CN215599583U - 一种恒流输出电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种恒流输出电路，包括调压电路，调压电路的电源端与电源连接，调压电路的负载端与输出负载连接，调压电路包括：用于根据目标电流调节接入电阻的阻值的电位器；DCDC调压芯片，DCDC调压芯片的输入端与电源端连接，DCDC调压芯片的电压调整端与负载端连接，DCDC调压芯片的反馈端与电位器的第一端及负载端连接，DCDC调压芯片的接地端与电位器的第二端均接地；DCDC调压芯片，用于根据反馈端接收到的反馈信号调节电压调整端的输出电压，以使负载端的实际电流等于目标电流。本申请能够提高恒流源的调节精度、稳定性及抗干扰能力，当负载突变时，闭环反馈路径短，动态响应速度快。

Description

一种恒流输出电路

技术领域

本申请涉及电源领域，特别涉及一种恒流输出电路。

背景技术

随着科技的创新进步，人们对电源的要求也多样化，常用的恒压源逐渐无法满足人们所需，恒流源的需求场景越来越多。目前常用的恒流输出多采用三极管的方案，设计电路使三极管工作在放大区，根据公式Ic＝β×Ib，控制电流Ic大小，达到恒流输出效果。这种方案比较简单，但是由于不同厂家生产的三极管的参数β不同，甚至相同厂家同一批次的物料，参数β也存在一定差异，使得恒流源电路中三极管的一致性差，导致该恒流源电路不能应用于有一定精度要求的场合。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种恒流输出电路，能够提高恒流源的调节精度、稳定性及抗干扰能力，当负载突变时，闭环反馈路径短，动态响应速度快。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种恒流输出电路，包括调压电路，所述调压电路的电源端与电源连接，所述调压电路的负载端与输出负载连接，所述调压电路包括：

用于根据目标电流调节接入电阻的阻值的电位器；

DCDC调压芯片，所述DCDC调压芯片的输入端与所述电源端连接，所述DCDC调压芯片的电压调整端与所述负载端连接，所述DCDC调压芯片的反馈端与所述电位器的第一端及所述负载端连接，所述DCDC调压芯片的接地端与所述电位器的第二端均接地；

所述DCDC调压芯片，用于根据所述反馈端接收到的反馈信号调节所述电压调整端的输出电压，以使所述负载端的实际电流等于所述目标电流。

可选的，该恒流输出电路还包括：

一端与所述DCDC调压芯片的输入端连接、另一端与所述DCDC调压芯片的电压调整端连接的电感。

可选的，该恒流输出电路还包括：

阳极与所述DCDC调压芯片的电压调整端连接、阴极与所述负载端连接的二极管。

可选的，所述电位器为数字电位器；

该恒流输出电路还包括：

与所述数字电位器的调节端连接、用于根据所述目标电流生成调节信号的控制器。

可选的，所述电位器为机械电位器。

可选的，该恒流输出电路还包括：

一端与所述负载端连接、另一端与所述DCDC调压芯片的反馈端连接的第一电容。

可选的，该恒流输出电路还包括：

一端与所述电源端连接、另一端接地的第二电容；

一端与所述负载端连接、另一端接地的第三电容。

可选的，该恒流输出电路还包括：

输入端与所述电源连接、输出端与所述调压电路的电源端连接、用于根据频率控制信号调节所述调压电路的工作状态的调频电路，所述工作状态包括工作状态和停止工作状态。

可选的，所述调频电路包括第一开关、第二开关、第一电阻、第二电阻及第三电阻，其中：

所述第一开关的第一端与所述第一电阻的第一端连接后的公共端作为所述调频电路的输入端，所述第一开关的第二端作为所述调频电路的输出端，所述第二开关的第一端接地，所述第一电阻的第二端与所述第一开关的控制端及第二开关的第二端连接，所述第二电阻的第一端用于接入所述频率控制信号，所述第二开关的控制端分别与所述第二电阻的第二端及所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端接地。

可选的，所述第一开关为PMOS管，所述第二开关为NMOS管。

本申请提供了一种恒流输出电路，通过DCDC调压芯片和电位器来实现恒流输出，无需采用三极管，因此，不存在三极管方案带来的弊端。本申请由电位器对恒流输出电路的接入电阻进行调整，使得负载端的实际电流可以精确达到目标电流，调节精度高，适用于各种场景。此外，恒流输出电路的基准电压来自于DCDC调压芯片，当负载突变时，DCDC调压芯片可以根据其反馈端接收到的反馈信号迅速调节其电压调整端的输出电压，以便将负载端的实际电流调整至目标电流，闭环反馈路径短，动态响应速度快。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请所提供的一种恒流输出电路的结构示意图；

图2为本申请所提供的一种数字电位器的结构示意图；

图3为本申请所提供的另一种恒流输出电路的结构示意图；

图4为本申请所提供的另一种恒流输出电路的结构示意图；

图5为本申请所提供的另一种恒流输出电路的结构示意图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种恒流输出电路，能够提高恒流源的调节精度、稳定性及抗干扰能力，当负载突变时，闭环反馈路径短，动态响应速度快。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参照图1，图1为本申请所提供的一种恒流输出电路的结构示意图，该恒流输出电路包括调压电路1，调压电路1的电源端与电源连接，调压电路1的负载端与输出负载连接，调压电路1包括：

用于根据目标电流调节接入电阻的阻值的电位器U2；

DCDC调压芯片U1，DCDC调压芯片U1的输入端与电源端连接，DCDC调压芯片U1的电压调整端与负载端连接，DCDC调压芯片U1的反馈端与电位器U2的第一端及负载端连接，DCDC调压芯片U1的接地端与电位器U2的第二端均接地；

DCDC调压芯片U1，用于根据反馈端接收到的反馈信号调节电压调整端的输出电压，以使负载端的实际电流等于目标电流。

具体的，本实施例中的调压电路1包括电源端、负载端、DCDC调压芯片U1及电位器U2。本实施例采用的DCDC调压芯片U1的型号为LM2733XMF，其内部具有40V的FET开关，工作频率高达1.6MHz，非常适合升压至16V或更高电压的场景。另外，它的关断电流小于1微安，有逐周期电流限制和热关断保护功能，安全可靠。参照图1所示，DCDC调压芯片U1包括输入端VIN、反馈端FB、电压调整端SW、接地端GND及其他功能端。接地端GND与电位器U2的第二端连接后接地，反馈端FB与电位器U2的第一端连接。

具体的，电位器U2具体可以选用数控可编程的电阻器，可以采用数控方式调节电阻值，具有调节精度高、低噪声、抗干扰、无机械磨损等显著优点，从而提高恒流输出电路的工作寿命。作为一种可选的实施例，当电位器U2选用数字电位器时，本实施例所提供的恒流输出电路还包括控制器，控制器与数字电位器的调节端连接、用于根据目标电流生成调节信号，以便数字电位器根据调节信号调整自身接入电阻的阻值。具体的，数字电位器一般由输入控制，计数控制和译码，非易失性存贮器及电阻阵列三部分组成。输入控制部分的工作就像一个升/降计数器，这个计数器的输出被译码而接通一个单接点的电子开关，以便把电阻阵列上的一个点接到滑动输出端，在适当的条件下，计数器的内容可以贮存在非易失性存贮器中并保持以便后续使用。电阻阵列包含99个单独的电阻，他们以串联的形式连接。在二个终端端点以及每个电阻之间都有一个电子开关，可将该点的电位传输到滑动端。

参照图2所示，本实施例所提供的数字电位器包括八个引脚，其中，第八脚接输入电源V_IN，第四脚接GND，第三脚接DCDC调压芯片U1的反馈端上的R+，第五脚接DCDC调压芯片U1的接地端上的R-，第六脚悬空即可。第一脚，第二脚和第七脚为数字电位器的控制信号脚，也即电位器U2的控制端，分别为增量控制信号，递增/递减控制信号，片选使能控制信号，通过控制器编程控制这三个脚就可以改变数字电位器的接入电阻的阻值Rs。数字电位器的第八脚上还接有电容C4，电容C4主要负责滤波，使数字电位器工作电压稳定。

可以理解的是，当调压电路1工作时，DCDC调压芯片U1的R+和R-两端的电压大小等于DCDC调压芯片U1的内部基准电压Vfb，可以理解的是，R+和R-两端的电阻值为数字电位器的接入电阻的阻值Rs。

假设恒流输出电路在实际工作时，负载两端接入的电阻(即V_OUT和R+之间接入的电阻)大小为R，那么就可以计算负载端的实际电流：

I＝(V_OUT-Vfb)/R，其中，V_OUT为负载两端电压，I为负载端的实际电流。

根据DCDC数据手册得知，V_OUT＝Vfb×(1+Ra/Rb)。

其中Ra和Rb为负载端到反馈端FB和反馈端FB到接地端GND的电阻，在本电路中，Ra即为R，Rb即为Rs。

综上可得I＝(V_OUT-Vfb)/R＝(Vfb×(1+R/Rs)-Vfb)/R＝Vfb/Rs。

由上式可知，负载端的实际电流大小与负载两端接入的电阻阻值R无关，只和基准电压Vfb和反馈端接入的电阻Rs有关。

因此，当DCDC选型确定后，Vfb为定值，通常为1.23V，只需通过程序改变Rs的阻值，即可调节负载端的电流大小。

进一步的，负载端接入电阻有变化时，DCDC调压芯片U1检测到负载端的实际电流和目标电流大小不一致时，立刻调节DCDC调压芯片U1SW端的输出电压，以便将负载端的实际电流调节到目标电流，维持恒流输出。

当然，电位器U2除了可以选用数字电位器，还可以选用机械电位器。

可见，本实施例通过DCDC调压芯片和电位器来实现恒流输出，无需采用三极管，因此，不存在三极管方案带来的弊端。本申请由电位器对恒流输出电路的接入电阻进行调整，使得负载端的实际电流可以精确达到目标电流，调节精度高，适用于各种场景。此外，恒流输出电路的基准电压来自于DCDC调压芯片，当负载突变时，DCDC调压芯片可以根据其反馈端接收到的反馈信号迅速调节其电压调整端的输出电压，以便将负载端的实际电流调整至目标电流，闭环反馈路径短，动态响应速度快。

请参照图3，图3为本申请所提供的另一种恒流输出电路的结构示意图，该恒流输出电路在上述实施例的基础上：

作为一种可选的实施例，该恒流输出电路还包括：

一端与DCDC调压芯片U1的输入端连接、另一端与DCDC调压芯片U1的电压调整端连接的电感L1。

具体的，电感L1起到储能的作用，配合DCDC调压芯片U1，在不断充电/放电的过程中实现升压的功能。

作为一种可选的实施例，该恒流输出电路还包括：

阳极与DCDC调压芯片U1的电压调整端连接、阴极与负载端连接的二极管D1。

具体的，二极管D1为肖特基二极管，其作用是防止V_OUT的电压回流到VCC端，提高恒流输出电路的安全性。

作为一种可选的实施例，该恒流输出电路还包括：

一端与负载端连接、另一端与DCDC调压芯片U1的反馈端连接的第一电容C1。

具体的，第一电容C1为滤波电容，可以使DCDC调压芯片U1的V_OUT端和反馈端FB之间的电压更加稳定。

作为一种可选的实施例，该恒流输出电路还包括：

一端与电源端连接、另一端接地的第二电容C2；

一端与负载端连接、另一端接地的第三电容C3。

具体的，第二电容C2和第三电容C3均为叠层片式陶瓷电容，不仅具有滤波功能，更重要的是起到旁路功能，为DCDC调压芯片U1提供一定的能量，保证DCDC调压芯片U1正常工作，使输出更加稳定。

请参照图4，图4为本申请所提供的另一种恒流输出电路的结构示意图，该恒流输出电路在上述实施例的基础上：

作为一种可选的实施例，该恒流输出电路还包括：

输入端与电源连接、输出端与调压电路1的电源端连接、用于根据频率控制信号调节调压电路1的工作状态的调频电路2，工作状态包括工作状态和停止工作状态。

作为一种可选的实施例，调频电路2包括第一开关Q1、第二开关Q2、第一电阻R1、第二电阻R2及第三电阻R3，其中：

第一开关Q1的第一端与第一电阻R1的第一端连接后的公共端作为调频电路2的输入端，第一开关Q1的第二端作为调频电路2的输出端，第二开关Q2的第一端接地，第一电阻R1的第二端与第一开关Q1的控制端及第二开关Q2的第二端连接，第二电阻R2的第一端用于接入频率控制信号，第二开关Q2的控制端分别与第二电阻R2的第二端及第三电阻R3的第一端连接，第三电阻R3的第二端接地。

作为一种可选的实施例，第一开关Q1为PMOS管，第二开关Q2为NMOS管。

具体的，恒流输出电路还包括调频模块，通过调频电路2控制调压电路1的工作模式，使后端系统具有变频输出的能力。

具体的，调频电路2的结构参照图5所示，该调频电路2包括第一开关Q1、第二开关Q2、第一电阻R1、第二电阻R2及第三电阻R3。其中：

第一开关Q1为P沟道型场效应管，它的源极接电源输入端V_IN，漏极接VCC，电气特性可概括为：当第一开关Q1的栅极为低电平时，第一开关Q1处于导通状态，V_IN电流可以通过第一开关Q1到达VCC，当第一开关Q1的栅极为高电平时，第一开关Q1处于截止状态，V_IN不能通过第一开关Q1到达VCC；

第二开关Q2为N沟道型场效应管，它的漏极接第一开关Q1的栅极，源极接GND，电气特性可概括为：当第二开关Q2的栅极为高电平时，第二开关Q2处于导通状态，电流可以从第二开关Q2的漏极流向第二开关Q2的源极，当第二开关Q2的栅极为低电平时，第二开关Q2处于截止状态，电流不可以从第二开关Q2的漏极流向第二开关Q2的源极；

第一电阻R1为上拉电阻，连接第一开关Q1的栅极和输入端，使得第一开关Q1的栅极在无信号输入情况下保持高电平，从而让第一开关Q1处于截止状态；

第二电阻R2的第一端接入频率控制信号SIGNAL，主要用于增大频率控制信号SIGNAL线路上的输入阻抗，从而增大信号线路的抗干扰能力；

第三电阻R3为下拉电阻，连接第二开关Q2的栅极和GND，使得第二开关Q2的栅极在无信号输入情况下保持低电平，从而让第二开关Q2处于截止状态。

在上述结构的基础上，调频电路2工作原理主要如下：

当频率控制信号SIGNAL为高电平时，第二开关Q2的栅极也为高电平，使得第二开关Q2处于导通状态，第二开关Q2的漏极和源极导通接到GND，使第一开关Q1的栅极为低电平，这样第一开关Q1也处于导通状态，第一开关Q1导通后，V_IN的电流就可以通过第一开关Q1达到VCC端，可以使后端的调压电路1工作；

当频率控制信号SIGNAL为低电平时，第二开关Q2的栅极也为低电平，使得第二开关Q2处于截止状态，第二开关Q2的漏极和源极断开，第一开关Q1的栅极被第一电阻R1上拉至高电平，这样第一开关Q1也处于截止状态，第一开关Q1截止后，V_IN的电流就不可以通过第一开关Q1达到VCC端，VCC后端断电，使调压电路1无法工作。

基于此，本实施例可以通过改变频率控制信号SIGNAL的占空比和信号周期的方式，控制后端调压电路1的工作状态，从而使后端系统具有变频输出的能力。

综上所述，本申请方案简单，成本较低，核心器件就是DCDC调压芯片和电位器。调节精度高，稳定性好，抗干扰能力强，采用数字电位器，电阻调节比较精确，使得输出电流也比较精确，另外电路几乎没有噪声，无机械磨损，系统有着极长的工作寿命。此外，本申请动态响应速度快，恒流输出电路的基准电压来自DCDC调压芯片，当负载电路突变时，系统的闭环反馈链路很短，能很快的做出调节。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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申请。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申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请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 (10)

1.一种恒流输出电路，其特征在于，包括调压电路，所述调压电路的电源端与电源连接，所述调压电路的负载端与输出负载连接，所述调压电路包括：

用于根据目标电流调节接入电阻的阻值的电位器；

DCDC调压芯片，所述DCDC调压芯片的输入端与所述电源端连接，所述DCDC调压芯片的电压调整端与所述负载端连接，所述DCDC调压芯片的反馈端与所述电位器的第一端及所述负载端连接，所述DCDC调压芯片的接地端与所述电位器的第二端均接地；

所述DCDC调压芯片，用于根据所述反馈端接收到的反馈信号调节所述电压调整端的输出电压，以使所述负载端的实际电流等于所述目标电流。

2.根据权利要求1所述的恒流输出电路，其特征在于，该恒流输出电路还包括：

一端与所述DCDC调压芯片的输入端连接、另一端与所述DCDC调压芯片的电压调整端连接的电感。

3.根据权利要求1所述的恒流输出电路，其特征在于，该恒流输出电路还包括：

阳极与所述DCDC调压芯片的电压调整端连接、阴极与所述负载端连接的二极管。

4.根据权利要求1所述的恒流输出电路，其特征在于，所述电位器为数字电位器；

该恒流输出电路还包括：

与所述数字电位器的调节端连接、用于根据所述目标电流生成调节信号的控制器。

5.根据权利要求1所述的恒流输出电路，其特征在于，所述电位器为机械电位器。

6.根据权利要求1所述的恒流输出电路，其特征在于，该恒流输出电路还包括：

一端与所述负载端连接、另一端与所述DCDC调压芯片的反馈端连接的第一电容。

7.根据权利要求1所述的恒流输出电路，其特征在于，该恒流输出电路还包括：

一端与所述电源端连接、另一端接地的第二电容；

一端与所述负载端连接、另一端接地的第三电容。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的恒流输出电路，其特征在于，该恒流输出电路还包括：

输入端与所述电源连接、输出端与所述调压电路的电源端连接、用于根据频率控制信号调节所述调压电路的工作状态的调频电路，所述工作状态包括工作状态和停止工作状态。

9.根据权利要求8所述的恒流输出电路，其特征在于，所述调频电路包括第一开关、第二开关、第一电阻、第二电阻及第三电阻，其中：

所述第一开关的第一端与所述第一电阻的第一端连接后的公共端作为所述调频电路的输入端，所述第一开关的第二端作为所述调频电路的输出端，所述第二开关的第一端接地，所述第一电阻的第二端与所述第一开关的控制端及第二开关的第二端连接，所述第二电阻的第一端用于接入所述频率控制信号，所述第二开关的控制端分别与所述第二电阻的第二端及所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端接地。

10.根据权利要求9所述的恒流输出电路，其特征在于，所述第一开关为PMOS管，所述第二开关为NMOS管。

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