一種高精度電流源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的高精度電流源通過對輸出電壓的監(jiān)測來對輸出的電壓進(jìn)行調(diào)整，使得提供給負(fù)載的電流值一直保持在預(yù)設(shè)的水平，因而，本發(fā)明提供的電流源提供的電流在使用的過程中不會發(fā)生漂移，且能夠達(dá)到很高的精度要求，因而能夠滿足高要求的電子設(shè)備的需要。
【專利說明】
-種高精度電流源
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電流源領(lǐng)域，更具體地，設(shè)及一種高精度電流源。
【背景技術(shù)】
[0002] 電流源為很多電路中不可欠缺的部件。而對于一些數(shù)據(jù)要求精確的設(shè)備來說，內(nèi) 部所使用的電流源的精度的高與低將直接影響設(shè)備的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為解決W上現(xiàn)有技術(shù)的難題，提供了一種高精度的電流源，該電流源通過 對輸出電壓的監(jiān)測來對輸出的電壓進(jìn)行調(diào)整，使得提供給負(fù)載的電流值一直保持在預(yù)設(shè)的 水平，因而，本發(fā)明提供的電流源提供的電流在使用的過程中不會發(fā)生漂移，且能夠達(dá)到很 高的精度要求，因而能夠滿足高要求的電子設(shè)備的需要。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)W上發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案是：
[0005] -種高精度電流源，包括主控制器、DAC8560忍片、ADS1110忍片、顯示器、采樣電阻 R9、運(yùn)算放大器U4、N溝道增強(qiáng)型功率場效應(yīng)管Q1、電源和升壓模塊；
[0006] 其中電源向主控制器、DAC8560忍片、ADS1110忍片、顯示器、運(yùn)算放大器U4供電；電 源的輸出端與升壓模塊的輸入端連接，升壓模塊的輸出端通過電阻與N溝道增強(qiáng)型功率場 效應(yīng)管Ql的D極連接;DAC8560忍片的輸出端與運(yùn)算放大器U4的正相輸入端連接;運(yùn)算放大 器U4的反相輸入端通過采樣電阻R9接地，采樣電阻R9的非接地端與ADS1110忍片的輸入端 連接;運(yùn)算放大器U4的輸出端與N溝道增強(qiáng)型功率場效應(yīng)管Ql的G極連接;N溝道增強(qiáng)型功率 場效應(yīng)管Ql的S極與運(yùn)算放大器U4的反相輸入端連接;負(fù)載的一端與N溝道增強(qiáng)型功率場效 應(yīng)管Ql的S極、運(yùn)算放大器U4的反相輸入端連接，另一端接地;主控制器分別與DAC8560忍片 的控制端、ADS1110忍片的輸出端、顯示器的輸入端連接。
[0007] 高精度電流源的工作過程中，電源輸出的電流電壓經(jīng)過升壓模塊進(jìn)行升壓處理后 進(jìn)入到N溝道增強(qiáng)型功率場效應(yīng)管Ql的D極。主控制器通過DAC8560忍片的控制端使DAC8560 忍片輸出一預(yù)設(shè)電壓，預(yù)設(shè)電壓的值等于負(fù)載的電阻值乘W預(yù)設(shè)的電流值，預(yù)設(shè)電壓輸入 至運(yùn)算放大器U4的正相輸入端。由運(yùn)算放大器虛短虛斷的特性可知，預(yù)設(shè)電壓與加載在負(fù) 載上的電壓是相等的，所W流經(jīng)負(fù)載的電流與預(yù)設(shè)電流相等。但是，電路在工作穩(wěn)定后，加 載上負(fù)載上的電壓可能會發(fā)生變化，使得負(fù)載的供電電流不能保持在預(yù)設(shè)的水平。所W本 發(fā)明提供的電流源增設(shè)ADS1110忍片，用于采集采樣電阻的實(shí)時(shí)電壓并將其傳輸至主控制 器，ADS1110忍片采集的電壓值為運(yùn)算放大器U4的正相輸入端的實(shí)時(shí)電壓，主控制器將其與 預(yù)設(shè)電壓進(jìn)行比較，若兩者存在差別則控制DAC8560忍片對輸出的電壓進(jìn)行微調(diào)，使電流保 持在預(yù)設(shè)的水平。
[000引本發(fā)明提供的高精度電流源通過對輸出電壓的監(jiān)測來對輸出的電壓進(jìn)行調(diào)整，使 得提供給負(fù)載的電流值一直保持在預(yù)設(shè)的水平，因而，本發(fā)明提供的電流源提供的電流在 使用的過程中不會發(fā)生漂移，且能夠達(dá)到很高的精度要求，因而能夠滿足高要求的電子設(shè) 備的需要。
[0009] 優(yōu)選地，所述電流源還包括有溫度傳感器，溫度傳感器的輸出端與主控制器連接。 溫度傳感器用于采集環(huán)境的溫度并將其傳輸至主控制器，主控制器根據(jù)采集的實(shí)時(shí)溫度數(shù) 據(jù)對輸出的電壓進(jìn)行校正。
[0010] 在上述工作過程中，顯示器用于顯示負(fù)載的電阻值、環(huán)境溫度和輸出的電壓值。
[0011] 優(yōu)選地，DAC8560忍片的Din端、S化K端、|?轉(zhuǎn)髮端與主控制器連接，DAC8560忍片的 Vout端與運(yùn)算放大器U4的正相輸入端連接。
[001 ^ 優(yōu)選地，ADSl 110忍片的Vin-端接地，Vin+端接采樣電阻的非接地端，SCK端、SDA端接 主控制器。
[0013] 優(yōu)選地，所述電流源還包括有電容C6、電容C7、電容C4、電容巧，其中電容C6、電容 C7的一端與采樣電阻R9的非接地端連接，另一端接地;電容C4、電容巧的一端與運(yùn)算放大器 U4的正相輸入端連接，另一端接地。電容C6與電容C7、電容C4與電容巧分別組成濾波電路。
[0014] 優(yōu)選地，所述電流源還包括有電阻R4,運(yùn)算放大器U4的輸出端通過電阻R4與腳勾道 增強(qiáng)型功率場效應(yīng)管Ql的G極連接。
[0015] 優(yōu)選地，由于電流源連接的不同負(fù)載的電阻值具有較大的范圍，若只采用一個(gè)采 樣電阻，在預(yù)設(shè)電壓與采樣電阻阻值相差較大時(shí)，采樣電阻分壓過大或過小均不利于對實(shí) 際電壓的采集，為了克服運(yùn)一缺陷，本發(fā)明?？谶M(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)置，具體如下:所述電流源 包括S個(gè)采樣電阻和模擬開關(guān)，S個(gè)采樣電阻的電阻值分別為50歐姆、200歐姆和1500歐 姆，運(yùn)算放大器U4的反相輸入端與S個(gè)采樣電阻的一端連接，S個(gè)采樣電阻的另一端分別 與模擬開關(guān)的=個(gè)輸入端連接，=個(gè)輸入端對應(yīng)的=個(gè)輸出端接地，模擬開關(guān)的控制端與 主控制器連接。在具體實(shí)施的過程中，可選擇相應(yīng)阻值的采樣電阻接入電流源，其具體接入 的過程為:通過主控制器控制使與選擇的采樣電阻連接的模塊開關(guān)的輸入端與相應(yīng)的輸出 端閉合，從而使得采樣電阻接入電流源。
[0016] 優(yōu)選地，所述升壓模塊包括電容Cl、電容C2、電容C3、電容C4、電容C7、電阻Rl、電阻 R2、電阻R3、電感L2、二極管Dl和忍片TPS61085;
[0017]其中電源的輸出端與忍片TPS61085的EN端、FREQ端、IN端連接；電容C3、電容C4的 一端與電源的輸出端連接，另一端接地;忍片TPS61085的COMP端依次通過電阻RU電容Cl接 地;忍片TPS61085的SS端通過電容C2接地;忍片TPS61085的FREQ端、IN端通過電感L2與忍片 TPS61085的SW端連接;忍片TPS61085的SW端與二極管Dl的陽極連接，二極管Dl的陰極通過 電容C7與忍片TPS61085的PGND端連接，TPS61085的PGND端接地;二極管Dl的陰極通過電阻 R2與N溝道增強(qiáng)型功率場效應(yīng)管Ql的D極連接，電阻R2與D極連接的一端通過電阻R3接地； TPS61085的FB端與電阻R2與D極連接的一端連接。
[0018] 電容C3、電容C4組成濾波電路，電源的輸出端通過IN端向忍片TPS61085輸入電壓， 輸入的電壓經(jīng)過忍片TPS61085升壓處理后通過SW端輸出，并經(jīng)過二極管Dl輸入至電阻R2、 電阻R3,電阻R2、電阻R3對輸出的電壓進(jìn)行調(diào)整，在具體實(shí)施的過程中，可通過對電阻R2、電 阻R3的阻值進(jìn)行調(diào)整來對輸出的電壓進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，F(xiàn)B端采集輸入至主控制器的電壓給 忍片TPS61085,忍片TPS61085根據(jù)采集的電壓對輸出的電壓進(jìn)行調(diào)整，使得輸出的電壓穩(wěn) 定。
[0019] 優(yōu)選地，所述電源包括兩節(jié)5號電池，兩節(jié)5號電池串聯(lián)后其負(fù)極接地，正極與忍片 TPS61085 的 EN 端、FREQ 端、IN 端連接。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0021] 本發(fā)明提供的高精度電流源通過對輸出電壓的監(jiān)測來對輸出的電壓進(jìn)行調(diào)整，使 得提供給負(fù)載的電流值一直保持在預(yù)設(shè)的水平，因而，本發(fā)明提供的電流源提供的電流在 使用的過程中不會發(fā)生漂移，且能夠達(dá)到很高的精度要求，因而能夠滿足高要求的電子設(shè) 備的需要。
【附圖說明】
[0022] 圖1為電流源的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖2為升壓模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖3為采樣電阻R9、運(yùn)算放大器U4、N溝道增強(qiáng)型功率場效應(yīng)管Ql的連接示意圖。
[0025] 圖4為DAC8560忍片的引腳示意圖。
[00%]圖5為ADS1110忍片的引腳示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；
[0028] W下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。
[00巧]實(shí)施例1
[0030] 如圖1、3、4、5所示，高精度電流源包括主控制器、DAC8560忍片、ADS1110忍片、顯示 器、采樣電阻R9、運(yùn)算放大器U4、N溝道增強(qiáng)型功率場效應(yīng)管Q1、電源和升壓模塊；
[0031] 其中電源向主控制器、DAC8560忍片、ADS1110忍片、顯示器、運(yùn)算放大器U4供電；電 源的輸出端與升壓模塊的輸入端連接，升壓模塊的輸出端通過電阻與N溝道增強(qiáng)型功率場 效應(yīng)管Ql的D極連接;DAC8560忍片的輸出端與運(yùn)算放大器U4的正相輸入端連接;運(yùn)算放大 器U4的反相輸入端通過采樣電阻R9接地，采樣電阻R9的非接地端與ADS1110忍片的輸入端 連接;運(yùn)算放大器U4的輸出端與N溝道增強(qiáng)型功率場效應(yīng)管Ql的G極連接;N溝道增強(qiáng)型功率 場效應(yīng)管Ql的S極與運(yùn)算放大器U4的反相輸入端連接;負(fù)載的一端與N溝道增強(qiáng)型功率場效 應(yīng)管Ql的S極、運(yùn)算放大器U4的反相輸入端連接，另一端接地;主控制器分別與DAC8560忍片 的控制端、ADS1110忍片的輸出端、顯示器的輸入端連接。
[0032] 本實(shí)施例中，電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8為負(fù)載的簡化示意圖。
[003引其中，如圖4所示，DAC8560忍片的Din端、S化K端、！fi黎端與主控制器連接， DAC8560忍片的Vout端與運(yùn)算放大器U4的正相輸入端連接。如圖5所示，ADSl 110忍片的Vin- 端接地，Vin +端接采樣電阻的非接地端，SCK端、SDA端接主控制器。主控制器采用 MSP430F5529忍片;N溝道增強(qiáng)型功率場效應(yīng)管Ql采用SI2302。
[0034]高精度電流源的工作過程中，電源輸出的電流電壓經(jīng)過升壓模塊進(jìn)行升壓處理后 進(jìn)入到N溝道增強(qiáng)型功率場效應(yīng)管Ql的D極。主控制器通過DAC8560忍片的控制端使DAC8560 忍片輸出一預(yù)設(shè)電壓，預(yù)設(shè)電壓的值等于負(fù)載的電阻值乘W預(yù)設(shè)的電流值，預(yù)設(shè)電壓輸入 至運(yùn)算放大器U4的正相輸入端。由運(yùn)算放大器虛短虛斷的特性可知，預(yù)設(shè)電壓與加載在負(fù) 載上的電壓是相等的，所W流經(jīng)負(fù)載的電流與預(yù)設(shè)電流相等。但是，電路在工作穩(wěn)定后，加 載上負(fù)載上的電壓可能會發(fā)生變化，使得負(fù)載的供電電流不能保持在預(yù)設(shè)的水平。所W本 發(fā)明提供的電流源增設(shè)ADSlllO忍片，用于采集采樣電阻的實(shí)時(shí)電壓并將其傳輸至主控制 器，ADS1110忍片采集的電壓值為運(yùn)算放大器U4的正相輸入端的實(shí)時(shí)電壓，主控制器將其與 預(yù)設(shè)電壓進(jìn)行比較，若兩者存在差別則控制DAC8560忍片對輸出的電壓進(jìn)行微調(diào)，使電流保 持在預(yù)設(shè)的水平。
[0035] 本實(shí)施例中，電流源還包括有溫度傳感器，溫度傳感器的輸出端與主控制器連接。 溫度傳感器用于采集環(huán)境的溫度并將其傳輸至主控制器，主控制器根據(jù)采集的實(shí)時(shí)溫度數(shù) 據(jù)對輸出的電壓進(jìn)行校正。
[0036] 在上述工作過程中，顯示器用于顯示負(fù)載的電阻值、環(huán)境溫度和輸出的電流值。
[0037] 實(shí)施例2
[003引本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，如圖3所示，增設(shè)了電容C6、電容C7、電容C4、電容 C5，其中電容C6、電容C7的一端與采樣電阻R9的非接地端連接，另一端接地;電容C4、電容巧 的一端與運(yùn)算放大器U4的正相輸入端連接，另一端接地。電容C6與電容C7、電容C4與電容巧 分別組成濾波電路。本實(shí)施例中，電容C6、電容C7、電容C4、電容巧的規(guī)格分別是30p、1 OOn、 30p、100n。
[0039] 實(shí)施例3
[0040] 由于電流源連接的不同負(fù)載的電阻值具有較大的范圍，若只采用一個(gè)采樣電阻， 在預(yù)設(shè)電壓與采樣電阻阻值相差較大時(shí)，采樣電阻分壓過大或過小均不利于對實(shí)際電壓的 采集，為了克服運(yùn)一缺陷，本發(fā)明?？谶M(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)置，具體如下:所述電流源包括=個(gè) 采樣電阻和模擬開關(guān)，=個(gè)采樣電阻的電阻值分別為50歐姆、200歐姆和1500歐姆，運(yùn)算放 大器U4的反相輸入端與S個(gè)采樣電阻的一端連接，S個(gè)采樣電阻的另一端分別與模擬開 關(guān)的=個(gè)輸入端連接，=個(gè)輸入端對應(yīng)的=個(gè)輸出端接地，模擬開關(guān)的控制端與主控制器 連接。在具體實(shí)施的過程中，可選擇相應(yīng)阻值的采樣電阻接入電流源，其具體接入的過程 為:通過主控制器控制使與選擇的采樣電阻連接的模塊開關(guān)的輸入端與相應(yīng)的輸出端閉 合，從而使得采樣電阻接入電流源。
[0041 ] 實(shí)施例4
[0042] 本實(shí)施例在實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3的基礎(chǔ)上，對升壓模塊的具體結(jié)構(gòu)做了進(jìn) 一步的限定，如圖2所示，本實(shí)施例所述的升壓模塊包括電容Cl、電容C2、電容C3、電容C4、電 容C7、電阻Rl、電阻R2、電阻R3、電感L2、二極管Dl和忍片TPS61085;
[0043] 其中電源的輸出端與忍片TPS61085的EN端、FREQ端、IN端連接；電容C3、電容C4的 一端與電源的輸出端連接，另一端接地;忍片TPS61085的COMP端依次通過電阻RU電容Cl接 地;忍片TPS61085的SS端通過電容C2接地;忍片TPS61085的FREQ端、IN端通過電感L2與忍片 TPS61085的SW端連接;忍片TPS61085的SW端與二極管Dl的陽極連接，二極管Dl的陰極通過 電容C7與忍片TPS61085的PGND端連接，TPS61085的PGND端接地;二極管Dl的陰極通過電阻 R2與N溝道增強(qiáng)型功率場效應(yīng)管Ql的D極連接，電阻R2與D極連接的一端通過電阻R3接地； TPS61085的FB端與電阻R2與D極連接的一端連接。
[0044] 電容C3、電容C4組成濾波電路，電源的輸出端通過IN端向忍片TPS61085輸入電壓， 輸入的電壓經(jīng)過忍片TPS61085升壓處理后通過SW端輸出，并經(jīng)過二極管Dl輸入至電阻R2、 電阻R3，電阻R2、電阻R3對輸出的電壓進(jìn)行調(diào)整，在具體實(shí)施的過程中，可通過對電阻R2、電 阻R3的阻值進(jìn)行調(diào)整來對輸出的電壓進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，F(xiàn)B端采集輸入至主控制器的電壓給 忍片TPS61085,忍片TPS61085根據(jù)采集的電壓對輸出的電壓進(jìn)行調(diào)整，使得輸出的電壓穩(wěn) 定。
[0045] 本實(shí)施例中，電容Cl、電容C2、電容C3、電容C4、電容C7、電阻Rl、電阻R2、電阻R3、電 感L2的規(guī)格分別為1.1姑、100姑、100祀、0.1^、100^、5化歐姆、214.64歐姆、18.24歐姆、 3.3地。
[0046] 顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對 本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可 W做出其它不同形式的變化或變動。運(yùn)里無需也無法對所有的實(shí)施方式予W窮舉。凡在本 發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高精度電流源，包括主控制器，其特征在于:還包括DAC8560芯片、ADS1110芯片、 顯示器、采樣電阻R9、運(yùn)算放大器U4、N溝道增強(qiáng)型功率場效應(yīng)管Q1、電源和升壓模塊； 其中電源向主控制器、DAC8560芯片、ADS1110芯片、顯示器、運(yùn)算放大器U4供電；電源的 輸出端與升壓模塊的輸入端連接，升壓模塊的輸出端通過電阻與N溝道增強(qiáng)型功率場效應(yīng) 管Q1的D極連接;DAC8560芯片的輸出端與運(yùn)算放大器U4的正相輸入端連接;運(yùn)算放大器U4 的反相輸入端通過采樣電阻R9接地，采樣電阻R9的非接地端與ADS1110芯片的輸入端連接； 運(yùn)算放大器U4的輸出端與N溝道增強(qiáng)型功率場效應(yīng)管Q1的G極連接;N溝道增強(qiáng)型功率場效 應(yīng)管Q1的S極與運(yùn)算放大器U4的反相輸入端連接;負(fù)載的一端與N溝道增強(qiáng)型功率場效應(yīng)管 Q1的S極、運(yùn)算放大器U4的反相輸入端連接，另一端接地;主控制器分別與DAC8560芯片的控 制端、ADS 1110芯片的輸出端、顯示器的輸入端連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度電流源，其特征在于：所述電流源還包括有溫度傳感 器，溫度傳感器的輸出端與主控制器連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度電流源，其特征在于：DAC8560芯片的Din端、SCLK端、 端與主控制器連接，DAC8560芯片的Vout端與運(yùn)算放大器U4的正相輸入端連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高精度電流源，其特征在于:ADS1110芯片的VIN-端接地，VIN+端 接采樣電阻的非接地端，SCK端、SDA端接主控制器。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高精度電流源，其特征在于:所述電流源還包括有電容C6、電 容C7、電容C4、電容C5，其中電容C6、電容C7的一端與采樣電阻R9的非接地端連接，另一端接 地;電容C4、電容C5的一端與運(yùn)算放大器U4的正相輸入端連接，另一端接地。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高精度電流源，其特征在于:所述電流源還包括有電阻R4,運(yùn) 算放大器U4的輸出端通過電阻R4與N溝道增強(qiáng)型功率場效應(yīng)管Q1的G極連接。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度電流源，其特征在于:所述電流源包括三個(gè)采樣電阻和 模擬開關(guān)，三個(gè)采樣電阻的電阻值分別為50歐姆、200歐姆和1500歐姆，運(yùn)算放大器U4的反 相輸入端與三個(gè)采樣電阻的一端連接，三個(gè)采樣電阻的另一端分別與模擬開關(guān)的三個(gè)輸入 端連接，三個(gè)輸入端對應(yīng)的三個(gè)輸出端接地，模擬開關(guān)的控制端與主控制器連接。8. 根據(jù)權(quán)利要求1~7任一項(xiàng)所述的高精度電流源，其特征在于:所述升壓模塊包括電 容C1、電容C2、電容C3、電容C4、電容C7、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電感L2、二極管D1和芯片 TPS61085； 其中電源的輸出端與芯片TPS61085的EN端、FREQ端、IN端連接；電容C3、電容C4的一端 與電源的輸出端連接，另一端接地;芯片TPS61085的COMP端依次通過電阻R1、電容C1接地； 芯片TPS61085的SS端通過電容C2接地；芯片TPS61085的FREQ端、IN端通過電感L2與芯片 TPS61085的SW端連接；芯片TPS61085的SW端與二極管D1的陽極連接，二極管D1的陰極通過 電容C7與芯片TPS61085的PGND端連接，TPS61085的PGND端接地；二極管D1的陰極通過電阻 R2與N溝道增強(qiáng)型功率場效應(yīng)管Q1的D極連接，電阻R2與D極連接的一端通過電阻R3接地； TPS61085的FB端與電阻R2與D極連接的一端連接。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的高精度電流源，其特征在于:所述電源包括兩節(jié)5號電池，兩節(jié) 5號電池串聯(lián)后其負(fù)極接地，正極與芯片TPS61085的EN端、FREQ端、IN端連接。
【文檔編號】G05F1/46GK105955378SQ201610523624
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月4日
【發(fā)明人】陳亮, 彭小紅, 鄧銳, 劉思鳳, 李賢泰
【申請人】廣東海洋大學(xué)