容的第一级运算放大器的输出端串联一个电阻连接到并联有一电阻的第二级运算放大器的负输入端，所述第一级运算放大器的负输入端串联一个电阻连接到所述仪表放大器的输出端，所述第一级运算放大器的正输入端与所述第二电流检测模块连接，所述第二级运算放大器的正输入端接地，所述第二级运算放大器的输出端与所述三极管的基极连接。

进一步地，所述差动输出恒流源电路中，所述第二电流检测模块包括仪表放大器和电流检测电阻，所述电流检测电阻与所述仪表放大器并联，所述仪表放大器的负输入端与所述第二恒流源连接，所述仪表放大器的正输入端与外部负载连接，所述仪表放大器的输出端与所述第一级运算放大器的正输入端连接。

进一步地，所述差动输出恒流源电路中，所述第二恒流源包括三极管、运算放大器和分压电阻，所述三极管的发射极串联所述分压电阻连接到所述负电源，所述三极管的集电极与所述仪表放大器的负输入端连接，所述三极管的基极与所述运算放大器的输出端连接，所述运算放大器的正输入端连接到设定输出电流的控制电压，所述运算放大器的负输入端连接到所述三极管的发射极与所述分压电阻之间。

进一步地，所述差动输出恒流源电路中，所述外部负载包括被测CAN设备和CAN一致性测量设备；

所述被测CAN设备有CAN_H、CAN_L和CAN_GND三个端子，CAN_GND接地，CAN_H和CAN_L间连接有终端电阻；

所述CAN一致性测量设备的两个输入端分别连接CAN_H、CAN_L，其一个参考端接地，所述CAN一致性测量设备内包括一个产生共模电压的共模电源连接一个测试电阻到其中一个输入端，所述共模电源另一端接地。

本实用新型实施例提供的一种差动输出恒流源电路，不改变外部负载原有的对地共模电压，不使用隔离电源，能够避免共模噪声问题。

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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本实用新型现有技术提供的电路结构示意图。

图2是本实用新型实施例一提供的差动输出恒流源电路的结构示意图；

图3是本实用新型实施例一提供的差动输出恒流源电路的具体结构示意图。

附图标记：

第一恒流源100，第二恒流源200，第一电流检测模块300，第二电流检测模块400，误差放大器500。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

请参阅附图2，为本实用新型实施例一提供的一种差动输出恒流源电路的结构示意图，该电路具体包括：

第一恒流源100、第二恒流源200、第一电流检测模块300、第二电流检测模块400和误差放大500；

所述第一恒流源100与正电源连接；所述第一电流检测模块300分别与所述第一恒流源100、误差放大500和外部负载连接；所述误差放大500与所述第一恒流源100连接；所述第二恒流源200与负电源连接；所述第二电流检测模块400分别与所述第二恒流源200、误差放大500和外部负载连接。

优选的，所述外部负载包括被测CAN设备和CAN一致性测量设备；

所述被测CAN设备有CAN_H、CAN_L和CAN_GND三个端子，CAN_GND接地，CAN_H和CAN_L间连接有终端电阻Rdiff；

所述CAN一致性测量设备的两个输入端分别连接CAN_H、CAN_L，其一个参考端接地，所述CAN一致性测量设备内包括一个产生共模电压的共模电源连接一个测试电阻到其中一个输入端，所述共模电源另一端接地。

具体的，第一恒流源100是源出恒流源，其1脚连接到正电源，3脚是电流输出端，流出3脚的电流受2脚的电压控制，2脚对地电压越小则3脚流出的电流越大。3脚电流流进第一电流检测模块，从6脚流出，第一电流检测模块检测流过的电流在5脚产生一个正比于流过电流的电压输出信号，该信号是以地为参考。第二恒流源200是吸收恒流源，10脚是电流流入端，12脚接负电源，11脚是控制电压输入端，11脚的电压越大则流过10脚的电流越大。第二电流检测模块里，电流从7脚流入9脚流出，然后进入第二恒流源200的10脚，第二电流检测模块的8脚产生一个正比于流过电流的电压信号输出，该信号是以地为参考。第二电流检测模块的输出信号连接误差放大500的一个输入端14作为参考信号，第一电流检测模块的输出信号连接到误差放大500的另一个输入端13，误差放大500比较两个输入电压的大小并产生一个正比于两输入电压差值的电压信号在15脚输出，该输出信号送到第一恒流源100的2脚。

第一电流检测模块300的6脚输出电流流过Rdiff，在第二电流检测模块400的7脚返回。

需要说明的是，第一恒流源100(源出恒流源)和第二恒流源200(吸收恒流源)哪一个作设定电流是任意的，可以是第二恒流源200作设定负载电流，第一恒流源100作跟随，还可以是第一恒流源100作设定负载电流，第二恒流源200作跟随。图2只是其中一种控制方式，另一种方式则是：2脚改为接电流设定电压Vc，11脚改为连接到15脚，5脚改为连接到14脚，8脚改为连接到13脚。

基于图2公开的内容，图3是本实用新型提供的一个具体实施例，用于说明工作过程。具体的，所述第一恒流源100包括三极管和分压电阻，所述三极管的发射极串联所述分压电阻连接到所述正电源，所述三极管的集电极与所述第一电流检测模块300连接，所述三极管的基极与所述误差放大500连接。

所述第一电流检测模块300包括仪表放大器和电流检测电阻，所述电流检测电阻与所述仪表放大器并联，所述仪表放大器的正输入端与所述三极管的集电极连接，所述仪表放大器的负输入端与外部负载连接，所述仪表放大器的输出端与所述误差放大500连接。

所述误差放大500由两级运算放大器组成，并联有一电容的第一级运算放大器的输出端串联一个电阻连接到并联有一电阻的第二级运算放大器的负输入端，所述第一级运算放大器的负输入端串联一个电阻连接到所述仪表放大器的输出端，所述第一级运算放大器的正输入端与所述第二电流检测模块400连接，所述第二级运算放大器的正输入端接地，所述第二级运算放大器的输出端与所述三极管的基极连接。

所述第二电流检测模块包括仪表放大器和电流检测电阻，所述电流检测电阻与所述仪表放大器并联，所述仪表放大器的负输入端与所述第二恒流源200连接，所述仪表放大器的正输入端与外部负载连接，所述仪表放大器的输出端与所述第一级运算放大器的正输入端连接。

所述第二恒流源200包括三极管、运算放大器和分压电阻，所述三极管的发射极串联所述分压电阻连接到所述负电源，所述三极管的集电极与所述仪表放大器的负输入端连接，所述三极管的基极与所述运算放大器的输出端连接，所述运算放大器的正输入端连接到设定输出电流的控制电压，所述运算放大器的负输入端连接到所述三极管的发射极与所述分压电阻之间。

示例性的，图3中的三极管也还可以替换为场效应管。

以图3举的实施例说明工作原理。A41、Q2、R4构成一个恒流源，A41是一个运放。Vc是对负电源Vee参考的控制电压，通过运放的负反馈作用，是R4上的压降等于控制电压Vc，对于给定的Vc可得到所需的流过R4的电流，因为三极管的共射极电流放大系数hfe远大于1，因此流进10脚的电流可认为等于流过R4的电流。Q2产生的电流流过R3，仪表放大器A31放大R3上的压降，A31在8脚输出对地参考的电压信号，该电压正比于流过R3的电流，8脚电压输入到运放A51的同相输入端。Q1在2脚电压控制下在3脚输出一个电流，该电流流过R2，A21放大R2的压降，在5脚输出一个正比于流过R2电流的电压信号，该电压信号对地参考，这个电压信号经过电阻R5连接到A51反向输入端。

A51、A52、C1、R5、R6、R7构成误差放大器。以同相端14脚的电压为参考，若流过R2的电流下降，则A21输出电压下降，13脚电压低于14脚电压，则该差值被A51的开环增益放大，此时A51输出电压上升，通过A52反相器在15脚输出变为下降，使Q1的基极(2脚)电压下降，Q1基极电流增大，所以Q1集电极电流增大，R2压降上升，A21输出上升，13脚输出电压上升，从而抑制流过R2的电流下降，这是一个负反馈过程。

若流过R2的电流上升，则A21输出电压上升，13脚电压高于14脚电压，则该差值被A51的开环增益放大，此时A51输出电压下降，通过A52反相器在15脚输出变为上升，使Q1的基极(2脚)电压上升，Q1基极电流减少，所以Q1集电极电流减少，R2压降下降，A21输出下降，13脚输出电压下降，从而抑制流过R2的电流上升，这是一个负反馈过程。

设A21的电压放大倍数为K21，A31的电压放大倍数为K31。特别地当以下关系式成立时：

K21×R2＝K31×R3；

则通过反馈作用维持流过R2的电流等于流过R3的电流。

电阻R5与电容C1的作用是对高频信号衰减使其不进入反馈环路以保证环路稳定。

由于电子元件的误差，流过R2的电流不完全等于流过R3的电流，源出电流和吸收电流之差流过外部电路的对地阻抗产生一个对地共模电压，但当通过控制元件的精度可以使电流之差产生的对地共模电压小到可以忽略的程度。举例说明：设A21和A31的电压增益为1，测试系统需要20mA的电流，R2、R3阻值为100Ω并选用封装在一起的精密匹配网络电阻。当今的技术可以容易得到阻值匹配度优于0.01％的电阻元件，因此在电路稳定后，由电阻不匹配产生的电流误差为：

ΔI₁＝20mA×0.01％＝2μA；

当今仪表放大器失调电压优于50μV，运放失调电压优于10μV，失调电压的影响可认为14脚电压完全等于20mA电流流过R3上的压降，而13脚电压却是20mA流过R2的电压再加上失调电压，而负反馈作用使得13脚电压等于14脚电压，所以R2上的电流将较少失调电压除以R2阻值的电流。失调电压有正有负，考虑最坏情况所有失调电压同向叠加，A21和A31的电压增益为1，则由失调电压产生的电流偏差为：

最坏情况下以上两部分偏差电流同向叠加则为3.1μA。在CAN一致性测试设备中diff为60Ω，一个对地电阻Rt为1kΩ,则偏差电流流过此两个电阻产生的对地电压为：

ΔV＝(ΔI₁+ΔI₂)(1000+60)＝3.286mV；

而Rt所连接的产生CAN总线共模电压的电源，该电源需要设置CAN总线共模电压为-2V或+7V，可见电流偏差产生3.286mV的共模电压偏差是很小的，在CAN一致性测试设备中可忽略。

本实用新型实施例提供的一种差动输出恒流源电路，不改变外部负载原有的对地共模电压，不使用隔离电源，能够避免共模噪声问题。

以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种差动输出恒流源电路，其特征在于，包括第一恒流源、第二恒流源、第一电流检测模块、第二电流检测模块和误差放大器；

所述第一恒流源与正电源连接；所述第一电流检测模块分别与所述第一恒流源、误差放大器和外部负载连接；所述误差放大器与所述第一恒流源连接；所述第二恒流源与负电源连接；所述第二电流检测模块分别与所述第二恒流源、误差放大器和外部负载连接。

2.根据权利要求1所述的差动输出恒流源电路，其特征在于，所述第一恒流源包括三极管和分压电阻，所述三极管的发射极串联所述分压电阻连接到所述正电源，所述三极管的集电极与所述第一电流检测模块连接，所述三极管的基极与所述误差放大器连接。

3.根据权利要求2所述的差动输出恒流源电路，其特征在于，所述第一电流检测模块包括仪表放大器和电流检测电阻，所述电流检测电阻与所述仪表放大器并联，所述仪表放大器的正输入端与所述三极管的集电极连接，所述仪表放大器的负输入端与外部负载连接，所述仪表放大器的输出端与所述误差放大器连接。

4.根据权利要求3所述的差动输出恒流源电路，其特征在于，所述误差放大器由两级运算放大器组成，并联有一电容的第一级运算放大器的输出端串联一个电阻连接到并联有一电阻的第二级运算放大器的负输入端，所述第一级运算放大器的负输入端串联一个电阻连接到所述仪表放大器的输出端，所述第一级运算放大器的正输入端与所述第二电流检测模块连接，所述第二级运算放大器的正输入端接地，所述第二级运算放大器的输出端与所述三极管的基极连接。

5.根据权利要求4所述的差动输出恒流源电路，其特征在于，所述第二电流检测模块包括仪表放大器和电流检测电阻，所述电流检测电阻与所述仪表放大器并联，所述仪表放大器的负输入端与所述第二恒流源连接，所述仪表放大器的正输入端与外部负载连接，所述仪表放大器的输出端与所述第一级运算放大器的正输入端连接。

6.根据权利要求5所述的差动输出恒流源电路，其特征在于，所述第二恒流源包括三极管、运算放大器和分压电阻，所述三极管的发射极串联所述分压电阻连接到所述负电源，所述三极管的集电极与所述仪表放大器的负输入端连接，所述三极管的基极与所述运算放大器的输出端连接，所述运算放大器的正输入端连接到设定输出电流的控制电压，所述运算放大器的负输入端连接到所述三极管的发射极与所述分压电阻之间。

7.根据权利要求4所述的差动输出恒流源电路，其特征在于，所述外部负载包括被测CAN设备和CAN一致性测量设备；

所述被测CAN设备有CAN_H、CAN_L和CAN_GND三个端子，CAN_GND接地，CAN_H和CAN_L间连接有终端电阻；

所述CAN一致性测量设备的两个输入端分别连接CAN_H、CAN_L，其一个参考端接地，所述CAN一致性测量设备内包括一个产生共模电压的共模电源连接一个测试电阻到其中一个输入端，所述共模电源另一端接地。