CN214311488U - 一种恒流源 - Google Patents

Abstract

一种恒流源，包括，电压电流转换模块；软启动控制模块，该模块的一个输入端与一电压源的输出端连接，该模块的输出端接入所述电压电流转换模块；电源开关模块，该模块的输出端接入所述软启动控制模块的另一个输入端，用于控制所述恒流源的开关。

Description

一种恒流源

技术领域

本实用新型属于电子电路技术领域，特别涉及一种恒流源。

背景技术

恒流源是指输出电流保持不变的电源，是一种广泛使用的单元电路，其主要特点是，输出电流保持恒定，不会因为负载的改变而改变。

为了得到恒流源，需要将电压源转换成电流源，这就需要电压电流转换电路。现有的电压电流转换电路有许多种，各有优缺点。一般都希望输出电流的精度高，输出电流的稳定性好，恒流源负载可以对地连接。

实用新型内容

本实用新型实施例之一，一种恒流源，包括，

电压电流转换模块；

软启动控制模块，该模块的一个输入端与一电压源的输出端连接，该模块的输出端接入所述电压电流转换模块；

电源开关模块，该模块的输出端接入所述软启动控制模块的另一个输入端，用于控制所述恒流源的开关。

本实用新型的恒流源，是具有软启动的恒流源电路，包括了电压电流转换电路和软启动/关闭电路，可以有效地完成电压电流转换，实现恒流输出，且能实现软启动和软关闭，避免对电源和负载设备造成过流过压冲击，稳定可靠、实现方便、成本低廉，可广泛应用于各种恒流源电路中。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本实用新型示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本实用新型的若干实施方式，其中：

图1根据本实用新型实施例之一的能软启动的电压电流转换电路结构框图。

图2根据本实用新型实施例之一的能软启动的电压电流转换电路原理图。

具体实施方式

恒流源经常会带感性负载(比如给产生磁场的螺线管提供电流)。如果恒流源突然上电输出大电流，或者在电流输出状态突然关闭，根据电路原理电感的电流不能突变，此时感性负载两端将会产生较大的感应电动势：

可以看出，突然变化的负载电流将会导致产生非常大的感应电压，而这个电压往往会超过恒流源中部分电子元件的耐受电压，导致其过压损坏。所以，为了安全起见，必须使得恒流源产生的电流缓慢增长，由小到大逐渐达到设定值，以将感性负载的感应电压控制在安全范围，这就是恒流源的软启动。同样，关闭恒流源时，也需要电流缓慢减小，这就是恒流源的软关闭。

根据一个或者多个实施例，一种能软启动的恒流源，包括电压源输入端、启动控制信号输入端、电源开关模块、软启动控制模块、电压电流转换模块。电压电流转换模块又包括电压采样模块、电流放大模块、负载反馈模块、电流负载模块。其中，

软启动控制模块的电压源输入端与一电压源的输出端连接，该模块的输出端接入所述电压电流转换模块；

电源开关模块的输出端接入所述软启动控制模块的另一个输入端，用于控制所述恒流源的开关，启动控制信号输入端接入所述电源开关模块；

电压采样模块的第一输入端连接所述软启动控制模块的输出端，电压采样模块的第一输出端连接电流放大模块的输入端，电压采样模块的第二输出端连接负载反馈模块的输入端，负载反馈模块的输出端连接电压采样模块的第一输入端，

所述恒流源的电流负载模块跨接电流放大模块的输出端和负载反馈模块的输入端。

因此，本发明实施例可以有效地完成电压电流转换，实现恒流输出，且能实现软启动和软关闭，避免对电源和负载设备造成过流过压冲击。

根据一个或者多个实施例，如图2所示，一种恒流源，包括，

电源开关模块、软启动控制模块、电压采样模块、电流放大模块、负载反馈模块、电流负载模块。

所述软启动控制模块，由P沟道MOS管Q3、充电电容C1、充电电阻R6和放电电阻R5组成，

P沟道MOS管Q3的栅极连接充电电容C1和充电电阻R6，P沟道MOS管Q3的源极连接所述电压源，P沟道MOS管的漏极连接所述电压采样模块的第一输入端。

所述电源开关模块，由N沟道MOS管Q2、下拉电阻R8、限流电阻R7组成，N沟道MOS管Q2的栅极连接限流电阻R7，N沟道MOS管Q2的源极接地，N沟道MOS管Q2的漏极连接软所述启动控制模块的充电电阻R6。

所述电压采样模块由运算放大器A1、分为2组的4个分压电阻组成，运算放大器A1的正向输入端连接一组分压电阻的分压节点，运算放大器的反向输入端连接另一组分压电阻的分压节点，

运算放大器A1的输出端连接所述电流放大模块的输入端。

所述电流放大模块，由NPN型三极管B1和采样电阻Rs组成，NPN型三极管B1的基极连接所述电压采样模块中运算放大器A1的输出端，NPN型三极管B1的发射极连接采样电阻Rs的一端，NPN型三极管B1的集电极连接所述恒流源的供电电源，采样电阻Rs的另一端连接所述恒流源的负载输入端。

所述负载反馈模块，由运算放大器A2组成，运算放大器A2的正向输入端与所述恒流源的负载连接，运算放大器A2的反向输入端与运算放大器A2的输出端相连构成一个电压跟随器。

所述恒流源的负载，其一端接所述电流放大模块的采样电阻Rs，另一端接地。

如图2所示，初始状态，启动控制信号Sc为低电平，MOS管Q2的栅极G2亦为低电平，此时Q2的栅源电压V_GS为0V，因此Q2处于截止状态，其漏极D2和源极S2相当于断路高阻状态。此时，当U_in连接输入电压源时，Q3的源极S3和Q3的栅极G3都被上拉至U_in，Q3的栅源电压V_GS为0V，Q3截止，其漏极D3和源极S3相当于断路高阻状态，故漏极D3(即U_S)电压为0V，恒流源没有输出。如果Sc不是确定的低电平，而处于浮空高阻状态，电阻R8将会对MOS管Q2的栅极G2的基极下拉，将其电平固定在低电平，不让其浮空，以确保恒流源没有电流输出。

当启动控制信号Sc切换为高电平(以3.3V为例)时，MOS管Q2的栅极G2跳变为高电平，此时Q2的栅源电压V_GS为3.3V，Q2导通，其漏极D2和源极S2相当于短路状态，D2电压变为GND。电源U_in和充电电容C1和充电电阻R6将构成充电回路，随着C1的持续充电，C1和R6的连接点(即MOS管Q3的基极G3)电压将不断降低(待充电完成将变为0V)，因此Q3的栅源电压V_GS将不断升高，待电容C1充电完成将达到最大V_GS＝U_in。在这个充电过程中，MOS管Q3将从截止逐渐变为完全导通，相应地，Us电压也会从0缓慢上升为U_in，恒流源的输出电流也随之缓慢上升至设定值。根据具体需要调整充电电容C1和充电电阻R6的取值，可以控制电流上升的速度。

当启动控制信号Sc切换为低电平时，MOS管Q2的栅极G2跳变为低电平，此时Q2的栅源电压V_GS为0V，Q2截止，其漏极D2和源极S2相当于断路状态。电容C1和电阻R5、R6将构成放电回路，随着C1的持续放电，C1和R6的连接点(即MOS管Q3的基极G3)电压将不断升高(待放电完成将变为U_in)，因此Q3的栅源电压VGS将不断降低，待电容C1放电完成将达到最小值V_GS＝0V。在这个放电过程中，MOS管Q3将从完全导通逐渐变为完全截止，相应地，Us电压也会从U_in缓慢下降为0V，恒流源的输出电流也随之缓慢下降至0。

根据运算放大器的“虚短”和“虚断”原理

U₁＝U₂ (2)

U₃＝U₄ (3)

选取合适的电阻阻值，令

则可以得到

可见，电路输出的负载电流不会随负载的变化而变化，和输入电压成正比，实现了恒流源所需要的电压电流转换。实际使用的时候，一般Rs选取毫欧级的小电阻以减少功耗，通过调整电阻的取值使k在很小，这样可以减小电压-电流比，方便恒流源的输出电流调节，具体的取值根据实际需求确定。

综上所述，通过本发明实施例的恒流源电路，可以有效地完成电压电流转换，实现恒流输出，且能实现软启动和软关闭，避免上电和关闭时的突发电流对电源和负载设备造成过流过压冲击。本领域技术人员可通过阅读本发明专利后，可做出细微的改变和调整，例如：根据电路原理改变MOS管的选型，改变运算放大器的选型，或者改变电容容值电阻阻值等，仍将不失为本发明的要义所在，亦不脱离本发明专利的精神和范围。

根据一个或者多个实施例，如图2所示，选取OPA2187双运放芯片，其包含两个低功耗零漂移运算放大器，可以满足电路中运算放大器A1和A2的要求。电流放大三极管Q1选取KSD1691，电源开关MOS管Q2选取BSS138，软启动控制MOS管Q3选用CSD25404Q3；R2、R3选用0.1％高精度1K的精密电阻，R1、R4选用0.1％高精度100K的精密电阻，采样电阻Rs选用RS02BR低温漂100mΩ精密线绕电阻，C1取值10uF，R5、R6、R7、R8均取值22K；U_in调节范围为0至10V。那么这个恒流源的输出电流方位即为100mA至1A。

初始状态，启动控制信号Sc为低电平，MOS管Q2的栅极G2亦为低电平，此时Q2的栅源电压V_GS为0V，因此Q2处于截止状态，其漏极D2和源极S2相当于断路高阻状态。此时，当U_in连接输入电压源时，Q3的源极S3和Q3的栅极G3都被上拉至U_in，Q3的栅源电压V_GS为0V，Q3截止，其漏极D3和源极S3相当于断路高阻状态，故漏极D3(即U_S)电压为0V，恒流源没有输出。如果Sc不是确定的低电平，而处于浮空高阻状态，电阻R8将会对MOS管Q2的栅极G2的基极下拉，将其电平固定在低电平，不让其浮空，以确保恒流源没有电流输出。

当启动控制信号Sc切换为高电平(以3.3V为例)时，MOS管Q2的栅极G2跳变为高电平，此时Q2的栅源电压V_GS为3.3V，Q2导通，其漏极D2和源极S2相当于短路状态，D2电压变为GND。电源U_in和充电电容C1和充电电阻R6将构成充电回路，随着C1的持续充电，C1和R6的连接点(即MOS管Q3的基极G3)电压将不断降低(待充电完成将变为0V)，因此Q3的栅源电压V_GS将不断升高，待电容C1充电完成将达到最大V_GS＝U_in。在这个充电过程中，MOS管Q3将从截止逐渐变为完全导通，相应地，Us电压也会从0缓慢上升为U_in，恒流源的输出电流也随之缓慢上升至设定值。根据具体需要调整充电电容C1和充电电阻R6的取值，可以控制电流上升的速度。根据前述的电容电阻取值，C1为10uF，R6＝22K，则有充电常数τ

τ＝R*C＝0.22秒 (11)

可见，恒流源完全输出设定电流的时间大概为3倍时间常数的时间，即0.66秒。

当启动控制信号Sc切换为低电平时，MOS管Q2的栅极G2跳变为低电平，此时Q2的栅源电压V_GS为0V，Q2截止，其漏极D2和源极S2相当于断路状态。电容C1和电阻R5、R6将构成放电回路，随着C1的持续放电，C1和R6的连接点(即MOS管Q3的基极G3)电压将不断升高(待放电完成将变为U_in)，因此Q3的栅源电压VGS将不断降低，待电容C1放电完成将达到最小值V_GS＝0V。在这个放电过程中，MOS管Q3将从完全导通逐渐变为完全截止，相应地，Us电压也会从U_in缓慢下降为0V，恒流源的输出电流也随之缓慢下降至0。

值得说明的是，虽然前述内容已经参考若干具体实施方式描述了本实用新型创造的精神和原理，但是应该理解，本实用新型并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合，这种划分仅是为了表述的方便。本实用新型旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (9)

1.一种恒流源，其特征在于，包括，

电压电流转换模块；

软启动控制模块，该模块的一个输入端与一电压源的输出端连接，该模块的输出端接入所述电压电流转换模块；

电源开关模块，该模块的输出端接入所述软启动控制模块的另一个输入端，用于控制所述恒流源的开关。

2.根据权利要求1所述的恒流源，其特征在于，所述电压电流转换模块包括，

电压采样模块、电流放大模块、负载反馈模块，

电压采样模块的第一输入端连接所述软启动控制模块的输出端，电压采样模块的第一输出端连接电流放大模块的输入端，电压采样模块的第二输出端连接负载反馈模块的输入端，负载反馈模块的输出端连接电压采样模块的第一输入端，

所述恒流源的负载跨接电流放大模块的输出端和负载反馈模块的输入端。

3.根据权利要求1所述的恒流源，其特征在于，启动控制信号被输入所述电源开关模块，通过电源开关模块控制所述恒流源的开关。

4.根据权利要求2所述的恒流源，其特征在于，

所述软启动控制模块，由P沟道MOS管Q3、充电电容C1、充电电阻R6和放电电阻R5组成，

P沟道MOS管Q3的栅极连接充电电容C1和充电电阻R6，P沟道MOS管Q3的源极连接所述电压源，P沟道MOS管的漏极连接所述电压采样模块的第一输入端。

5.根据权利要求2所述的恒流源，其特征在于，

所述电源开关模块，由N沟道MOS管Q2、下拉电阻R8、限流电阻R7组成，N沟道MOS管Q2的栅极连接限流电阻R7，N沟道MOS管Q2的源极接地，N沟道MOS管Q2的漏极连接所述启动控制模块的充电电阻R6。

6.根据权利要求2所述的恒流源，其特征在于，

所述电压采样模块由运算放大器A1、分为2组的4个分压电阻组成，运算放大器A1的正向输入端连接一组分压电阻的分压节点，运算放大器的反向输入端连接另一组分压电阻的分压节点，

运算放大器A1的输出端连接所述电流放大模块的输入端。

7.根据权利要求6所述的恒流源，其特征在于，

所述电流放大模块，由NPN型三极管B1和采样电阻Rs组成，NPN型三极管B1的基极连接所述电压采样模块中运算放大器A1的输出端，NPN型三极管B1的发射极连接采样电阻Rs的一端，NPN型三极管B1的集电极连接所述恒流源的供电电源，采样电阻Rs的另一端连接所述恒流源的负载输入端。

8.根据权利要求6所述的恒流源，其特征在于，

所述负载反馈模块，由运算放大器A2组成，运算放大器A2的正向输入端与所述恒流源的负载连接，运算放大器A2的反向输入端与运算放大器A2的输出端相连构成一个电压跟随器。

9.根据权利要求8所述的恒流源，其特征在于，所述恒流源的负载，其一端接所述电流放大模块的采样电阻Rs，另一端接地。

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