[发明专利]一种高精度高压电流源电路

说明书

本发明公开了一种高精度高压电流源电路，包括逻辑控制单元、高压Boost电路、负压产生电路、DAC电路、高压浮地运放电路、恒流源电路、H桥斩波电路、过流过载保护电路。本发明解决了传统Howland电流源的稳定性差、电路易饱和状态、输出电流较低、效率较低、运放自身Ibias的偏差影响大，外围的四个匹配电阻很难做到一致等问题。该电路能够实现电流精细步进调节，电流输出范围大，带载能力强，电路参数灵活多变且对外围参数的一致性要求较低。

技术领域

本发明属于电子电路领域，涉及一种高精度高压电流源电路。

背景技术

电流源，一个庞大的领域。最基础的电流源电路就是由三极管构成的简易电流源或电流镜电流源，参见图1；当集成运放电路推广应用后出现了由运放单元结合电阻构成的恒流源电路即Howland电流源，参见图2，该电路模型为后续的基于运放拓扑结构的恒流源电路提供了指引。

Howland电流源除了加入负反馈以外还有正反馈环节，Howland电流源中，Rh3、Rh4组成负反馈网络，将输出反馈到反相输入端，反馈系数为Rh4/(Rh3+Rh4)；同相端中Rh1、Rh2、RhL组成正反馈回路，反馈系数为(Rh1//RhL)/(Rh2+(Rh1//RhL))。

设定Rh1、Rh2、Rh3、Rh4相等，根据计算可得

Uout＝(2Ui*RhL)/Rh1；

Iout＝Uin/Rh1；

Howland电流源的主要问题是：稳定性差，若RhL端去掉后运放将进入饱和状态，此时原先设计的电路功能将无法实现，输出电流较低、效率较低、运放自身Ibias的偏差影响也很大，外围的四个匹配电阻很难做到完全一致。

电流镜电流源，依赖左侧的Qm1的Ib电流维持右侧Qm2的Ib电流的稳定，当三极管基极电流Ib恒定时，Rm3为负载阻抗，当负载电阻发生变化比如增大时，Rm3*Im2变大，Qm2管子的集电极电位Uc增大，Qm2三极管的Uce＝VCC-Uc，导致Uce极间电位降低，进而导致电路的工作点变化，导致Ic电流发生变化，进而影响恒流源电路的输出稳定性。同时，电流镜恒流源的温度稳定性较差，Qm1和Qm2三极管的单管温升很容易导致输出特性出现畸变。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种线圈耦合的无线通信的水下无线电路，本发明的恒流源采用高压浮地供电给运放单元，通过负反馈回路使得输出端电流更加接近设定值，提高电流源输出的准确性；同时通过在运放的反馈端接入pF级别的电容，来提高稳定性，均衡相位；高压对地恒流源信号带载能力强，输出稳定性高，整个电路结构灵活多变，很容易更改浮地电位至目标电位等级，不用担心更改电压等级后出现的运放更换问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种高精度高压电流源电路，包括逻辑控制单元、高压Boost电路、负压产生电路、DAC电路、高压浮地运放电路、恒流源电路、H桥斩波电路和过流过载保护电路，其中，

所述逻辑控制单元控制DAC电路产生特定模拟电压，控制高压Boost电路开启或关闭，控制恒流源电路开启或关闭，并间接控制H桥斩波电路时序，和过流过载保护电路识别；

所述DAC电路，将逻辑控制单元的电压输出指令转化为特定模拟电压信号，提供给恒流源电路做电压输入信号；

所述高压BOOST电路，将15V输入电压升压至100V或以上，用于供给高压浮地运放电路；

所述负压产生电路，将100V高压降至95V，用于供给运放单元；

所述高压浮地运放电路，使用100V及95V高压供电，使运放工作于浮地供电状态；

所述恒流源电路，采用运放及两级三极管构成电流源，通过强负反馈来提高运放环路稳定性，均衡相位，输出电流调节精度高；