一种恒流源控制方法以及一种恒流源电路的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种恒流源控制方法以及一种恒流源电路，所述恒流源电路包括：电压源，用于输出恒定电流；基准电源单元，用于提供预设的基准电压；负载单元，由所述电压源改变负载电压从而控制负载电流；采样单元，用于对负载单元的电流进行采样获取采样电压；比较反馈单元，用于获取采样电压与基准电压之间的电压误差并将电压误差反馈至电压源，以使电压源根据接收到的反馈电压调节输出电流以保证输出电流恒定；开关单元，用于控制电压源与负载单元之间的通断；电压保持单元，用于在电压源与负载单元之间断开时保持继续向所述电压源反馈电压。本发明可让恒流源在几百纳秒至几微秒的时间内实现电流通断。
【专利说明】
一种恒流源控制方法以及一种恒流源电路
技术领域
[0001]本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及恒流源控制技术领域，具体为一种恒流源控制方法以及一种恒流源电路。
【背景技术】
[0002]恒流源是电路中广泛使用的一个组件，恒流源是输出电流保持恒定的电流源，而理想的恒流源应该具有以下特点:不因负载(输出电压)变化而改变;不因环境温度变化而改变；内阻为无限大(以使其电流可以全部流出到外面)。恒流源的实质是利用器件对电流进行反馈，动态调节设备的供电状态，从而使得电流趋于恒定。只要能够得到电流，就可以有效形成反馈，从而建立恒流源。但是在大电流应用中，往往存在着专用电流源芯片价格较高的问题。一种工程上可行的方法是使用廉价的电压源芯片，利用采样电阻压降进行反馈，实现恒流源的功能。但是其本质依然是通过改变负载上的电压，使通过负载的电流进行改变。当需要关闭电流时，电压源需将电压降到负载上没有电流的程度。当需要再次提供电流时，则需要将电压加至原来的电压。也就是说，这种电路存在的一个较大问题是电压芯片为了达到目标电流，往往需要一定的电压建立时间。这段时间一般在数百微秒至数毫秒之间。对一些需要快速切换电流的应用来说，这点时间是不可接受的。
【发明内容】
[0003]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种恒流源控制方法以及一种恒流源电路，用于解决现有技术中使用电压源芯片做恒流源时开启和关闭速度慢的问题。
[0004]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种恒流源电路，所述恒流源电路包括:电压源，用于输出恒定电流;基准电源单元，用于提供预设的基准电压；负载单元，由所述电压源改变负载电压从而控制负载电流;采样单元，与所述负载单元相连，用于对所述负载单元的电流进行采样获取采样电压；比较反馈单元，分别与所述基准电源单元和所述采样单元相连，用于将所述采样电压与所述基准电压进行比较获取所述采样电压与所述基准电压之间的电压误差并将所述电压误差反馈至所述电压源，以使所述电压源根据接收到的反馈电压调节输出电流以保证所述输出电流恒定;开关单元，设置于所述电压源与所述负载单元之间，用于控制所述电压源与所述负载单元之间的通断；电压保持单元，设置于所述电压源与所述比较反馈单元之间，用于在所述电压源与所述负载单元之间断开时保持继续向所述电压源反馈电压。
[0005]于本发明的一实施例中，所述开关单元包括MOS管或三极管。
[0006]于本发明的一实施例中，所述电压保持单元包括:多路复用器，所述多路复用器的第一输入端与所述比较反馈单元连接，所述多路复用器的输出端与所述电压源连接;模数转换器，连接于所述多路复用器的第一输入端与所述比较反馈单元之间的线路上用于在所述电压源与所述负载单元之间导通时采集所述反馈电压;数模转换器，与所述多路复用器的第二输入端连接并与所述模数转换器相连用于在所述电压源与所述负载单元之间断开时，继续将所述反馈电压反馈到所述多路复用器的输出端。
[0007]于本发明的一实施例中，所述电压保持单元包括:模拟开关，所述模拟开关的第一输入端与所述比较反馈单元连接，所述模拟开关的第二输出端接地;储能电容，一端与所述模拟开关的输出端相连，另一端接地，用于在所述电压源与所述负载单元之间导通时充电，所述电压源与所述负载单元之间断开时继续向所述电压源提供所述电压;运算放大器，正相输入端与所述储能电容和所述模拟开关的输出端相连，输出端与所述电压源相连，用于将所述储能电容提供的电压进行放大以与所述反馈电压匹配。
[0008]于本发明的一实施例中，所述运算放大器的反相输入端和输出端相连后经一用于防止震荡的电阻连接后接地。
[0009]于本发明的一实施例中，所述恒流源电路还包括:连接于所述采样单元和所述比较反馈单元之间用于对所述采样单元的采样电压进行放大后反馈到所述比较反馈单元的放大单元。
[0010]为实现上述目的，本发明还提供一种恒流源控制方法，所述恒流源控制方法包括:利用开关控制输出恒定电流的电压源与在外界控制信号下的负载之间的通断;在所述电压源与所述调节负载之间断开时，保持所述电压源的输出电压不变。
[0011]于本发明的一实施例中，利用MOS管或三极管控制输出恒定电流的电压源与在外界控制信号下的负载之间的通断。
[0012]于本发明的一实施例中，在所述电压源与所述调节负载之间断开时，保持所述电压源的输出电压不变具体包括:在所述电压源与所述调节负载之间导通时采集输入所述电压源的反馈电压，在所述电压源与所述调节负载之间断开时，继续将所述反馈电压反馈到所述电压源。
[0013]于本发明的一实施例中，在所述电压源与所述调节负载之间断开时，保持所述电压源的输出电压不变具体包括:在所述电压源与所述调节负载之间导通时存储电能，在所述电压源与所述调节负载之间断开时，继续向所述电压源提供电压以保持所述电压源的输出电压不变。
[0014]如上所述，本发明的一种恒流源控制方法以及一种恒流源电路，具有以下有益效果:
[0015]1、本发明利用开关控制电压源与调节负载之间的通断，并在所述电压源与调节负载之间断开时保持继续向所述电压源反馈电压，在电流被开关切断时使电压源芯片输出电压保持不变，当开关再次打开时，省去了电压建立时间，可让恒流源在几百纳秒至几微秒的时间内实现电流通断，有效解决了现有技术中使用电压源芯片做恒流源时开启和关闭速度慢的问题。
[0016]2、本发明结构简单，控制灵活，经济实用，具有广泛的适用性。
【附图说明】
[0017]图1显示为本发明的恒流源控制方法的流程示意图。
[0018]图2显示为本发明的一种恒流源电路的原理框图。
[0019]图3显示为本发明的一种恒流源电路的结构示意图。
[0020]图4显示为本发明的一种恒流源电路中电压保持单元的一种优选结构示意图。
[0021]图5显示为本发明的一种恒流源电路中电压保持单元的另一种优选结构示意图。
[0022]元件标号说明
[0023]I恒流源电路
[0024]11电压源
[0025]12基准电源单元
[0026]13负载单元
[0027]14采样单元
[0028]15比较反馈单元
[0029]16开关单元
[0030]17电压保持单元
[0031]SI ?S2 步骤
【具体实施方式】
[0032]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0033]本实施例中的一种恒流源控制方法以及一种恒流源电路中，由电压源作为恒流源，其中电压源芯片输出电压由由采样电阻上电压和设定电压经过误差比较器得到。通过这种方法，电压源可以被当成恒流源来使用。但是其本质依然是通过改变负载上的电压，使通过负载的电流进行改变。现有技术中的采用电压源作为恒流源时，当需要关闭电流时，电压源需将电压降到负载上没有电流的程度。当需要再次提供电流时，则需要将电压加至原来的电压。
[0034]本实施例的目的在于提供一种恒流源控制方法以及一种恒流源电路，用于解决现有技术中使用电压源芯片做恒流源时开启和关闭速度慢的问题。以下将详细阐述本实施例的一种恒流源控制方法以及一种恒流源电路的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实施例的一种恒流源控制方法以及一种恒流源电路。
[0035]具体地，如图1所示，本实施例提供一种恒流源控制方法，所述恒流源控制方法包括以下步骤。
[0036]步骤SI，利用开关控制输出恒定电流的电压源与在外界控制信号下的负载之间的通断；
[0037]步骤S2，在所述电压源与所述调节负载之间断开时，保持所述电压源的输出电压不变。
[0038]以下对步骤SI和S2进行详细说明。
[0039]步骤SI，利用开关控制输出恒定电流的电压源与在外界控制信号下的负载之间的通断。
[0040]具体地，于本实施例中，利用MOS管或三极管控制输出恒定电流的电压源与在外界控制信号下的负载之间的通断。由于MOS管或三极管开关十分迅速，所以能让恒流源在几百纳秒至几微秒的时间内实现电流通断。
[0041]步骤S2，在所述电压源与所述调节负载之间断开时，保持所述电压源的输出电压不变。
[0042]具体地，于本实施例中，在所述电压源与所述调节负载之间断开时，保持所述电压源的输出电压不变具体包括:在所述电压源与所述调节负载之间导通时采集输入所述电压源的反馈电压，在所述电压源与所述调节负载之间断开时，继续将所述反馈电压反馈到所述电压源。
[0043]具体地，于本实施例中，在所述电压源与所述调节负载之间断开时，保持所述电压源的输出电压不变具体包括:在所述电压源与所述调节负载之间导通时存储电能，在所述电压源与所述调节负载之间断开时，继续向所述电压源提供电压以保持所述电压源的输出电压不变。
[0044]通过以上两种方式，可以保持所述电压源处电压在电流被开关切断时不变，使电压源芯片输出电压保持不变。当开关再次打开时，省去了电压建立时间，使电流上升时间在几微秒之内。
[0045]为实现上述恒流源控制方法，本实施例对应提供一种恒流源电路，具体地，如图2所示，所述恒流源电路I包括:电压源11，基准电源单元12，负载单元13，采样单元14，比较反馈单元15，开关单元16以及电压保持单元17。
[0046]所述恒流源电路I的一种具体电路图如图3所示。
[0047]于本实施例中，所述电压源11用于输出恒定电流，所述电压源11的电压源芯片Ul的输出电压由反馈得到的反馈电压Vfb控制。
[0048]于本实施例中，所述基准电源单元12用于提供预设的基准电压，所述负载单元13由所述电压源改变负载电压从而控制负载电流。通过改变负载单元13中负载上的电压，使通过负载上的电流进行改变，从而与外部负载的变化相匹配。如图3所示，所述所述负载单元13可由调节电阻R实现。
[0049]于本实施例中，所述采样单元14与所述负载单元13相连，用于对所述负载单元13的电流进行采样获取采样电压。具体地，如图3所示，于本实施例中，所述采样单元14由采样电阻Rs构成，采样电阻Rs对调节电阻R上的电流进行采样，获取采样电压。
[0050]于本实施例中，所述恒流源电路I还包括:连接于所述采样单元14和所述比较反馈单元15之间用于对所述采样单元14的采样电压进行放大后反馈到所述比较反馈单元15的放大单元。所述采样单元14将采样获取的采样电压经放大器Al放大后反馈到比较反馈单元15中。
[0051]于本实施例中，所述比较反馈单元15分别与所述基准电源单元12和所述采样单元14相连，用于将所述采样电压与所述基准电压进行比较获取所述采样电压与所述基准电压之间的电压误差并将所述电压误差反馈至所述电压源U，以使所述电压源11根据接收到的反馈电压调节输出电流以保证所述输出电流恒定。具体地，所述比较反馈单元15为一误差比较器A2，反馈电压Vfb由采样电阻Rs上电压Vs和所述基准电源单元12设定的电压Vset经过误差比较器A2得到。
[0052]于本实施例中，所述开关单元16设置于所述电压源11与所述负载单元13之间，用于控制所述电压源11与所述负载单元13之间的通断。具体地，于本实施例中，所述开关单元16包括MOS管或三极管。也就是说，于本实施例中，利用MOS管或三极管控制输出恒定电流的电压源11与在外界控制信号下的负载之间的通断。由于MOS管或三极管开关十分迅速，所以能让恒流源在几百纳秒至几微秒的时间内实现电流通断。
[0053]于本实施例中，所述电压保持单元17设置于所述电压源11与所述比较反馈单元15之间，用于在所述电压源11与所述负载单元13之间断开时保持继续向所述电压源11反馈电压。其中，所述电压保持单元17可通过以下两种电路实现在所述电压源11与所述负载单元13之间断开时保持继续向所述电压源11反馈电压。
[0054]如图4所示，于本实施例中，所述电压保持单元17包括:多路复用器，所述多路复用器的第一输入端SI与所述比较反馈单元15(图4中所示的误差放大器)连接，所述多路复用器的输出端D与所述电压源11(向所述电压源11输出反馈电压Vfb)连接;模数转换器(图4中所示的ADC)，连接于所述多路复用器的第一输入端SI与所述比较反馈单元15之间的线路上用于在所述电压源11与所述负载单元13之间导通时采集所述反馈电压Vfb;数模转换器(图4中所示的DAC)，与所述多路复用器的第二输入端S2连接并与所述模数转换器DAC相连用于在所述电压源11与所述负载单元13之间断开时，继续将所述反馈电压Vfb反馈到所述多路复用器的输出端D。
[0055]在上述的电压保持单元17中，反馈电压Vfb使用模数转换器ADC进行采样。当恒流源需要关闭电流源时，反馈电压Vfb由模数转换器DAC产生，用于保持电压源11输出电压不变。当恒流源正常提供输出电流处于工作状态时，反馈电压Vfb由所述基准电源单元12设定的电压Vset和采样电阻Rs采样获取的实际电压值之间的差值控制。
[0056]如图5所示，于本实施例中，所述电压保持单元17还可以通过以下电路实现:所述电压保持单元17包括:至少包括模拟开关和储能电容。
[0057]具体地，所述模拟开关(图5中所示的MUX)，所述模拟开关的第一输入端YO与所述比较反馈单元15(误差放大器)连接，所述模拟开关的第二输出端Yl经滤波电容C2接地;储能电容Cl，一端与所述模拟开关的输出端相连，另一端接地，用于在所述电压源11与所述负载单元13之间导通时充电，所述电压源11与所述负载单元13之间断开时继续向所述电压源11提供所述电压;运算放大器，正相输入端与所述储能电容和所述模拟开关的输出端相连，输出端与所述电压源11相连，用于将所述储能电容提供的电压进行放大以与所述反馈电压匹配。其中，所述运算放大器的反相输入端和输出端相连后经一用于防止震荡的电阻连接后接地。
[0058]也就是说，所述电压保持单元17可以由模拟开关，储能电容和运算放大器构成。当恒流源正常提供输出电流处于工作状态时，反馈电压Vfb由所述基准电源单元12设定的电压Vset和采样电阻Rs采样获取的实际电压值之间的差值控制，所述储能电容进行充电，当恒流源需要关闭电流源时，所述储能电容继续向所述电压源11提供所述电压，靠所述储能电容的电容电荷维持电压输出。
[0059]综上所述，本发明利用开关控制电压源与调节负载之间的通断，并在所述电压源与调节负载之间断开时保持继续向所述电压源反馈电压，在电流被开关切断时使电压源芯片输出电压保持不变，当开关再次打开时，省去了电压建立时间，可让恒流源在几百纳秒至几微秒的时间内实现电流通断，有效解决了现有技术中使用电压源芯片做恒流源时开启和关闭速度慢的问题。本发明结构简单，控制灵活，经济实用，具有广泛的适用性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0060]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种恒流源电路，其特征在于:所述恒流源电路包括: 电压源，用于输出恒定电流； 基准电源单元，用于提供预设的基准电压； 负载单元，由所述电压源改变负载电压从而控制负载电流； 采样单元，与所述负载单元相连，用于对所述负载单元的电流进行采样获取采样电压； 比较反馈单元，分别与所述基准电源单元和所述采样单元相连，用于将所述采样电压与所述基准电压进行比较获取所述采样电压与所述基准电压之间的电压误差并将所述电压误差反馈至所述电压源，以使所述电压源根据接收到的反馈电压调节输出电流以保证所述输出电流恒定； 开关单元，设置于所述电压源与所述负载单元之间，用于控制所述电压源与所述负载单元之间的通断； 电压保持单元，设置于所述电压源与所述比较反馈单元之间，用于在所述电压源与所述负载单元之间断开时保持继续向所述电压源反馈电压。2.根据权利要求1所述的恒流源电路，其特征在于:所述开关单元包括MOS管或三极管。3.根据权利要求1所述的恒流源电路，其特征在于:所述电压保持单元包括: 多路复用器，所述多路复用器的第一输入端与所述比较反馈单元连接，所述多路复用器的输出端与所述电压源连接； 模数转换器，连接于所述多路复用器的第一输入端与所述比较反馈单元之间的线路上用于在所述电压源与所述负载单元之间导通时采集所述反馈电压； 数模转换器，与所述多路复用器的第二输入端连接并与所述模数转换器相连用于在所述电压源与所述负载单元之间断开时，继续将所述反馈电压反馈到所述多路复用器的输出端。4.根据权利要求1所述的恒流源电路，其特征在于:所述电压保持单元包括: 模拟开关，所述模拟开关的第一输入端与所述比较反馈单元连接，所述模拟开关的第一.输出?而接地； 储能电容，一端与所述模拟开关的输出端相连，另一端接地，用于在所述电压源与所述负载单元之间导通时充电，所述电压源与所述负载单元之间断开时继续向所述电压源提供所述电压； 运算放大器，正相输入端与所述储能电容和所述模拟开关的输出端相连，输出端与所述电压源相连，用于将所述储能电容提供的电压进行放大以与所述反馈电压匹配。5.根据权利要求4所述的恒流源电路，其特征在于:所述运算放大器的反相输入端和输出端相连后经一用于防止震荡的电阻连接后接地。6.根据权利要求1所述的恒流源电路，其特征在于:所述恒流源电路还包括:连接于所述采样单元和所述比较反馈单元之间用于对所述采样单元的采样电压进行放大后反馈到所述比较反馈单元的放大单元。7.一种恒流源控制方法，其特征在于:所述恒流源控制方法包括: 利用开关控制输出恒定电流的电压源与在外界控制信号下的负载之间的通断； 在所述电压源与所述调节负载之间断开时，保持所述电压源的输出电压不变。8.根据权利要求7所述的恒流源控制方法，其特征在于:利用MOS管或三极管控制输出恒定电流的电压源与在外界控制信号下的负载之间的通断。9.根据权利要求7所述的恒流源控制方法，其特征在于:在所述电压源与所述调节负载之间断开时，保持所述电压源的输出电压不变具体包括: 在所述电压源与所述调节负载之间导通时采集输入所述电压源的反馈电压，在所述电压源与所述调节负载之间断开时，继续将所述反馈电压反馈到所述电压源。10.根据权利要求7所述的恒流源控制方法，其特征在于:在所述电压源与所述调节负载之间断开时，保持所述电压源的输出电压不变具体包括: 在所述电压源与所述调节负载之间导通时存储电能，在所述电压源与所述调节负载之间断开时，继续向所述电压源提供电压以保持所述电压源的输出电压不变。
【文档编号】G05F1/56GK105843315SQ201610310670
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】李彤欣, 张博, 胡雪原
【申请人】国神光电科技（上海）有限公司