一种压控恒流源输出电路的制作方法

本发明涉及恒流源设计领域，尤其是涉及一种压控恒流源输出电路。

背景技术：

在车载控制系统中，压控恒流源电路是实现电流量输出的一种重要手段。对恒流源输出进行控制通常需要满足两点：一方面需要能够控制不同电流量的输出，即根据实际需求输出不同电流值；另一方面，需要对输出的电流值进行实时反馈控制，使实际输出值符合预期，确保稳定性。

目前针对恒流源输出电路的电压控制，一般是先将控制系统的数字量转化为电压量，然后再对电压量进行转换，从而输出电流量。这种控制电路无法保证控制系统与外部模拟量的隔离性能。另外传统控制系统的电流量输出及反馈电路，通常采用模拟电路，也就使得硬件器件较为复杂，增加了系统的误差，降低了控制可靠性。

同时，对于压控环节的dac器件以及与控制器件的接口；对da转换，一般选用模拟器件，亦或专用da芯片，d/a的压控环节要求不够精简，程序代码的移植性不好。对于电压转化电流的恒流输出环节；模拟器件较多，系统误差大。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种隔离性能好、电流输出稳定可靠、软件代码便于移植的压控恒流源输出电路。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种压控恒流源输出电路，包括控制系统数字电路、第一隔离器件、d/a器件、电压/电流转换模块、负载、电流/电压转换模块、a/d器件和第二隔离器件，所述控制系统数字电路的输出端连接到所述第一隔离器件，所述第一隔离器件连接到所述d/a器件的输入端，所述d/a器件的输出端连接到所述电压/电流转换模块的输入端，所述电压/电流转换模块的输出端分别连接到所述负载和所述电流/电压转换模块的输入端，所述电流/电压转换模块的输出端连接到所述a/d器件的输入端，所述a/d器件的输出端通过所述第二隔离器件连接到所述控制系统数字电路的输入端。

优选地，所述电压/电流转换模块包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一三极管、第二三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第十六电阻和第十七电阻；

所述第一运算放大器的反相输入端连接到第七电阻的第二端和第二电阻的第一端，所述第七电阻的第一端连接到所述d/a器件的输出端，所述第一运算放大器的同相输入端连接到第五电阻的第二端和第四电阻的第一端，所述第五电阻的第一端接地，所述第一运算放大器的输出端连接到第十七电阻的第一端，所述第十七电阻的第二端连接到第一三极管的基极、第六电阻的第一端和第二三极管的基极；

所述第一三极管的基极连接到第十七电阻的第二端，集电极连接电源，发射极连接到第二三极管的发射极、第六电阻的第二端、第二电阻的第二端、第一电阻的第一端；

所述第二三极管的基极连接到第十七电阻的第二端，集电极连接电源；

所述第二运算放大器的输出端连接到第四电阻的第二端和第十六电阻的第一端，所述第二运算放大器的反相输入端连接到第十六电阻的第二端，所述第二运算放大器的同相输入端连接到第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端连接到第一电阻的第二端和所述电压/电流转换模块的输出。

优选地，所述电流/电压转换模块包括第三运算放大器、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻和第十五电阻；

所述第八电阻的第一端连接到第十电阻的第一端，所述第十电阻的第二端连接到第十二电阻的第一端，所述第八电阻的第二端连接到第九电阻的第一端，所述第九电阻的第二端连接到第十一电阻的第一端；

所述第三运算放大器的同相输入端连接到第十一电阻的第二端，反相输入端连接到第十二电阻的第二端，输出端连接到第十五电阻的第一端，所述第十五电阻的第二端连接到a/d器件的输入。

优选地，所述第一隔离器件和第二隔离器件均采用磁隔离芯片。

优选地，所述d/a器件通过自带的数据线和时钟线与控制系统数字电路通信连接。

优选地，所述a/d器件通过自带的数据线和时钟线与控制系统数字电路通信连接。

优选地，所述d/a器件和a/d器件采用相异器件。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、控制电路的数字部分与外部模拟量之间采用磁隔离芯片进行隔离设计，另外设计pcb电路板时，在磁隔离芯片器件的下方进行挖空处理，双重保证隔离效果。

2、电压与电流相互转换模块均采用运放电路实现，能根据需求输出稳定电流值，也能够对输出电流值进行回采，形成闭环控制输出，有效的提高了控制系统的稳定性、可靠性。

3、a/d器件与d/a器件均采用专用的a/d芯片和专用的d/a芯片，这两种芯片都自带数据线和时钟线，方便芯片与电路的数控部分进行通信，提高了程序代码移植的便捷性。

附图说明

图1为本发明应用于车载控制系统的压控恒流源输出电路结构框图；

图2为本发明电压/电流转换模块的电路详细结构示意图；

图3为本发明电流/电压转换模块的电路详细结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例1

参见图1所示为本发明应用于车载控制系统的压控恒流源输出电路的具体实施例，包括控制系统数字电路a1、第一隔离器件a2、d/a器件a3、电压/电流转换模块a4、负载a5、电流/电压转换模块a6、a/d器件a7和第二隔离器件a8，其中，第一隔离器件型号为adum1400，d/a器件型号为ltc8043，a/d器件型号为ad7476artz，第二隔离器件型号为adum1402。

控制系统数字电路的输出端连接到第一隔离器件adum1400，用于隔离控制系统数字电路与外部模拟量。第一隔离器件adum1400连接到d/a器件ltc8043，用于将电压数字量转换为电压模拟量。d/a器件ltc8043连接到电压/电流转换模块，用于将电压信号转换为电流信号。电压/电流转换模块分别连接到负载和电流/电压转换模块，一方面输出电流给负载，另一方面电流/电压转换模块采集输出电流信号并将电流信号转换成电压信号。电流/电压转换模块连接到a/d器件ad7476artz，用于将电压模拟量转换成电压数字量。a/d器件ad7476artz连接到第二隔离器件adum1402，第二隔离器件adum1402连接到控制系统数字电路的输入端，用于将转换成的电压数字量反馈到控制系统数字电路并进行运算处理，以动态调整电流输出，从而形成完整的闭环反馈控制。

实施例2

在图1的基础上进一步细化电压/电流转换模块，参见图2，图1中的电压/电流转换模块包括第一运算放大器u1、第二运算放大器u2、第一三极管q1、第二三极管q2、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第十六电阻r16和第十七电阻r17，

第一运算放大器u1的反相输入端连接到第七电阻r7的第二端和第二电阻r2的第一端，第七电阻r7的第一端连接到d/a器件的输出电压vin，第一运算放大器u1的同相输入端连接到第五电阻r5的第二端和第四电阻r4的第一端，第五电阻r5的第一端接地，第一运算放大器u1的输出端连接到第十七电阻r17的第一端，第十七电阻r17的第二端连接到第一三极管q1、第六电阻r6的第一端和第二三极管q2；

第一三极管q1的基极连接到第十七电阻r17的第二端，集电极连接电源﹢15v，发射极连接到第二三极管q2的发射极、第六电阻r6的第二端、第二电阻r2的第二端、第一电阻r1的第一端；

第二三极管q2的基极连接到第十七电阻r17的第二端，集电极连接电源-15v；

第二运算放大器u2的输出端连接到第四电阻r4的第二端和第十六电阻r16的第一端，第二运算放大器u1的反相输入端连接到第十六电阻r16的第二端，第二运算放大器u2的同相输入端连接到第三电阻r3的第一端，第三电阻r3的第二端连接到第一电阻r1的第二端和电压/电流转换模块的输出。

其中，第二运算放大器u2与第三电阻r3、第十六电阻r16构成电压跟随器，使得第二运算放大器u2的输出电压值与第一电阻r1的第二端电压值uo2相同，所以运算放大器u2的同相输入端电压值u+＝uo2×(r5+(r4+r5))，根据运放的虚短规则u+＝u-以及虚断规则(vin-u-)/r7＝(u--uo1)/r2，可得到(uo1-uo2)/r1＝-0.01vin，即得到输出电流与控制电压之间的转换关系为iout＝-0.01vin。

实施例3

在图1的基础上进一步细化电流/电压转换模块，参见图3，图1中的电流/电压转换模块包括第三运算放大器u3、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14和第十五电阻r15，

第八电阻r8的第一端连接到第十电阻r10的第一端，所述第十电阻r10的第二端连接到第十二电阻r12的第一端，第八电阻r8的第二端连接到第九电阻r9的第一端，第九电阻r9的第二端连接到第十一电阻r11的第一端；

第三运算放大器u3的同相输入端连接到第十一电阻r11的第二端，反相输入端连接到第十二电阻r12的第二端，输出端连接到第十五电阻r15的第一端，第十五电阻r15的第二端连接到a/d器件的输入；

第三运算放大器u3的1脚连接到第十三电阻r13的第一端，第十三电阻r13的第二端连接到第十四电阻r14的第一端，第三运算放大器u3的8脚连接到第十四电阻r14的第二端，第三运算放大器u3的5脚接地，第三运算放大器u3的4脚连接到负电源-15v，第三运算放大器u3的7脚连接到正电源+15v。

第八电阻r8作为采样电阻，用于采样电压/电流转换模块输出的电流信号iout，转化为电压，通过运算放大器u3放大处理输出电压信号vfb送至a/d器件处理。第三运算放大器u3的放大倍数主要由1脚和8脚之间的外部增益电阻决定，由此可得第三运算放大器u3的放大倍数为gu3＝(49.4kω/(r13+r14))+1，即可得到a/d器件所需输入电压信号与回采的输出电流信号之间的转换关系为vfb＝gu3×r8×iout。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。