一种低功耗的恒流源输出系统的制作方法

1.本实用新型涉及测控技术领域，具体涉及一种低功耗的恒流源输出系统。


背景技术：

2.4-20ma dc(1-5v dc)信号制是国际电工委员会(iec)过程控制系统采用的模拟信号传输标准。工业应用中往往采用4-20ma，采用电流信号的原因是不容易受干扰。
3.在硬件电路上4-20ma输出电路采用恒流源输出电路设计，当负载在允许的范围内变化时，输出电流恒定不变。当负载r达到极限时由于u＝i*r,输出电压超过/接近内部电源时，电路无法实现恒流输出，即输出电流出现下降或关断。
4.常规恒流源输出系统内部的u是固定不变的。功耗p＝u*i，当输出电流固定后，功耗不变。当外部负载r较小时，内部电压降δu较大，总功耗中的大部分转化为产品内部自发热，导致产品内部温升大，电源利用率低等问题。
5.现有技术中一般采用：
6.1、通过adc采集回检信号通过mcu动态调整dcdc输出，结构复杂，成本较高，实时性及动态响应较差。
7.2、通过差分采集加基准的方式，需要同时采集mos管d极和s极电压，及提供基准源，电路结构相对复杂。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种低功耗的恒流源输出系统，该恒流源输出系统基于传统恒流源电流电路进行改进，通过引入闭环的电源调节，有效降低了所述恒流源输出系统的功耗，解决了电源利用率低，系统内部自发热严重问题。
9.为了达到上述目的，本实用新型提供了一种低功耗的恒流源输出系统，包括：可调压电源模块，提供恒流源驱动电源；v/i转化模块，进行电压/电流转化，实现恒流源输出；回检模块，实时采集外部负载的电压，并反馈调节信号给所述可调压电源模块。
10.本实用新型通过回检模块实现负载电压监控，进而调节可调压电源模块，使可调压电源模块输出可维系系统稳定工作的最小电压，恒流源输出系统的电源利用率得到提高，有效实现了系统功耗的降低。
11.进一步的，可调压电源模块的第一输入端(电源输入端)与外部电源输出端相连；所述可调压电源模块的第二输入端(反馈端)与所述回检模块的输出端相连；所述可调压电源模块输出端与v/i转化模块的输入端相连；所述v/i转化模块采用mos作为驱动级，其第一输出端与所述回检模块的输入端相连，其第二输出端与所述外部负载的输入端相连；所述v/i转化模块的输入端与外部的dac输出或者模拟电路输出相连。
12.进一步的，所述v/i转化模块可采用流出(current source)或流入(current source)两种形式。
13.进一步的，所述回检模块包括运算放大器构建的跟随电路及反相比例电路，跟随电路的输入端与外部负载相连，跟随电路的输出端与反相比例电路输入端相连，反相比例电路输出端为可调压电源模块提供反馈调整电压。
14.进一步的，所述可调压电源模块支持闭环反馈调节，电压的架构可以是boost，buck，flyback，forward，或其组合。
15.本实用新型相比现有技术具有以下优点：
16.本实用新型的核心是回检模块设计及其与可调压电源模块的匹配设计，通过回检模块的实现负载电压监控，通过单端运放构成的反相比例电路动态调整可调压电源模块的输出电压，使可调压电源模块输出可维系系统稳定工作的最小电压，这样mos管压降vds相对固定(vds》vgs-vgs(th))。由于可调压电源为boost，buck，flyback，forward等方式设计，效率高,通过上述闭环调整使系统总功耗由单一的输出电流决定，转变为与输出电流及负载有关，从而有效实现了低功耗设计。
17.应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的实用新型主题的一部分。
18.结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本实用新型教导的前述和其他方面、实施例和特征。本实用新型的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本实用新型教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
19.附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例，其中：
20.图1为本实用新型的一种低功耗的恒流源输出系统的原理框图；
21.图2为本实用新型的可调压电源模块电路拓扑图；
22.图3为本实用新型的回检模块电路拓扑图；
23.图4为本实用新型的v/i转化模块电路拓扑图。
具体实施方式
24.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图,对本实用新型实施例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实用新型的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。除非另作定义,此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
25.本实用新型专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。同样,除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制,而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、
元素和/或组件,并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。
26.本实用新型提供了一种低功耗的恒流源输出系统。所述回路采用由运算放大器组成的反相比例电路构成，所述可调压电源模块采用可调压的dcdc芯片设计，两者结合实现负载电压实时监视，跟踪负载电压的大小动态调整可调压电源模块，使可调压电源模块输出可维系v/i转化模块电路可靠跟踪的最小电压。电压降低使系统功耗降低。
27.下面结合附图所示的实施例，对本实用新型公开的一种低功耗的恒流源输出系统作进一步具体介绍。
28.如图1所示，一种低功耗的恒流源输出系统一般由可调压电源模块，v/i转化模块、回检模块构成，与外部负载相连。所述可调压电源模块用于产生恒流源驱动电源，所述v/i转化模块用于实现电压/电流转化，实现恒流源输出。由于负载及恒流源输出电流不固定，通过所述回检模块实时采集负载电压，用于对所述可调压电源模块的实时调整，使mos管v
ds
》v
gs-v
gs(th)
，工作于线性放大区。
29.所述可调压电源模块的第二输入端与所述回检模块的输出端相连，其输出端与v/i转化模块的输入端相连。
30.为了实现动态电源调整，使电源输出根据负载及恒流源输出大小动态调整，所述可调压电源模块为稳压电源设计，如图2所示，包括：dc/dc芯片，电阻反馈网络，其中反馈网络由电阻r4、r5、r6构成。由图2构成的电源支持负反馈调节，为了提高电源闭环调整的效果，采用电阻r6,将vadj电压参与dcdc模件电压调节。
31.具体的实现：当负载上的电压vf由于电流增加或者内阻增加导致增大,vadj由于采用反相比例电路，vadj会随着vf增加而减小，当vadj减少dcdc输出vdrive增加。反之当vf减少，vadj增加，vdrive减少。上述闭环调节实现vdrive动态跟踪vf的作用。
32.如图3所示，回检模块由跟随电路及反相比例电路构成。
33.跟随电路由运算放大器u1b构成，u1b同相输入端与vf相连，u1b反相输入端与输出端相连，跟随电路利用输入阻抗大，输出阻抗小的特性实现阻抗变化。避免负载电压自身内阻对反相比例电路的影响，提高检测回路精度，同时避免后级回路可能存在的分流对恒流源精度的影响。
34.反相比例电路由u2b、r1、r2、r3构成，电阻r2连接跟随电路的输出端及u2b的反相输入端，电阻r1将u2b的同相输入端下拉对地，电阻r3连接u2b的反相输入端和输出端。反相比例电路利用深度负反馈，实现信号极性反转及增益调节作用，反相比例电路的输出接至可调压电源模块的第二输入，用于实现电源的闭环调节。电阻r1为平衡电阻，使运算放大器的偏置电流不会产生附加的失调电压，提高电路精度。
35.如图4所示，v/i转化模块由运算放大器、取样电阻、驱动管u28构成，具体构成，驱动管采用mos管，mos管的第一输入端d极与运算放大器u3b的反相输入端相连，mos管第二输入端g极与运算放大器u3b的输出端通过电阻r9相连，mos管输出端s极与负载rl相连,取样电阻r8连接驱动电源vdrive和运算放大器u3b的反相端。v/i转化模块实现电压/电流转化，实现恒流源输出。
36.虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实
用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。