一种程控式负载自适应恒流源模块制造技术

本发明专利技术的一种程控式负载自适应恒流源模块属于电子设备的技术领域，主要结构有单片机(1)、数模转换模块(2)、功率输出模块(3)、负载判断模块(4)、延时补偿模块(5)、电压跟踪模块(6)、断电保护模块(8)、程控模块(9)等。本发明专利技术在工作时能够主动适应负载的变化，具有效率高、负载适应范围宽、安全性高、可靠性高等优点。

A Programmable Load Adaptive Constant Current Source Module

The programmable load adaptive constant current source module of the invention belongs to the technical field of electronic equipment. Its main structure includes single chip computer (1), digital-analog conversion module (2), power output module (3), load judgment module (4), delay compensation module (5), voltage tracking module (6), power off protection module (8), programmable control module (9), etc. The invention can actively adapt to the change of load while working, and has the advantages of high efficiency, wide load adaptation range, high safety and high reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种程控式负载自适应恒流源模块
本专利技术属于电子设备的
特别涉及一种程控式负载自适应恒流源模块。
技术介绍
恒流源在LED驱动、激光器驱动、传感器驱动、各种辉光放电光源驱动等很多领域内都有重要的应用。恒流源电路的基本原理一般是利用三极管或场效应管的非线性特性以及深度负反馈技术，使输出电流受控制电压的控制，当负载变化的时候保持流过负载的电流恒定。在恒流源电路中，电流的稳定度和电路的效率是两个至关重要的参数。与本专利技术最接近的现有技术是本课题组2015年12月29日申请的中国专利“一种双环反馈恒流源电路”(申请号：201511008766.5)，该专利在普通恒流源的基础上增加了一个反馈环，有效提高了输出电流的稳定度以及电路工作的可靠性。但是与其它现有技术恒流源电路一样，该专利存在对负载适应能力差的问题。具体来说，一个恒流源电路只能驱动一种固定的负载，或只允许负载在很小范围内变化，当负载增大时导致控制电流的三极管进入到饱和区，进而导致最大输出电流迅速下降(即无法继续保持受控地输出恒流)，而当负载减小时则会使三极管进入到欠压区(因为负载小，负载两端产生的电压也小，在本领域内称为欠压)，由于三极管与负载同处一个串联回路中，且三极管是非线性器件，因此负载电压的减小导致三极管自动承担回路多余的电压，进而导致三极管的内部功耗急剧上升，而三极管的内部功耗属于电路的“副产物”，对系统百害而无一利：一方面管功耗的增加会使管子温度急剧升高而增加管子烧坏的风险(降低仪器的使用寿命)，另一方面当负载变化时不能及时调整功率供给导致整个电路的效率大幅度降低，这在将恒流源用于移动设备时是非常不利的。因为在移动平台上工作时，为了保证系统的续航时间，效率往往是需要重点考虑的一项指标。另外，上述专利所公开的技术方案中没有过流断电保护功能，一旦限流模块失效时会导致输出电流超过限制电流(一般为最大安全电流)的风险，造成负载或仪器的损坏。因此现有的恒流源技术还需要进一步优化。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺点，提供一种程控式负载自适应恒流源模块，当负载阻抗发生变化时，能够自动调节电路自身的参数，以适应负载的阻抗变化，保持高效率，且具备过流断电保护的功能。本专利技术的具体的技术方案是：一种程控式负载自适应恒流源模块，结构有单片机1、数模转换模块2、功率输出模块3、程控模块9、模数转换模块10、电源管理模块12和前面板13；其特征在于，结构还有负载判断模块4、延时补偿模块5、电压跟踪模块6、过流判断模块7、断电保护模块8和参考电压模块11；其中，单片机1分别与程控模块9、模数转换模块10、数模转换模块2相连，数模转换模块2与功率输出模块3相连，功率输出模块3分别与模数转换模块10、负载判断模块4、过流判断模块7相连，参考电压模块11与负载判断模块4相连，负载判断模块4与延时补偿模块5相连，延时补偿模块5与电压跟踪模块6相连，电压跟踪模块6与功率输出模块3相连，过流判断模块7与断电保护模块8相连，断电保护模块8分别与功率输出模块3和电压跟踪模块6相连；电源管理模块12是能将市电交流电转换成直流电压的电路，为各模块提供Vcc、Vcc/2、Vdd三种直流电压；所述的功率输出模块3的结构为：继电器EK1的开关的一端作为功率输出模块3的第一个输入端，记为端口PWR-in1，另一端接场效应管Q1的漏极，并作为功率输出模块3的第一个输出端，记为端口PWR-out1，继电器EK1的线圈的一端接电源Vdd，另一端作为功率输出模块3的第二个输入端，记为端口PWR-in2，场效应管Q1的栅极与运放U1A的输出端相连，源极作为功率输出模块3的第二个输出端，记为端口PWR-out2，电阻R1的一端接运放U1A的同相输入端，并作为功率输出模块3的第三个输入端，记为端口PWR-in3，电阻R1的另一端作为功率输出模块3的第四个输入端，记为端口PWR-in4，与数模转换模块2的输出端相连；运放U1A的反相输入端与电容C1的一端和电阻R2的一端相连，电容C1的另一端与运放U1A的输出端相连，电阻R2的另一端与滑动变阻器W1的一端、滑动变阻器W1的滑线端及运放U1B的输出端相连，滑动变阻器W1的另一端与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与运放U1B的反相输入端和电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端接地，运放U1B的同相输入端与电阻Rs的一端相连，并作为功率输出模块3的第三个输出端，记作端口PWR-out3，电阻Rs的另一端接地；所述的负载判断模块4的结构为：运放U2A的同相输入端作为负载判断模块4的第一个输入端，记作端口Vjdg-in1，与功率输出模块3的端口PWR-out1相连，运放U2A的反相输入端与运放U2A的输出端和电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与电阻R6的一端和运放U3A的同相输入端相连，电阻R6的另一端接地，运放U3A的输出端与电阻R8的一端和电阻R9的一端相连，电阻R8的另一端与运放U3A的反相输入端和电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与运放U2B的反相输入端和运放U2B的输出端相连，运放U2B的同相输入端作为负载判断模块4的第二个输入端，记作端口Vjdg-in2，与功率输出模块3的端口PWR-out2相连，电阻R9的另一端与电阻R10的一端和运放U3B的同相输入端相连，电阻R10的另一端接电源Vcc/2，运放U3B的输出端与电阻R12的一端相连，并作为负载判断模块4的输出端，记作端口Vjdg-out，与延时补偿模块5的输入端相连，电阻R12的另一端与运放U3B的反相输入端和R11的一端相连，电阻R11的另一端与运放U4B的输出端和运放U4B的反相输入端相连，运放U4B的同相输入端与滑动变阻器W2的滑线端相连，滑动变阻器W2的一端接地，另一端作为负载判断模块4的第三个输入端，记作端口Vjdg-in3，与参考电压模块12的输出端相连；所述的参考电压模块11的结构为：电阻R37的一端接电源Vcc，另一端与稳压二极管D2的负极和滑动变阻器W5的一端相连，稳压二极管D2的正极和滑动变阻器W5的另一端接地，滑动变阻器W5的滑线端与运放U7B的同相输入端相连，运放U7B的反相输入端与运放U7B的输出端相连，并作为参考电压模块12的输出端，记作端口Vref-out，与负载判断模块4的端口Vjdg-in3相连；所述的延时补偿模块5的结构为：电阻R13的一端与电阻R18的一端相连，并作为延时补偿模块5的输入端，记作端口Vdly-in，与负载判断模块4的端口Vjdg-out相连，电阻R13的另一端与运放U4A的反相输入端和电阻R15的一端相连，运放U4A的同相输入端与电阻R14的一端相连，电阻R14的另一端接电源Vcc/2，电阻R15的另一端与运放U4A的输出端和电阻R16的一端相连，电阻R16的另一端与电阻R17的一端、电阻R21的一端和运放U5A的反相输入端相连，电阻R17的另一端与运放U5A的输出端相连，并作为延时补偿模块5的输出端，记作端口Vdly-out，与电压跟踪模块6的第二个输入端相连，运放U5A的同相输入端与电阻R22的一端相连，电阻R22的另一端与电源Vcc/2相连，电阻R21的另一端与电阻R20的一端、电容C2的一端和运放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种程控式负载自适应恒流源模块，单片机(1)、数模转换模块(2)、功率输出模块(3)、程控模块(9)、模数转换模块(10)、电源管理模块(12)和前面板(13)；其特征在于，结构还有负载判断模块(4)、延时补偿模块(5)、电压跟踪模块(6)、过流判断模块(7)、断电保护模块(8)和参考电压模块(11)；其中，单片机(1)分别与程控模块(9)、模数转换模块(10)、数模转换模块(2)相连，数模转换模块(2)与功率输出模块(3)相连，功率输出模块(3)分别与模数转换模块(10)、负载判断模块(4)、过流判断模块(7)相连，参考电压模块(11)与负载判断模块(4)相连，负载判断模块(4)与延时补偿模块(5)相连，延时补偿模块(5)与电压跟踪模块(6)相连，电压跟踪模块(6)与功率输出模块(3)相连，过流判断模块(7)与断电保护模块(8)相连，断电保护模块(8)分别与功率输出模块(3)和电压跟踪模块(6)相连；电源管理模块(12)是能将市电交流电转换成直流电压的电路，为各模块提供Vcc、Vcc/2、Vdd三种直流电压；所述的功率输出模块(3)的结构为：继电器EK1的开关的一端作为功率输出模块(3)的第一个输入端，记为端口PWR‑in1，另一端接场效应管Q1的漏极，并作为功率输出模块(3)的第一个输出端，记为端口PWR‑out1，继电器EK1的线圈的一端接电源Vdd，另一端作为功率输出模块(3)的第二个输入端，记为端口PWR‑in2，场效应管Q1的栅极与运放U1A的输出端相连，源极作为功率输出模块(3)的第二个输出端，记为端口PWR‑out2，电阻R1的一端接运放U1A的同相输入端，并作为功率输出模块(3)的第三个输入端，记为端口PWR‑in3，电阻R1的另一端作为功率输出模块(3)的第四个输入端，记为端口PWR‑in4，与数模转换模块(2)的输出端相连；运放U1A的反相输入端与电容C1的一端和电阻R2的一端相连，电容C1的另一端与运放U1A的输出端相连，电阻R2的另一端与滑动变阻器W1的一端、滑动变阻器W1的滑线端及运放U1B的输出端相连，滑动变阻器W1的另一端与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与运放U1B的反相输入端和电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端接地，运放U1B的同相输入端与电阻Rs的一端相连，并作为功率输出模块(3)的第三个输出端，记作端口PWR‑out3，电阻Rs的另一端接地；所述的负载判断模块(4)的结构为：运放U2A的同相输入端作为负载判断模块(4)的第一个输入端，记作端口Vjdg‑in1，与功率输出模块(3)的端口PWR‑out1相连，运放U2A的反相输入端与运放U2A的输出端和电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与电阻R6的一端和运放U3A的同相输入端相连，电阻R6的另一端接地，运放U3A的输出端与电阻R8的一端和电阻R9的一端相连，电阻R8的另一端与运放U3A的反相输入端和电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与运放U2B的反相输入端和运放U2B的输出端相连，运放U2B的同相输入端作为负载判断模块(4)的第二个输入端，记作端口Vjdg‑in2，与功率输出模块(3)的端口PWR‑out2相连，电阻R9的另一端与电阻R10的一端和运放U3B的同相输入端相连，电阻R10的另一端接电源Vcc/2，运放U3B的输出端与电阻R12的一端相连，并作为负载判断模块(4)的输出端，记作端口Vjdg‑out，与延时补偿模块(5)的输入端相连，电阻R12的另一端与运放U3B的反相输入端和R11的一端相连，电阻R11的另一端与运放U4B的输出端和运放U4B的反相输入端相连，运放U4B的同相输入端与滑动变阻器W2的滑线端相连，滑动变阻器W2的一端接地，另一端作为负载判断模块(4)的第三个输入端，记作端口Vjdg‑in3，与参考电压模块(12)的输出端相连；所述的参考电压模块(11)的结构为：电阻R37的一端接电源Vcc，另一端与稳压二极管D2的负极和滑动变阻器W5的一端相连，稳压二极管D2的正极和滑动变阻器W5的另一端接地，滑动变阻器W5的滑线端与运放U7B的同相输入端相连，运放U7B的反相输入端与运放U7B的输出端相连，并作为参考电压模块(12)的输出端，记作端口Vref‑out，与负载判断模块(4)的端口Vjdg‑in3相连；所述的延时补偿模块(5)的结构为：电阻R13的一端与电阻R18的一端相连，并作为延时补偿模块(5)的输入端，记作端口Vdly‑in，与负载判断模块(4)的端口Vjdg‑out相连，电阻R13的另一端与运放U4A的反相输入端和电阻R15的一端相连，运放U4A的同相输入端与电阻R14的一端相连，电阻R14的另一端接电源Vcc/2，电阻R15的另一端与运放U4A的输出端和电阻R16的一端相连，电阻R16的另一端...

【技术特征摘要】
1.一种程控式负载自适应恒流源模块，单片机(1)、数模转换模块(2)、功率输出模块(3)、程控模块(9)、模数转换模块(10)、电源管理模块(12)和前面板(13)；其特征在于，结构还有负载判断模块(4)、延时补偿模块(5)、电压跟踪模块(6)、过流判断模块(7)、断电保护模块(8)和参考电压模块(11)；其中，单片机(1)分别与程控模块(9)、模数转换模块(10)、数模转换模块(2)相连，数模转换模块(2)与功率输出模块(3)相连，功率输出模块(3)分别与模数转换模块(10)、负载判断模块(4)、过流判断模块(7)相连，参考电压模块(11)与负载判断模块(4)相连，负载判断模块(4)与延时补偿模块(5)相连，延时补偿模块(5)与电压跟踪模块(6)相连，电压跟踪模块(6)与功率输出模块(3)相连，过流判断模块(7)与断电保护模块(8)相连，断电保护模块(8)分别与功率输出模块(3)和电压跟踪模块(6)相连；电源管理模块(12)是能将市电交流电转换成直流电压的电路，为各模块提供Vcc、Vcc/2、Vdd三种直流电压；所述的功率输出模块(3)的结构为：继电器EK1的开关的一端作为功率输出模块(3)的第一个输入端，记为端口PWR-in1，另一端接场效应管Q1的漏极，并作为功率输出模块(3)的第一个输出端，记为端口PWR-out1，继电器EK1的线圈的一端接电源Vdd，另一端作为功率输出模块(3)的第二个输入端，记为端口PWR-in2，场效应管Q1的栅极与运放U1A的输出端相连，源极作为功率输出模块(3)的第二个输出端，记为端口PWR-out2，电阻R1的一端接运放U1A的同相输入端，并作为功率输出模块(3)的第三个输入端，记为端口PWR-in3，电阻R1的另一端作为功率输出模块(3)的第四个输入端，记为端口PWR-in4，与数模转换模块(2)的输出端相连；运放U1A的反相输入端与电容C1的一端和电阻R2的一端相连，电容C1的另一端与运放U1A的输出端相连，电阻R2的另一端与滑动变阻器W1的一端、滑动变阻器W1的滑线端及运放U1B的输出端相连，滑动变阻器W1的另一端与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与运放U1B的反相输入端和电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端接地，运放U1B的同相输入端与电阻Rs的一端相连，并作为功率输出模块(3)的第三个输出端，记作端口PWR-out3，电阻Rs的另一端接地；所述的负载判断模块(4)的结构为：运放U2A的同相输入端作为负载判断模块(4)的第一个输入端，记作端口Vjdg-in1，与功率输出模块(3)的端口PWR-out1相连，运放U2A的反相输入端与运放U2A的输出端和电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与电阻R6的一端和运放U3A的同相输入端相连，电阻R6的另一端接地，运放U3A的输出端与电阻R8的一端和电阻R9的一端相连，电阻R8的另一端与运放U3A的反相输入端和电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与运放U2B的反相输入端和运放U2B的输出端相连，运放U2B的同相输入端作为负载判断模块(4)的第二个输入端，记作端口Vjdg-in2，与功率输出模块(3)的端口PWR-out2相连，电阻R9的另一端与电阻R10的一端和运放U3B的同相输入端相连，电阻R10的另一端接电源Vcc/2，运放U3B的输出端与电阻R12的一端相连，并作为负载判断模块(4)的输出端，记作端口Vjdg-out，与延时补偿模块(5)的输入端相连，电阻R12的另一端与运放U3B的反相输入端和R11的一端相连，电阻R11的另一端与运放U4B的输出端和运放U4B的反相输入端相连，运放U4B的同相输入端与滑动变阻器W2的滑线端相连，滑动变阻器W2的一端接地，另一端作为负载判断模块(4)的第三个输入端，记作端口Vjdg-in3，与参考电压模块(12)的输出端相连；所述的参考电压模块(11)的结构为：电阻R37的一端接电源Vcc，另一端与稳压二极管D2的负极和滑动变阻器W5的一端相连，稳压二极管D2的正极和滑动变阻器W5的另一端接地，滑动变阻器W5的滑线端与运放U7B的同相输入端相连，运放U7B的反相输入端与运放U7B的输出端相连，并作为参考电压模块(12)的输出端，记作端口Vref-out，与负载判断模块(4)的端口Vjdg-in3相连；所述的延时补偿模块(5)的结构为：电阻R13的一端与电阻R18的一端相连，并作为延时补偿模块(5)的输入端，记作端口Vdly-in，与负载判断模块(4)的端口Vjdg-out相连，电阻R13的另一端与运放U4A的反相输入端和电阻R15的一端相连，运放U4A的同相输入端与电阻R14的一端相连，电阻R14的另一端接电源Vcc/...

【专利技术属性】
技术研发人员：汝玉星，毕琳旭，孙茂强，于广安，杨忠岗，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22