恒流源反馈电路、多通道恒流源及恒流源板卡的制作方法

1.本实用新型涉及非标测试技术领域，特别涉及一种恒流源反馈电路、多通道恒流源及恒流源板卡。


背景技术：

2.随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时带来了各种各样的非标测试应用，且随着芯片技术和制造工艺的发展，对非标测试的要求也越来越高，同时对应用于非标测试的恒流源(恒流源是一个驱动信号必不可少的重要部分)提出了更高的要求，程控恒流源作为恒流源的一个分支被广泛地应用于科研、电力、计量检测，不仅可以为设备提供稳定的电流，还可以作为标准源对低等级的直流电流表、电阻箱等测量设备进行检定，但存在分辨率不高、可靠性较差的缺点，在高性能应用场合尚未完全取代标准仪器。同时，恒流源在电流、电压以及温度上的监控及保护方面存在欠缺。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种恒流源反馈电路，能够提高恒流源输出的稳定性，且还能够进行过温保护，可靠性高。
4.本实用新型还提出一种具有上述恒流源反馈电路的多通道恒流源。
5.本实用新型还提出一种具有上述多通道恒流源的恒流源板卡。
6.根据本实用新型的第一方面实施例的恒流源反馈电路，包括第一控制开关、采样单元、电流反馈环路、电压反馈环路以及过温关断控制电路，所述第一控制开关的第一端与供电电源连接；所述采样单元的第一端与所述第一控制开关的第二端连接，所述采样单元的第二端与负载连接；所述电流反馈环路的输入端与所述采样单元连接，所述电流反馈环路的输出端与所述第一控制开关的控制端连接，所述电流反馈环路用于检测所述采样单元的电流；所述电压反馈环路的输入端与所述负载的输入端连接，所述电压反馈环路的输出端与所述第一控制开关的控制端连接，所述电压反馈环路用于检测输入所述负载的电压；所述过温关断控制电路的输出端与所述第一控制开关的控制端连接。
7.根据本实用新型实施例的恒流源反馈电路，至少具有如下有益效果：恒流源反馈电路可以较好地实现对恒流源输出的监测，通过电压反馈环路和电流反馈环路可以及时对输出电压、电流进行监测，并反馈至第一控制开关以使输出得到控制，形成闭环，从而提升恒流源输出的稳定性，而且通过过温关断控制电路可以实现对温度的监测，避免恒流源的温度过高，从而达到了过压、过流以及过温保护的效果。
8.根据本实用新型的一些实施例，所述电流反馈环路包括射频滤波电路、第一仪表放大器以及第一运算放大器，所述射频滤波电路的第一输入端和第二输入端分别连接于所述采样单元的第一端和第二端，所述射频滤波电路的第一输出端和第二输出端分别连接于
所述第一仪表放大器的第一输入端和第二输入端，所述第一仪表放大器的输出端与所述第一运算放大器的反相输入端连接。
9.根据本实用新型的一些实施例，所述第一运算放大器的反相输入端与输出端之间设置有第一频率补偿电路。
10.根据本实用新型的一些实施例，所述射频滤波电路包括第一电阻、第一滤波电容、第二电阻以及第二滤波电容，所述第一电阻的第一端与所述采样单元的第一端连接，所述第一电阻的第一端连接所述第一滤波电容和所述第一仪表放大器的第一输入端，所述第二电阻的第一端与所述采样单元的第二端连接，所述第二电阻的第一端连接所述第二滤波电容和所述第一仪表放大器的第二输入端。
11.根据本实用新型的一些实施例，所述电压反馈环路包括第二运算放大器、第三运算放大器和第一二极管，所述第二运算放大器的同相输入端与所述负载的输入端连接，所述第二运算放大器的反相端与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第三运算放大器的同相输入端连接，所述第三运算放大器的输出端与所述第一二极管的阴极端连接，所述第一二极管的阳极端与所述第一控制开关的控制端连接。
12.根据本实用新型的一些实施例，所述第三运算放大器的反相输入端和输出端之间连接有第二频率补偿电路。
13.根据本实用新型的一些实施例，所述过温关断控制电路包括第二控制开关、第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻，所述第一分压电阻的第二端与所述第二分压电阻的第一端连接，所述第二控制开关的控制端与所述第二分压电阻的第一端连接，所述第二控制开关的第一端连接所述第三分压电阻的第一端和所述第一控制开关的控制端。
14.根据本实用新型的第二方面实施例的多通道恒流源，包括第一方面实施例的恒流源反馈电路。
15.根据本实用新型实施例的多通道恒流源，至少具有如下有益效果：多通道恒流源通过恒流源反馈电路实现对自身输出的监测，使得多通道恒流源的输出能够达到稳定，从而使其具有高稳定性、高可靠性的特点。
16.根据本实用新型的一些实施例，还包括控制模块、输出模块、反馈模块、测温模块以及电源模块，输出模块内设置有所述恒流源反馈电路，且所述输出模块的输入端连接所述控制模块，所述输出模块的输出端与负载连接；所述反馈模块的输出端与所述控制模块连接，所述反馈模块用于将来自所述负载的电信号反馈至所述控制模块；所述测温模块的输出端与所述控制模块连接；电源模块为所述控制模块和所述输出模块供电。
17.根据本实用新型的第三方面实施例的恒流源板卡，包括如第二方面实施例的多通道恒流源。
18.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
19.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
20.图1为本实用新型实施例的恒流源反馈电路的原理框图；
21.图2为本实用新型实施例的恒流源反馈电路的示意图；
22.图3为图2示出的恒流源反馈电路的电流反馈环路的示意图；
23.图4为图2示出的恒流源反馈电路的电压反馈环路的示意图；
24.图5为图2示出的恒流源反馈电路的过温关断控制电路的示意图；
25.图6为本实用新型实施例的多通道恒流源的原理框图；
26.图7为本实用新型实施例的控制模块与恒流源反馈电路连接的示意图。
27.附图标记：
28.第一控制开关110、采样单元120、电流反馈环路130、射频滤波电路131、第一频率补偿电路132、电压反馈环路140、第二频率补偿电路141、过温关断控制电路150、负载160；控制模块210、模数转换模块211、第一数模转换模块212、第二数模转换模块213、输出模块220、反馈模块230、测温模块240、电源模块250。
具体实施方式
29.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
30.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
31.在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
32.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
33.参照图1，在本实用新型一些实施例中，恒流源反馈电路是应用于恒流源中的，恒流源反馈电路包括有第一控制开关110、采样单元120、电流反馈环路130、电压反馈环路140以及过温关断控制电路150，其中，第一控制开关110的第一端是与供电电源连接，而第一控制开关110的第二端是与采样单元120第一端连接的，采样单元120的第二端则连接负载160；电流反馈环路130用于检测流经采样单元120的电流，电流反馈环路130的输入端与采样电路连接，电流反馈环路130的输出端与第一控制开关110的控制端连接；电压反馈环路140用于检测负载160的电压，即检测输出电压，电压反馈环路140的输入端与负载160的输入端，电压反馈环路140的输出端与第一控制开关110的控制端连接；过温关断控制电路150的输出端连接至第一控制开关110的控制端。过温关断控制电路150的输入端受外部信号的控制，可以理解的是，通过给过温关断控制电路150一控制信号以实现对第一控制开关110的关断控制，例如，当温度传感器监测到第一控制开关110的温度过高，则有一来自外部的
关断控制信号(如mcu发出的关断控制信号)输入过温关断控制电路150，从而控制第一控制开关110断开，关断输出。
34.具体地，参照图2，第一控制开关110采用第一场效应管q1，如nmos管，第一场效应管q1的漏极端作为第一控制开关110的第一端连接供电电源(如第一控制开关110的第一端连接电源模块250)，该供电电源为恒流源的供电电源，如采用24v的直流电源。采样单元120可以采用采样电阻r1，第一场效应管q1的源极端作为第一控制开关110的第二端连接采样电阻r1。而第一场效应管q1的栅极端则作为第一控制开关110的控制端与电流反馈环路130、电压反馈环路140以及过温关断控制电路150的输出端连接。可以理解的是，通过电流反馈环路130、电压反馈环路140以及过温关断控制电路150对第一场效应管q1的导通程度的控制，实现对输出电压、电流的控制，而且电流反馈环路130和电压反馈环路140均构成深度负反馈电路，对恒流源反馈电路进行深度负反馈调节，从而提高稳定性。
35.参照图2和图3，在本实用新型一些实施例中，电流反馈环路130包括射频滤波电路131、第一仪表放大器u1以及第一运算放大器u3a，其中，射频滤波电路131的第一输入端和第二输入端分别连接于采样电阻r1的第一端和第二端，射频滤波电路131的第一输出端和第二输出端分别连接于第一仪表放大器u1的第一输入端和第二输入端，第一仪表放大器u1的输出端与第一运算放大器u3a的反相输入端连接。电流反馈环路130起到将输出电流进行限制的作用。
36.具体地，第一仪表放大器u1的同相输入端与射频滤波电路131的第一输出端连接，第一仪表放大器u1的反相输入端与射频滤波电路131的第二输出端连接，第一仪表放大器u1的输出端连接至第一运算放大器u3a的反相输入端，第一运算放大器u3a的同相输入端则接入第一基准值，可以理解的是，第一基准值是由mcu通过第一数模转换模块212给出的。在第一运算放大器u3a的同相输入端与第一数模转换模块212输出端之间设置有稳压电路，稳压电路包括电阻r14、电阻r15、电阻r16以及电容c13，电阻r14和电阻r15串联，电容c13一端连接在电阻r14和电阻r15之间且另一端接地，而电阻r16连接负电压(nvcc)并连接第一运算放大器u3a的同相输入端。稳压电路的设置是消除电路开始上电至正常工作的时间段内的不稳定状态。
37.可以理解的是，使用第一仪表运放器u1将通过采样电阻r1的电流i转化为采样电压vr，将采样电压vr和第一数模转换模块212设定的v1经过第一运算放大器u3a比较，当vr＜v1时，第一运算放大器u3a输出高电压，增大第一场效应管q1的导通程度，使得输出电流i增大，当vr＞v1时，第一运算放大器u3a输出低电压，减少第一场效应管q1的导通程度，使得输出电流i减少，在第一频率补偿电路132的辅助下最终使得电流反馈环路130稳定在一个动态平衡，即vr＝v1，则可以通过v1和采样电阻r1的电阻值r来设定输出电流iset＝v1/r，达到程控恒流功能。
38.参照图2，在本实用新型一些实施例中，采样单元120的第二端与负载160的输入端之间还连接有多个接地的稳压电容，具体地，设置有3个稳压电容，分别为第一稳压电容c1、第二稳压电容c2和第三稳压电容c3，第一稳压电容c1、第二稳压电容c2和第三稳压电容c3并联且接地，起到稳定输出电压的作用。
39.参照图2和图3，在本实用新型一些实施例中，第一运算放大器u3a的反相输入端与输出端之间设置有第一频率补偿电路132。具体地，第一频率补偿电路132包括第一频率补
偿电阻r17和第一频率补偿电容c15，第一频率补偿电阻r17和第一频率补偿电容c15串联，且第一频率补偿电容c15还与第一运算放大器u3a的反相输入端连接，第一频率补偿电阻r17还与第一运算放大器u3a的输出端连接。在第一频率补偿电路132的辅助下可以使得电流反馈环路130稳定在动态平衡状态。
40.参照图2和图3，在本实用新型一些实施例中，射频滤波电路131包括第一电阻r2、第一滤波电容c4、第二电阻r3以及第二滤波电容c5，第一电阻r2的第一端与采样电阻r1的第一端连接，第一电阻r2的第一端连接第一滤波电容c4和第一仪表放大器u3a的第一输入端，第二电阻r3的第一端与采样电阻r1的第二端连接，第二电阻r3的第一端连接第二滤波电容c5和第一仪表放大器u3a的第二输入端。射频滤波电路131用于将从采样电阻r1的获取到的电流传输至第一仪表放大器中。
41.参照图2和图4，在本实用新型一些实施例中，电压反馈环路140包括第二运算放大器u2a、第三运算放大器u2b和第一二极管d1，第二运算放大器u2a的同相输入端与负载160的输入端连接，第二运算放大器u2a的反相端与第二运算放大器u2a的输出端连接，第二运算放大器u2a的输出端与第三运算放大器u2b的同相输入端连接，第三运算放大器u2b的输出端与第一二极管d1的阴极端连接，第一二极管d1的阳极端与第一控制开关110的控制端连接。电压反馈环路140起到将输出电压进行限制的作用。
42.具体地，第二运算放大器u2a的同相输入端连接至负载160的输入端，第二运算放大器u2a的反相输入端与输出端连接，起到缓冲器的作用，负反馈系数为1，增益为1。而第三运算放大器u2b的反相输入端与第二运算放大器u2b的输出端连接，第三运算放大器u2b的同相输入端接入第二基准值，可以理解的是，第二基准值是由mcu通过第二数模转换模块213给出的，电阻r19的第一端连接第二数模转换模块213的输出端，电阻r19的第二端连接第三运算放大器u2b的同相输入端，电容c17则连接电阻r19的第二端并接地，电阻r19和电容c17构成滤波网络，起到滤波、稳定的作用。在第三运算放大器u2b的输出端连接第一二极管d1的阴极端，而第一二极管d1的阳极端连接至第一场效应管q1的栅极端。还可以是在第一二极管d1的阳极端和阴极端各串联一电阻，如电阻r6串联在第一二极管d1的阳极端，电阻r12串联在第一二极管d1的阴极端，电阻r6、电阻r12起到分压的作用。
43.可以理解的是，使用第三运算放大器u2b将输入负载160的电压vout和第二数模转换模块213设定的v2比较，当vout＞v2时，第三运算放大器u2b输出低电压，减少第一场效应管q1的导通程度，使得输出电压减少，减少到vout＝v2；当vout＜v2时，第三运算放大器u2b输出高电压，由于第一二极管d1单向导通的特性，不会影响第一场效应管q1的导通程度，因此第一场效应管q1的导通程度是由电流反馈环路130决定，所以电压反馈环路140的作用下，vout≤v2，当设定最大功率为wmax，第二数模转换模块213的设定值v2＝wmax/iset＝wmax/(v1/r)。
44.参照图2和图4，在本实用新型一些实施例中，第三运算放大器u2b的反相输入端和输出端之间连接有第二频率补偿电路141，具体地，第二频率补偿电路141包括第二频率补偿电阻r18和第二频率补偿电容c16，第二频率补偿电阻r18和第二频率补偿电容c16串联，且第二频率补偿电阻r18还与第三运算放大器u2b的反相输入端连接，第二频率补偿电容c16还与第三运算放大器u2b的输出端连接。在第二频率补偿电路141的辅助下可以使得电压反馈环路140稳定在动态平衡状态。
45.参照图2和图5，在本实用新型一些实施例中，过温关断控制电路150包括第二控制开关、第一分压电阻r7、第二分压电阻r8和第三分压电阻r9，第一分压电阻r7的第二端与第二分压电阻r8的第一端连接，第二控制开关的控制端与第二分压电阻r8的第一端连接，第二控制开关的第一端连接第三分压电阻r9的第一端和第一控制开关110的控制端。过温关断控制电路150用于关断第一控制开关110，避免其过高而影响系统的稳定。这是由于第一控制开关110所采用的第一场效应管q1作为功率mos管，第一场效应管q1的稳定与否会影响整个系统的稳定，因而需要对第一场效应管q1的温度进行监测，如通过温度传感器检测其温度。
46.具体地，第二控制开关采用第二场效应管q2，如nmos管，第二场效应管q2的栅极端作为控制端，第二场效应管q2的漏极端作为第一端，第二场效应管q2的源极端作为第二端。第一分压电阻r7的第一端作为过温关断控制电路150的输入端接入关断控制信号，第一分压电阻r7的第二端连接第二场效应管q2的栅极端，第二分压电阻r8连接第一分压电阻r7的第二端和第二场效应管q2的栅极端，第一分压电阻r7和第二分压电阻r8起到为二场效应管q2的栅极端提供控制电压的作用。第二场效应管q2的源极端接地。第三分压电阻r9的第一端连接电源vcc，第三分压电阻r9的第二端连接第二场效应管q2漏极端，第二场效应管q2漏极端作为过温关断控制电路150的输出端。
47.可以理解的是，通过关断控制信号可以使得第二场效应管q2导通，从而使得第二场效应管q2的漏极端电压降低，即过温关断控制电路150的输出端的电压降低，因此导致第一场效应管q1的栅极端电压减低，进而第一场效应管q1截止，使得输出中断。
48.参照图6和图7，在本实用新型一些实施例中，多通道恒流源包括上述实施例的恒流源反馈电路，其中还包括控制模块210、输出模块220、反馈模块230、测温模块240和电源模块250。电源模块250连接控制模块210和输出模块220，输出模块220上设置有恒流源反馈电路。
49.控制模块210通过数模转换模块将第一基准值和第二基准值输送至恒流源反馈电路，例如，控制模块210通过第一数模转换模块212为恒流源反馈电路提供第一基准值，第一数模转换模块212通过稳压电路将第一基准值传输至恒流源反馈电路中的电流反馈环路130的第一运算放大器u3a的同相输入端；控制模块210通过第二数模转换模块213为恒流源反馈电路提供第二基准值，第二数模转换模块213通过电阻r19和电容c17构成的滤波网络将第二基准值传输至电压反馈环路140的第三运算放大器u2b的同相输入端。
50.控制模块210还可以通过模数转换模块211连接至恒流源反馈电路，用于采集输出电流信息，例如，模数转换模块211通过电阻r10连接至第一仪表放大器u1的输出端，将第一仪表放大器u1获取的经过采样电阻r1的电流(即输出电流)采集并传输至控制模块210。
51.反馈模块230连接控制模块210和负载160，用于将负载160的上电流、电压等信号反馈至控制模块210。测温模块240将检测到的第一控制开关110的温度信息传输至控制模块210。
52.可以理解的是，测温模块240包括温度传感器，控制模块210可以采用单片机模块，单片机模块接收温度传感器检测到温度信息，再向恒流源反馈电路中的过温关断控制电路150发送关断控制信号，以实现过温保护。
53.控制模块210可以通过通用异步收发传输器实现与pc(personal computer，个人
计算机)的通信，进而设置输出电流，即将需要设置的输出电流值传输至控制模块210，控制模块210根据输出电流值通过第一数模转换模块212输出第一基准值，进而通过第二数模转换模块213输出第二基准值，从而实现配置。
54.在本实用新型一些实施例中，提供一种包括有多通道恒流源的恒流源板卡，恒流源板卡能够便于操作管理，可根据负载160的工作实际需求进行恒流输出，应用的范围更广。
55.应当想到的是，本实用新型实施例中的电阻均可以由一个电阻组成或者由多个电阻以串联、并联或串并联结合的方式组成，同样地，电容、电感也是如此。
56.上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。