[发明专利]一种宽负载范围的高稳定度恒流源

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及恒流源技术领域，具体涉及一种宽负载范围的高稳定度恒流源。

背景技术

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。

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。

发明内容

有鉴于此，本发明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。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：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。

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。

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。

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。

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℃。

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。

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。

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。

阵列的功率输出端作为功率耗散模块的功率输出端。

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；