一种高精度交直两用横流电源电路及双温度反馈补偿方法与流程

本发明涉及高精度恒流源，特别是涉及一种高精度交直两用横流电源电路及双温度反馈补偿方法。

背景技术：

1、恒流源是数模混合集成电路中的重要模块，它的作用是为系统提供一个与电源电压无关的恒定的输出电流，广泛应用传感器驱动、精密测量控制、电流/频率转换等各种场合。由于器件特性受温度变化影响等原因，恒流源电路在全温范围内精度会有一定下降，难以满足高精度应用的性能需求。

2、目前，市面上几乎没有可在-50℃～75℃全温区内均具有18位电流输出精度的交直两用恒流源电路产品。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高精度交直两用恒流源电路及其双温度反馈补偿技术，以解决上述背景技术中的产品需求，适用于医疗、汽车、工业、军工、航天等领域的精密传感器测量、精密控制、电流/频率转换等各种场合。

2、为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明为一种高精度交直两用横流电源电路，可在-50℃～75℃全温区内均具有18位电流输出精度，如±500ma恒流源，则其输出精度可达到±4ua以内，包括fpga、24位d/a电路、差分v/i电路、功放电路、第一数字温度传感器、第二数字温度传感器和金属箔采样电阻，所述fpga为主控，用于对电流设置进行快速处理响应、对24位d/a电路进行控制、对第一数字温度传感器和第二数字温度传感器进行温度读取和反馈控制，可实现0～3khz的直流或交变电流信号输出带宽。

4、优选地，所述24位d/a电路将数字信号转换为高精度的模拟差分电压信号，所述差分v/i电路将高精度的模拟差分电压信号转换为高精度的模拟电流信号，所述功放电路将高精度的模拟电流信号进行电流功率放大，以满足大电流输出的能力。

5、优选地，所述金属箔采样电阻将采样电流反馈给差分v/i电路，以达到恒流输出目的，所述第一数字温度传感器用于测量金属箔采样电阻温度，所述第二数字温度传感器用于测量板载温度。

6、优选地，所述24位d/a电路输出高精度的差分电压vi接入差分v/i电路，差分v/i电路将差分电压转换为电流用于驱动后级的功放电路，功放电路对电流进行功率放大后经金属膜采样电阻后对外进行功率电流io输出，金属膜电阻采集流经的功率电流并将电流转换为差分电压后反馈到差分v/i电路，最终形成与24位d/a电路输出电压vi成比例的恒定功率电流io输出。其计算公式为：

7、io＝vi*(r27/r26)/(r29)

8、所述差分v/i电路包括运算放大器u1、电阻r37、电阻r38、电阻r26、电阻r27，其中r37与r26相等，r38与r27相等；功放电路包括电阻r69、电阻r68、电阻r67、电阻r66、电阻r35、电阻r28、npn功率三极管q6和pnp功率三极管q4，r69、r68、r67、r66共同为q6和q4提供直流偏置电压，r35和r28为q6和q4提供偏置均衡保护；金属膜采样电阻为r29。

9、优选地，所述运算放大器u1选用低噪声低温度系数的高精度运放，如opa2182等，电阻r37、电阻r38、电阻r26、电阻r27选用5ppm/℃的低温度系数和0.01％的阻值精度的金属膜电阻，电阻r29选用5ppm/℃的低温度系数和0.01％的阻值精度的0.5ohm精密功率金属膜采样电阻，npn功率三极管q6和pnp功率三极管q4，优先选用配对功率三极管，并根据恒流源电流进行优化选型，如±500ma恒流源可选用tip29c和tip30c，数字温度传感器可选用ds18b20。24位d/a电路可选用dac1282。

10、优选地，所述fpga通过第一数字温度传感器测量金属箔采样电阻温度，并对输出电流进行温度反馈补偿，实现将金属箔采样电阻的温度系数对恒流源的影响从5ppm/℃提高到0.2ppm/℃以内；所述fpga通过第二数字温度传感器测量板载温度，并对输出电流进行温度反馈补偿，将电路的温度系数对恒流源的影响从1ua/℃提高到0.05ua/℃以内。

11、优选地，所述fpga通过温度曲线多项式拟合公式实时计算电阻温度和板载温度的对应补偿电压，并控制24位d/a转换电路进行数模转换，进而修正输出电流。

12、一种高精度交直两用横流电源电路及双温度反馈补偿方法，所述温度曲线多项式拟合公式的系数的获取步骤为：

13、s1：设置温箱温变曲线为25℃～80℃～-55℃～80℃～25℃和温变速率为1℃/min，放置高精度交直两用恒流源电路到温箱中，温箱按温变曲线和温变速率开始自动改变温箱内部温度，连续测试并记录下各个温度点下第一数字温度传感器的温度和金属箔采样电阻的电阻；

14、s2：以第一数字温度传感器的温度为输入，以金属箔采样电阻的电阻为输出，通过多项式曲线拟合公式对第一数字温度传感器的温度和金属箔采样电阻的电阻进行拟合，将拟合得出的拟合系数写入fpga程序，并进行fpga程序烧写；

15、s3：设置温箱温变曲线为25℃～80℃～-55℃～80℃～25℃和温变速率为1℃/min，放置高精度恒流源电路到温箱中，温箱按温变曲线和温变速率开始自动改变温箱内部温度，连续测试并记录下各个温度点下第二数字温度传感器的温度和高精度恒流源电路的输出电流；

16、s4：以第二数字温度传感器的温度为输入，以高精度恒流源电路的输出电流为输出，通过多项式曲线拟合公式对第二数字温度传感器的温度和高精度恒流源电路的输出电流进行拟合，将拟合得出的拟合系数写入fpga程序，并进行fpga程序烧写。

17、本发明具有以下有益效果：

18、本发明一种高精度交直两用横流电源电路及双温度反馈补偿方法，采用双温度反馈补偿技术，fpga通过第一数字温度传感器测量金属箔采样电阻温度，并对输出电流进行温度反馈补偿，可在整个温度工作区间(-50℃～75℃)实现将金属箔采样电阻的温度系数对恒流源的影响从5ppm/℃提高到0.2ppm/℃以内，再fpga通过第二数字温度传感器测量电路板载温度，并对输出电流进行温度反馈补偿，可在整个温度工作区间(-50℃～75℃)实现将电路的温度系数对恒流源的影响从1ua/℃提高到0.05ua/℃以内；因此，本发明中的一种高精度交直两用恒流源电路，可在-50℃～75℃全温区内均具有18位电流输出精度，如±500ma恒流源，则其输出精度可达到±4ua以内。

19、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种高精度交直两用横流电源电路，其特征在于，可在-50℃～75℃全温区内均具有18位电流输出精度，如±500ma恒流源，则其输出精度可达到±4ua以内，包括fpga、24位d/a电路、差分v/i电路、功放电路、第一数字温度传感器、第二数字温度传感器和金属箔采样电阻，所述fpga为主控，用于对电流设置进行快速处理响应、对24位d/a电路进行控制、对第一数字温度传感器和第二数字温度传感器进行温度读取和反馈控制，可实现0～3khz的直流或交变电流信号输出带宽。

2.根据权利要求1所述的一种高精度交直两用横流电源电路，其特征在于，所述24位d/a电路将数字信号转换为高精度的模拟差分电压信号，所述差分v/i电路将高精度的模拟差分电压信号转换为高精度的模拟电流信号，所述功放电路将高精度的模拟电流信号进行电流功率放大，以满足大电流输出的能力。

3.根据权利要求1所述的一种高精度交直两用横流电源电路，其特征在于，所述金属箔采样电阻将采样电流反馈给差分v/i电路，以达到恒流输出目的，所述第一数字温度传感器用于测量金属箔采样电阻温度，所述第二数字温度传感器用于测量板载温度。

4.根据权利要求1所述的一种高精度交直两用横流电源电路，其特征在于，所述24位d/a电路输出高精度的差分电压vi接入差分v/i电路，差分v/i电路将差分电压转换为电流用于驱动后级的功放电路，功放电路对电流进行功率放大后经金属膜采样电阻后对外进行功率电流io输出，金属膜电阻采集流经的功率电流并将电流转换为差分电压后反馈到差分v/i电路，最终形成与24位d/a电路输出电压vi成比例的恒定功率电流io输出。其计算公式为：

5.根据权利要求4所述的一种高精度交直两用横流电源电路，其特征在于，所述运算放大器u1选用低噪声低温度系数的高精度运放，如opa2182等，电阻r37、电阻r38、电阻r26、电阻r27选用5ppm/℃的低温度系数和0.01％的阻值精度的金属膜电阻，电阻r29选用5ppm/℃的低温度系数和0.01％的阻值精度的0.5ohm精密功率金属膜采样电阻，npn功率三极管q6和pnp功率三极管q4，优先选用配对功率三极管，并根据恒流源电流进行优化选型，如±500ma恒流源可选用tip29c和tip30c，数字温度传感器可选用ds18b20。24位d/a电路可选用dac1282。

6.根据权利要求1所述的一种高精度交直两用横流电源电路，其特征在于，所述fpga通过第一数字温度传感器测量金属箔采样电阻温度，并对输出电流进行温度反馈补偿，实现将金属箔采样电阻的温度系数对恒流源的影响从5ppm/℃提高到0.2ppm/℃以内；所述fpga通过第二数字温度传感器测量板载温度，并对输出电流进行温度反馈补偿，将电路的温度系数对恒流源的影响从1ua/℃提高到0.05ua/℃以内。

7.根据权利要求6所述的一种高精度交直两用横流电源电路，其特征在于；所述fpga通过温度曲线多项式拟合公式实时计算电阻温度和板载温度的对应补偿电压，并控制24位d/a转换电路进行数模转换，进而修正输出电流。

8.根据权利要求1所述的一种高精度交直两用横流电源电路及双温度反馈补偿方法，所述温度曲线多项式拟合公式的系数的获取步骤为：

技术总结
本发明公开了一种高精度交直两用横流电源电路及双温度反馈补偿方法，涉及高精度恒流源技术领域。本发明可在‑50℃～75℃全温区内均具有18位电流输出精度，如±500mA恒流源，则其输出精度可达到±4uA以内，包括FPGA、24位D/A电路、差分V/I电路、功放电路、第一数字温度传感器、第二数字温度传感器和金属箔采样电阻，所述FPGA为主控，用于对电流设置进行快速处理响应、对24位D/A电路进行控制、对第一数字温度传感器和第二数字温度传感器进行温度读取和反馈控制，可实现0～3KHz的直流或交变电流信号输出带宽。

技术研发人员：孙泽春,宋见,冯晓青,周勇
受保护的技术使用者：重庆鲲量科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13