一种多路精密恒流源的制作方法

本发明属于恒流源设计技术领域，具体涉及一种多路精密恒流源。

背景技术：

对于小信号高精度电源，在长距离传输时，容易受到周围环境和地面环境的干扰和影响，即使采用屏蔽、低分布电感电容、双绞线信号线传输也会在负载上产生一定噪声，给测量带来一定麻烦和干扰，恒流源设备在变送器和传感器电路中应用较为广泛，恒流源要求输出电流保持恒定，而现有的恒流源设计多存在以下几个干扰：第一，环境温度不断变换影响恒流源内阻变化；第二，负载变化影响输出电压变化；第三，设备输出电流精度难以控制；另外，多路精密恒流源设备即使设备内部达到相对稳定的环境，设备内的多个通道之间肯定也会存在一定差异，同一个通道每次电流输出也会存在少许误差，给恒流源的设计带来一定的困难，因此，现如今缺少一种结构简单、体积小、成本低、设计合理、精度高的多路精密恒流源。

技术实现要素：

为减小温度变化及负载变化对恒流源的影响，本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多路精密恒流源。

本发明的技术解决方案如下：

本发明的多路精密恒流源，包括电源模块、FPGA及于FPGA连接的输入部件，其特征在于：所述多路精密恒流源还包括和与FPGA连接的多个用于为负载5提供恒流的恒流源调理单元，每个所述恒流源调理单元包括恒流源电路、数模转换电路、电流采样电路、模数转换电路及与所述FPGA1输出端相接的隔离电路2，

所述数模转换电路3和恒流源电路4依次连接在隔离电路2的输出端与所述负载5的输入端之间，所述电流采样电路6和模数转换电路7依次连接在负载5的输出端与所述隔离电路2的输入端之间；

所述电源模块包括与所述FPGA1输出端相接且为每个所述恒流源电路4和每个所述负载5均供电的DC/DC转换电路10、以及与所述DC/DC转换电路10输出端相接且为所述FPGA1供电的电平转换电路9；

所述多路精密恒流源还包括温度采样调整单元，所述温度采样调整单元包括加热模块、散热模块及与所述FPGA1输入端相接的温度采样电路8，

所述加热模块包括与所述FPGA1输出端相接的继电器开关14和所述继电器开关14输出端相接用于增加环境温度的电热丝15；所述散热模块包括与所述FPGA1输出端相接的直流电机模块16和安装在所述直流电机模块16转轴上用于降低环境温度的风扇17。

上述恒流源调理单元的数目与多路精密恒流源的通道数相等。

上述DC/DC转换电路10包括电源、场效应晶体管Q3、场效应晶体管Q4带有中心抽头的变压器T1、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、电容C17、电阻R11、电阻R12、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电感L1及电感L2，

所述变压器T1的初级的一端经电容C13与场效应晶体管Q3的源极和场效应晶体管Q4的漏极的连接端相接，场效应晶体管Q3的漏极分两路，一路与电源输出端相接，另一路与并联的电阻R11和电容C11的一端相接；场效应晶体管Q4的源极分两路，一路与并联的电阻R12和电容C17的一端相接，另一路接地；并联的电阻R11和电容C11的另一端与并联的电阻R12和电容C17的另一端相接，且并联的电阻R11和电容C11的另一端与并联的电阻R12和电容C17的另一端的连接端与变压器T1的初级的另一端相接，场效应晶体管Q3的栅极和场效应晶体管Q4的栅极均与所述FPGA1相接，变压器T1的次级的一端经二极管D2、电感L1和电感L2与电容C16的一端相接，电感L2和电容C16的一端的连接端为5V电源输出端，电容C16的另一端分两路，一路与变压器T1的次级的中心抽头相接，另一路接地；变压器T1的次级的另一端经二极管D3和电感L1的连极端相接。

上述电流采样电路(6)包括精密电阻R4、电阻R5、电容C9、电阻R8及电容C10，

所述精密电阻R4的一端经电阻R5和电容C9接地，精密电阻R4的另一端经电阻R8和电容C10接地，电阻R5和电容C9的连接端为电流采样电路(6)的第一信号输出端D0，电阻R8和电容C10的连接端为电流采样电路(6)的第二信号输出端D1。

上述恒流源电路(4)包括型号为OP07的运放U1、型号为OP07的运放U2、电阻R1、三极管Q1、三极管Q2、电阻RL及电阻R2，

所述运放U1的同相输入端与所述数模转换电路3的输出端相接，运放U1的输出端经电阻R1与三极管Q1的基极相接，三极管Q1的发射极与三极管Q2的基极相接，三极管Q1的集电极和三极管Q2的集电极均通过电阻RL与DC/DC转换电路输出端相接，三极管Q2的发射极分两路，一路经电阻R2与所述精密电阻R4的一端相接，另一路与运放U2的同相输入端相接；运放U2的输出端与运放U1的反相输入端相接，运放U2的反相输入端与电阻R2和精密电阻R4的一端的连接端相接，精密电阻R4的另一端还经电阻R9接地。

上述模数转换电路7包括芯片ADS1241及电阻R7、电阻R6和电阻R3，所述芯片ADS1241的第11管脚与电流采样电路6的第一信号输出端相接，芯片ADS1241的第12管脚与电流采样电路6的第二信号输出端相接，芯片ADS1241的第23管脚与所述FPGA1相接，芯片ADS1241的第24管脚、第25管脚和第26管脚分别经电阻R7、电阻R6和电阻R3与所述FPGA1相接。

上述恒流源电路4还包括端口JP1，所述端口JP1的第1管脚与电阻RL的一端相接，端口JP1的第2管脚与电阻RL的另一端相接，所述负载5通过所述端口JP1与恒流源电路4相接；所述恒流源电路4的信号输出端和负载5的信号输入端均与端口JP1连接。

上述多路精密恒流源还包括与FPGA连接的通信接口11及显示器13，所述通信接口11包括RS232串口通信接口。

上述温度采样电路8包括热敏电路，所述电平转换电路9包括芯片AMS117-3.3。

上述电源模块、加热模块、散热模块、FPGA(1)和与FPGA连接的多个用于为负载(5)提供恒流的恒流源调理单元集成电子线路板上，所述电子线路板位于壳体内，所述通信接口(11)、显示器、输入部件及端口JP1设置在壳体上。本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过设置温度采样电路实时采集多路精密恒流源设备内的环境温度，使用输入设备设置环境温度阈值，当温度过低时，FPGA驱动继电器开关接通电热丝供电回路，为环境升温，实现低压方式控制高压回路；当温度过高时，FPGA驱动直流电机模块转动，带动风扇为环境散热，电路简单,便于推广使用。

2、本发明通过设置恒流源电路，通过型号为OP07的运放U2组成的差分控制方式控制电流大小，并与型号为OP07的运放U1组成负反馈模式，调节及时，控制精度高，可靠稳定，使用效果好。

3、本发明通过显示器显示多路恒流源各个通道的电流值，采用RS232串口通信接口与计算机通信，使用简单方便。

4、本发明设计新颖合理，体积小，及时传输电梯的报警信息且延时短，响应速度快，拆卸安装方便，实用性强，便于推广使用。

综上所述，本发明设计新颖合理，结构简单，运行稳定可靠，每路恒流源控制精度高，实用性强，便于推广使用。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图。

图2为本发明DC/DC转换电路的电路原理图。

图3为本发明恒流源电路和电流采样电路的电路连接关系示意图。

图4为本发明模数转换电路的电路原理图。

附图标记说明:

1—FPGA； 2—隔离电路； 3—数模转换电路；

4—恒流源电路； 5—负载； 6—电流采样电路；

7—模数转换电路； 8—温度采样电路； 9—电平转换电路；

10—DC/DC转换电路； 11—通信接口； 12—输入按键；

13—显示器； 14—继电器开关； 15—电热丝；

16—直流电机模块； 17—风扇。

具体实施方式

本发明的多路精密恒流源通过热敏电阻采样设备内的环境温度，使用加热模块和散热模块实时调节环境温度，通过精密电阻采样负载回路电流，灵敏度高，使用差分方式控制恒流，避免单端低浮动影响电流精度，多路恒流源同时使用稳定可靠。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，本发明包括外壳、布设在所述外壳内的电子线路板以及安装在所述外壳上的输入按键12、显示器13、通信接口11和多个连接端口，所述电子线路板上集成有电源模块、加热模块、散热模块、与所述通信接口11相接的FPGA1和多个用于为负载5提供恒流的恒流源调理单元；每个所述恒流源调理单元包括与所述FPGA1输入端相接的温度采样电路8和与所述FPGA1输出端相接的隔离电路2，所述隔离电路2的输出端与所述负载5的输入端之间依次接有数模转换电路3和恒流源电路4，所述负载5的输出端与所述隔离电路2的输入端之间依次接有电流采样电路6和模数转换电路7；所述电源模块包括与所述FPGA1输出端相接且为每个所述恒流源电路4和每个所述负载5均供电的DC/DC转换电路10、以及与所述DC/DC转换电路10输出端相接且为所述FPGA1供电的电平转换电路9；所述加热模块包括与所述FPGA1输出端相接的继电器开关14和所述继电器开关14输出端相接用于增加环境温度的电热丝15；所述散热模块包括与所述FPGA1输出端相接的直流电机模块16和安装在所述直流电机模块16转轴上用于降低环境温度的风扇17；所述输入按键12与所述FPGA1的输入端相接，所述显示器13与所述FPGA1的输出端相接。

本实施例中，所述连接端口的数目与所述恒流源调理单元的数目相等。

如图2所示，本实施例中，所述DC/DC转换电路10包括场效应晶体管Q3、场效应晶体管Q4和带有中心抽头的变压器T1，所述变压器T1的初级的一端经电容C13与场效应晶体管Q3的源极和场效应晶体管Q4的漏极的连接端相接，场效应晶体管Q3的漏极分两路，一路与12V电源输出端相接，另一路与并联的电阻R11和电容C11的一端相接；场效应晶体管Q4的源极分两路，一路与并联的电阻R12和电容C17的一端相接，另一路接地；并联的电阻R11和电容C11的另一端与并联的电阻R12和电容C17的另一端相接，且并联的电阻R11和电容C11的另一端与并联的电阻R12和电容C17的另一端的连接端与变压器T1的初级的另一端相接，场效应晶体管Q3的栅极和场效应晶体管Q4的栅极均与所述FPGA1相接，变压器T1的次级的一端经二极管D2、电感L1和电感L2与电容C16的一端相接，电感L2和电容C16的一端的连接端为5V电源输出端，电容C16的另一端分两路，一路与变压器T1的次级的中心抽头相接，另一路接地；变压器T1的次级的另一端经二极管D3与二极管D2和电感L1的连极端相接。

如图3所示，本实施例中，所述电流采样电路6包括精密电阻R4，所述精密电阻R4的一端经电阻R5和电容C9接地，精密电阻R4的另一端经电阻R8和电容C10接地，电阻R5和电容C9的连接端为电流采样电路6的第一信号输出端，电阻R8和电容C10的连接端为电流采样电路6的第二信号输出端。

如图3所示，本实施例中，所述恒流源电路4包括型号为OP07的运放U1和型号为OP07的运放U2，所述运放U1的同相输入端与所述数模转换电路3的输出端相接，运放U1的输出端经电阻R1与三极管Q1的基极相接，三极管Q1的发射极与三极管Q2的基极相接，三极管Q1的集电极和三极管Q2的集电极均通过电阻RL与5V电源输出端相接，三极管Q2的发射极分两路，一路经电阻R2与所述精密电阻R4的一端相接，另一路与运放U2的同相输入端相接；运放U2的输出端与运放U1的反相输入端相接，运放U2的反相输入端与电阻R2和精密电阻R4的一端的连接端相接，精密电阻R4的另一端还经电阻R9接地，恒流源电路4采用5V供电。

如图4所示，本实施例中，所述模数转换电路7包括芯片ADS1241，所述芯片ADS1241的第11管脚与电流采样电路6的第一信号输出端相接，芯片ADS1241的第12管脚与电流采样电路6的第二信号输出端相接，芯片ADS1241的第23管脚与所述FPGA1相接，芯片ADS1241的第24管脚、第25管脚和第26管脚分别经电阻R7、电阻R6和电阻R3与所述FPGA1相接，模数转换电路7采用5V供电。

如图3所示，本实施例中，所述连接端口包括端口JP1，所述端口JP1的第1管脚与电阻RL的一端相接，端口JP1的第2管脚与电阻RL的另一端相接，所述负载5通过所述端口JP1与恒流源电路4相接；所述恒流源电路4的信号输出端和负载5的信号输入端均与端口JP1连接。

本实施例中，所述温度采样电路8包括热敏电路。

本实施例中，所述通信接口11包括RS232串口通信接口。

本实施例中，所述电平转换电路9包括芯片AMS117-3.3。

本发明使用时，将多路恒流源调理单元安装在外壳内，12V直流电压为DC/DC转换电路10提供稳定电压，DC/DC转换电路10将12V直流电压转换为5V直流电压，为每路恒流源调理单元中的恒流源电路4和负载5供电，电平转换电路9将5V直流电压转换为3.3V直流电压为FPGA1供电，FPGA1通过隔离电路2去除干扰，并输出激励信号，数模转换电路3将FPGA1输出的数字信号转换为模拟电流信号，恒流源电路4将接收到的模拟电流信号转换为电压信号并信号放大，采用运放U1组成的差分方式和运放U2组成的负反馈控制电路调节电流，控制精度高，同时，电流采样电路6采集负载5回路电流输入到模数转换电路7中，将模拟信号转换为数字信号送入到FPGA1，经FPGA1处理后，送入显示单元，实现对负载5回路电流的实时显示。使用输入按键设置环境温度阈值，当回路中温度采样电路8采集的精密恒流源设备内一个通道中的环境温度过低时，FPGA1驱动继电器开关14接通电热丝15供电回路，为环境升温，实现低压方式控制高压回路；当精密恒流源设备内一个通道中的环境温度过高时，FPGA1驱动直流电机模块16转动，带动风扇17为环境散热，使用效果好，显示器13实时显示多路恒流源各个通道的电流值，采用RS232串口通信接口与计算机通信，使用方便，多路恒流源同时使用稳定可靠。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。