一种宽负载范围的高稳定度恒流源制造技术

本发明专利技术公开了一种宽负载范围的高稳定度恒流源，包括控制电压模块、功率耗散模块、V/I转换模块及附属模块。所述的控制电压模块为D/A控制电路，采用高稳定度D/A芯片AD5791，由FPGA控制，输出连接至V/I转换模块的电压输入端；所述的功率耗散模块用于耗散低负载时供电电源提供的额外功率，保证电路的安全性和高稳定性，功率输出连接至V/I转换模块的功率输入端；所述的V/I转换模块通过运放、BJT及采样电阻搭建的反馈电路将电压转换为电流，功率输出端与功率地分别连接至负载两端；所述的附属模块包括电源控制模块、电流方向控制模块、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)、人机交互模块等；此外，还给出了提高电流精度的控制算法。还给出了提高电流精度的控制算法。还给出了提高电流精度的控制算法。

【技术实现步骤摘要】
一种宽负载范围的高稳定度恒流源


[0001]本专利技术涉及恒流源
，具体涉及一种宽负载范围的高稳定度恒流源。

技术介绍

[0002]恒流源中最重要的模块是V/I转换模块，该模块将可控的电压信号按比例转换为目标电流值。传统的恒流源运放的同相输入端连接控制电压信号，反相输入端连接采样电阻负极，输出端连接三极管的基极；三极管的集电极连接功率电源正极，三极管的射极连接负载电阻正极；负载电阻负极连接采样电阻正极；采样电阻负极连接模拟地和功率地。在实际应用中，由于三极管基极对射极和集电极由较大电容，运放环路增益不稳定，出现振荡现象；由于采样电阻、运放、三极管等具有温漂和长期漂移特性，稳定性不足；在负载电阻较小时，大量功率耗散在三极管上，造成发热，会极大得降低稳定性甚至损坏仪器。
[0003]目前尚未有公开方案可以解决当负载电阻较小时的功率耗散问题，以得到较为稳定的恒流源。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种宽负载范围的高稳定度恒流源，增加了功率耗散模块，有效提高了恒流源的稳定度和负载范围。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种宽负载范围的高稳定度恒流源，包括控制电压模块、功率耗散模块以及V/I转换模块。
[0006]控制电压模块为D/A控制电路，控制电压模块由FPGA控制，控制电压模块的输出端连接至V/I转换模块的电压输入端。
[0007]功率耗散模块用于耗散供电电源提供的额外功率，保证电路的安全性和高稳定性，功率耗散模块的功率输出连接至V/I转换模块的功率输入端。
[0008]V/I转换模块通过运放、BJT及采样电阻搭建的反馈电路将电压转换为电流，V/I转换模块的功率输出端与功率地分别连接至负载两端。
[0009]进一步地，控制电压模块利用D/A转换器AD5791构建D/A控制电路，D/A转换器AD5791的数字端经隔离芯片接入FPGA的IO引脚，控制电压模块放置于恒温箱中，开机稳定后温度变化不超过1℃。
[0010]进一步地，功率耗散模块包括第一运放U1、第一功率放大器以及并联BJT阵列。
[0011]第一运放U1的同相输入端接固定参考电压，U1的反相输入端经隔离电阻R12连接并联BJT阵列的功率输出端，U1的输出端经功率放大器L2放大功率后接并联BJT阵列的基极。
[0012]并联BJT阵列包括n个并联PNP型三极管，其中每个PNP型三极管的基极直接短接为阵列基极；所有PNP型三极管的集电极直接短接后作为阵列的功率电源端，连接功率电源POWER的正极；所有PNP型三极管的射极各连接一个平衡电阻后短接为阵列的功率输出端。
[0013]阵列的功率输出端作为功率耗散模块的功率输出端。
[0014]进一步地，V/I转换模块，采用的第二运放U3、第二功率放大器、PNP型三极管Q7及采样电阻的组合方式；
[0015]控制电压模块的电压输出端经跟随器和反相器后，接入第二运放U3的反相输入端，第二运放U3的同相输入端经隔离电阻R22后接采样电阻R21的电压采样B端，第二运放U3的输出端经第二功率放大器放大功率后接Q7的基极；Q7的集电极接功率耗散模块的功率输出端，Q7的射极接采样电阻R21的功率电流A端；采样电阻R21的A端接模拟地，B端接负载正接口SC+；负载负接口SC
‑
接功率地。
[0016]进一步地，V/I转换模块采用的第二运放为OPA189，温漂为0.005uV/℃，开环增益为170dB；
[0017]进一步地，V/I转换模块采用的采样电阻R21为VPR221Z，温漂为0.05ppm/℃，长期稳定性50ppm/2000h；
[0018]有益效果：
[0019]本专利技术设计了一种宽负载范围的高稳定度恒流源，增加了功率耗散模块，功率耗散模块用于耗散低负载时供电电源提供的额外功率，保证电路的安全性和高稳定性，采用了BJT并联阵列，并通过调节运放和BJT阵列间阻容参数，实现运放稳定运行；本专利技术设计了运放稳定性补偿电路，有效提高了恒流源的稳定度和负载范围。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例提供的一种宽负载范围的高稳定度恒流源结构示意图
[0021]图2为本专利技术实施例提供的电压控制模块电路图。
[0022]图3为本专利技术实施例提供的功率耗散模块电路图。
[0023]图4为本专利技术实施例提供的V/I转换模块电路图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0025]本专利技术提供了一种宽负载范围的高稳定度恒流源结构，如图1所示，包括控制电压模块、功率耗散模块、V/I转换模块及附属模块。
[0026]控制电压模块为D/A控制电路，控制电压模块由FPGA控制，控制电压模块的输出端连接至V/I转换模块的电压输入端。
[0027]功率耗散模块用于耗散供电电源提供的额外功率，保证电路的安全性和高稳定性，功率耗散模块的功率输出连接至V/I转换模块的功率输入端。
[0028]V/I转换模块通过运放、BJT及采样电阻搭建的反馈电路将电压转换为电流，V/I转换模块的功率输出端与功率地分别连接至负载两端。
[0029]控制电压模块用于将FPGA中设定的值转换为控制电压；功率耗散模块用于耗散低负载时供电电源提供的额外功率；V/I转换模块用于将控制电压信号转换为功率电流；附属模块用于人机交互及电流方向等辅助控制。
[0030]控制电压模块利用D/A转换器AD5791实现D/A转换功能。AD5791具有20位分辨率，温漂为0.05ppm/℃，长期线性稳定性0.19LSB；外部基准电压芯片采用MAX6350，温漂为0.5ppm/℃，长期稳定性30ppm/1000h。控制电压模块放置于恒温箱中，开机稳定后温度变化
不超过1℃。综合计算，控制电压模块在10h内漂移不大于1ppm，具有极高的稳定性。
[0031]控制电压模块的电路图如图2所示，为AD5791的常规连接方式，D/A转换芯片AD5791数字端经隔离芯片后接入FPGA引脚，基准引脚由外部基准利用双通道运放搭成的跟随器后对称接入，输出引脚与运放组合后作为控制电压输出；基准芯片采用5V单电源供电，控制电压输出范围为0
‑
5V，实际控制电压输出范围为0
‑
4V，对应输出功率电流范围为0
‑
2A，控制电压分辨率为5/2^20＝4.77uV，等效功率电流分辨率为2.38uA。
[0032]功率耗散模块如图3所示，其中将12V电源接入超低噪声LDO芯片，由超低噪声LDO芯片U6产生3V的参考电压，经隔离电阻后接入第一运放U1的同相输入端，图中LDO芯片的其他部分为LDO芯片的经典电路设计；功率耗散模块包括第一运放U1、第一功率放大器以及并联BJT阵列；第一运放U1的反相输入端经隔离电阻后接并联BJT阵列的电流输出端(并联BJT阵列的所有BJT的射极分别本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽负载范围的高稳定度恒流源，其特征在于，该恒流源包括控制电压模块、功率耗散模块以及V/I转换模块；所述控制电压模块为D/A控制电路，控制电压模块由FPGA控制，控制电压模块的输出端连接至V/I转换模块的电压输入端；所述功率耗散模块用于耗散供电电源提供的额外功率，保证电路的安全性和高稳定性，功率耗散模块的功率输出连接至V/I转换模块的功率输入端；所述V/I转换模块通过运放、BJT及采样电阻搭建的反馈电路将电压转换为电流，V/I转换模块的功率输出端与功率地分别连接至负载两端。2.如权利要求1所述的恒流源，其特征在于，所述控制电压模块利用D/A转换器AD5791构建D/A控制电路，D/A转换器AD5791的数字端经隔离芯片接入FPGA的IO引脚，所述控制电压模块放置于恒温箱中，开机稳定后温度变化不超过1℃。3.如权利要求1所述的恒流源，其特征在于，所述功率耗散模块包括第一运放U1、第一功率放大器以及并联BJT阵列；所述第一运放U1的同相输入端接固定参考电压，U1的反相输入端经隔离电阻R12连接并联BJT阵列的功率输出端，U1的输出端经功率放大器L2放大功率后接并联BJT阵列的基极；所述并联BJT阵列包括n个并联PNP型三极管，其中每个PNP型三极管的基极直接短接...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰江，苏超，李明勇，陈君，舒宗文，郑舟，
申请(专利权)人：中船重工安谱湖北仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：