一种高精度的电流源设计
第九届ICEMI国际电子测量与仪器会议ICEMI'2009
一种高精度电流源的设计
于鹏王彦超夏少军
哈尔滨工业大学
92号西大直街哈尔滨，150001，中国
电子邮箱：
摘要——电流源是电气测量和控制系统的关键部件之一。然而，由温度漂移和其它干扰引入的噪声，使其成为系统误差的重要来源。为了制定一个精度高、稳定性好的电流源，本文提出一种基于Howland的电压电流转换（V/I）电路。电流源所使用的DSP RS-232接口是完全可编程的。此外，还有一个采样电路，利用抽样结果，使校准进一步减少电流源输出误差。实验结果表明，在140欧姆的恒定负载下，电流输出范围为-50mA至50mA，误差小于3 μA，并且具有较低的温度漂移和较小波形失真度。这为设计一种精确度高、输出电流变化范围稳定的电流源提供了一种有效的方法。
关键词——电流源；Howland；校准
一、引言
随着科技的进步，精密的电流源在自动测试、测量以及各种应用中起着日益重要的作用。然而，要满足高精确的目标，然而，要满足高精度的目标，并且保持输出稳定，这一点随温度的升高而变得越来越困难。
在所有的应用中，目前大部分测量领域中使用的精度高和输出稳定的电流源，都是电压控制型电流源（VCCS）。由于超精密运算放大器的运用，使得VCCS的电流输出精度高，且稳定。但是，电流源输出范围往往有限，而且由温度和非线性引入的误差也是一个很大的难题。
图1显示的一个电路，它也被称为Howland模型，采用电阻匹配实现反馈回路，从而使负载两端电流输出稳定[3]。它采用了超精密运算放大器OP177生成精确和稳定的电流输出。尽管OP177在精确度性能方面远胜其它任何运算放大器，但其输出范围只局限于-22mA?32mA[4]。
图1——Howland电流源
为了更好地解决这一难题，精度高、宽范围和输出稳定的电流源的设计便自然而然的被提出来。由D / A模数转换器产生一个电压，然后将电压转换为电流。最后，通过检测输出电流，对输出进行校准。
V/I电路（电压转换成电流电路）对系统的设计是至关重要，然而，在图1电路，采用OP177提供超精密和稳定的电流输出，不能满足我们要求宽输出范围。在这种情
况下，一种可以增强传统Howland电路模型输出范围模型电路——“改进型Howland”模型便被提出了。
为了进一步消除错误，需要采用闭环控制结构。相比开环控制，本方法使用一个采样电路完成反馈回路，并保持稳定的输出。使用这种控制结构不仅保证了稳定性和精度，而且消除了温度漂移的影响、延长了电流源的使用寿命。
然而，这些用于改进电流源电路方法，需要在实际中进行验证。根据我们理论设计出来的实用的电流源，已在第二部分进行了介绍。虽然这些描述只给一个指导性的原则，但这对于介绍第三部分的软件设计时，是不可缺少的。最后，第四部分和第五部分论证了基于该理论方法下的电流源，并在不同的测试中均表现出较为良好的性能。
二、硬件设计
本文讨论的电流源是一个自动测试系统，它电流输出是可编程的。因此，D / A转换和V /I转换电路的Howland模型仅是设计的一部分。
图2显示了我们设计的控制结构。如图所示，第一阶段是一个开环电流发生器，D/A 转换器的输出电压直接连接V / I转换电路，通过一个控制器，直接由电脑控制。第二阶段，相反，提供了采样电路，它可以用来纠电路输出后所产生的的误差。
图2 电流源设计的控制结构
该设计可以分为三个部分：控制电路、电流发生器和取样电路。
图3显示了电流源的控制单元框图。控制电路接收来自计算机的信息，然后设置通道和输出值。此外，控制电路接到采样值后，执行对输出电流反馈控制。为了实现这些功能，控制电路不仅应该有一个计算能力，而且也有很强的逻辑控制能力，以确保A / D 转换和D /A转换器工作正常。
图——3 电流源的控制单位
但是，利用普通的DSP来进行复杂的逻辑控制是很困难的，同时，可编程门阵列电源的计算能力（FPGA）的也不适合计算，单独使用其中之一都难以满足系统要求。最后，德克萨斯仪器公司（TI）的DSPTMS320LF2407被选择作为控制电路的核心，逻辑控制电路基于Altera的FPGAEP1C6Q240。命令和数据之间的沟通，实现了通过16位地址和数据总线。
6种最常用恒流源电路的分析与比较
6种最常用恒流源电路的分析与比较 恒流电路有很多场合不仅需要场合输出阻抗为零的恒流源，也需要输入阻抗为无限大的恒流源，以下是几种单极性恒流电路： 类型1： 特征：使用运放，高精度 输出电流：Iout=Vref/Rs
类型2： 特征：使用并联稳压器，简单且高精度 输出电流：Iout=Vref/Rs 检测电压：根据Vref不同（1.25V或2.5V） 类型3： 特征：使用晶体管，简单，低精度 输出电流：Iout=Vbe/Rs 检测电压：约0.6V
类型4： 特征：减少类型3的Vbe的温度变化，低、中等精度，低电压检测 输出电流：Iout=Vref/Rs 检测电压：约0.1V～0.6V
类型5： 特征：使用JEFT，超低噪声 输出电流：由JEFT决定 检测电压：与JEFT有关 其中类型1为基本电路，工作时，输入电压Vref与输出电流成比例的检测电压 Vs(Vs=Rs×Iout)相等，如图5所示， 图5 注：Is=IB+Iout=Iout(1+1/h FE)其中1/h FE为误差 若输出级使用晶体管则电流检测时会产生基极电流分量这一误差，当这种情况不允许时，可采用图6所示那样采用FET管
图6 Is=Iout-I G 类型2，这是使用运放与Vref（2.5V）一体化的并联稳压器电路，由于这种电路的Vref高达2.5V，所以电源利用范围较窄 类型3，这是用晶体管代替运放的电路，由于使用晶体管的Vbe（约0.6V）替代Vref的电路，因此，Vbe的温度变化毫无改变地呈现在输出中，从而的不到期望的精度 类型4，这是利用对管补偿Vbe随温度变化的电路，由于检测电压也低于0.1V左右，应此，电源利用范围很宽 类型5，这是利用J-FET的电路，改变R gs 可使输出电流达到漏极饱和电流I DSS，由于噪声也很小，因此，在噪声成为问题时使用这种电路也有一定价值，在该电路中不接R GS，则电流值变成I DSS，这样，J-FET接成二极管形式就变成了“恒流二极管” 以上电路都是电流吸收型电路，但除了类型2以外，若改变Vref极性与使用的半导体元件，则可以变成电流吐出型电路。
大电流恒流源放电回路及其分析
大电流恒流源放电回路及其分析李冬梅（茂名学院计算机与电子信息学院） 摘要：在经济飞速发展的今天，各种大容量可高倍率放电的电池的需求量越来越多，在使用前，都需要放电测试，而通常的测试设备电流值太小，如何实现大电流恒流放电，同时又经济、安全、可靠，大电流和小电流放电对电路的要求差别很大，放电回路需要重点考虑。本文针对大电流恒流放电回路进行设计，并对其实际问题进行分析。 关键词：恒流源放电 0引言 随着电池使用的迅速增长，对电池产业化生产及产品质量提出了更高的要求。在电子信息时代，对移动电源的需求快速增长，对高容量、大电流工作的电池的需求越来越大。特殊的大容量可高倍率放电的电池的使用也越来越多。因此电池厂也就需要大电流的电池检测设备。本文根据电池的特点，设计了放电电流可达50A的放电电路。此电路经济、实用，简单、安全、可靠。 1恒流放电机理 此电路需要实现的功能是可以稳定的恒流，放电电流范围：1A～50A分200mA级可设置。要实现这两个功能，其组成部分应该有控制回路和放电回路两部分构成。 1.1控制回路放电的方式为恒流放电，根据需要设置电流，根据需要送来的控制数据，对电池放电进行实时控制。电流值从1A到50A可调。要实现50A这么大的电流，考虑管子的选取以及散热的需求，一路放电回路很难实现，因此采用两路并联的放电回路实现，要控制这两路并联的回路，根据显示要求电流并不需要连续可调，可以采用数字电位器9312提供可控的电位给放电回路。 此电路实现的功能是可以稳定的恒流，放电电流范围：1A～50A 分200mA级可设置。要实现这两个功能，其组成部分应该有控制回路和放电回路两部分构成。 如图所示，根据实际需要的设定，控制数字电位器9312向运放TL062提供需要的电位。实现放电电流分级设置，每级为200mA。 1.2恒流放电回路如果恒流放电时的电流不够稳定，对电池的测试有影响，因此恒流源电路采用负反馈恒流源电路，如图所示，由运算放大器、基准电压源和大电流MOS管负载组成，它的电流由基准电压决定，运放电路工作在负反馈放大状态[1]。MOS管工作在放大区。根据需要对电流值进行预制，采用合适的处理器输出相应的数字信号，通过数字电位器的基准电压，压控恒流源输出相应的电流，压控恒流源时闭环负反馈系统，实现恒流，电流需要采样后经A/D转换反馈到处理器，处理器根据反馈信号调整控制信号[2]。使用此种负反馈，实际测试时，放电电流测量准确度可达：±（0.5FS+0.3RD）%，实际电流表读数与显示测量小数点后一位有效数字相同。 此压控恒流源电路采用双运放和两个独立控制的MOS管组成，电流大小由运放的同相输入端决定，因电流较大故采用两组独立工作的电路。在多个电池同时放电时，采用循环采样的方式，采样电池两端的工作电压和两路放电电阻上的电压；电流采用计算的方法获得，采样放电电阻的电压，电流由电压和电阻计算得到，由于电阻的值不一定很一致，可以采用软件校准。采样完成后将数据送回主控制板后对电流进行实时控制。经实验验证，此电路稳定性很好，在50A电流放电时每路的电流都很稳定。 MOS管采用IRF3710，IRF3710参数：R DS(ON)=0.025I D=57A，V GS：±20V[3]。只要采取足够的散热措施，IRF3710完全可以满足需要。要在短时间将电池能量释放出来，对散热设备的设计需要充分考虑。MOS管与散热器之间可以采用导热绝缘的钢片，因为此电路是大电流放电，会在短时间内将电池能量以热能的形式释放，因此在使用时还需要考虑采用风扇散热。 在进行采样设计时，要考虑到两路电路很难做到完全对称，电流采样采用两路分别采样，在10A以下，单路导通，10A以上，两路同时导通。由于电流很大，不能直接采样，需要接采样电阻R13和R28，放电回路的R1和R30的阻值很小，在62mΩ左右，采用鏮铜丝做成，由于此部分不能做到完全一致，因此计算的电流不准，这方面需要通过软件校准。通过软件校准后，工作情况良好，达到实际需要和精度要求。 2结语 此回路采用两个数字电位器实现对放电电流的控制，采用压控恒流源负反馈电路实现大电流放电功能。使用并联回路，如果需要更大电流时，可以再并联恒流源回路。在控制过程中采用需要的处理器，合理设计接口电路和解决散热问题，就可以使用在各种大电流放电的电池检测设备中。 参考文献： [1]崔玉文，艾学忠，杨潇.实用恒流源电路设计[J].电子测量技术.2002年第五期：25-26. [2]李婷婷，李洪波.数控大功率精密恒流源设计[J].通信电源技术.2006年9月.第23卷第5期：35-37. [3]https://www.360docs.net/doc/2d16174578.html,. 至少6头，多至60头以上，随着灌装头数的增加，灌装能力也不断提高，虽然灌装机的头数有多有少，但其基本工作原理是一样的。灌装阀是储液箱、气室(充气室、排气室、真空室等)和灌装容器三者之间的流体通路开关，根据灌装工艺要求，能依次对有关通路进行切换。 2.4真空系统是由真空泵、空气过虑装置和电气控制系统组成。该系统直接影响灌装速度和精度。本机选用了进口真空泵(水环式真空泵)，确保了真空系统的可靠性。 真空泵由变频器控制，同时，真空表可随时反映灌装时的真空度，并可通过阀门控制量的大小，待真空泵的负压值达到所需值后，一般真空度保持在0.01~0.06Mpa之间，按下变频器面板上的按钮，灌装机开始转动。 参考文献： [1]刘姗姗，宋秋红.屋顶包饮品纸盒灌装机气动理盖机构的设计研究[J].食品工业.2007.05. [1]Liu Shanshan,Song Qiuhong.Resarch&Development For Spout Applicator of Gable Top Beverage Filler[J].The Food Industry,2007,05. [2]丁毅，贾向丽，李国志.基于ADAMS的润滑脂灌装机的设计[J].包装与食品机械.2007.06. [2]DING Yi,JIA Xiang-li,LI Guo-zhi.The Design of Lubricate Grease Fill Machine Based on ADAMS[J].Packaging and Food Machinery, 2007,06. 图1恒流源放电电路 （上接第255页） 实用科技 256
基于LabVIEW的高精度电流源设计与实现
低压电器（２０ｌＯ№８）?测试技术? 基于ＬａｂＶＩＥＷ的高精度电流源 设计与实现木 杨云飞，谢启，顾启民，涂水林 （常熟理工学院，江苏常熟２１５５００） 季言攀燃辇茹主嚣淼ｒ霎麓篇≥了自动化程度高的交流电流恒流源，拓展了电流调节范围，大大提高了调节的精度。：三．．｜二．二。。二鬻端ｆ霎嚣篡嚣Ａ燃号：１００１－５５３１ｃ２０１０）０８．囊羞蕊中图分类号：ＴＰ２７３＋．５：７ｒＰ２９文献标志码：文章编号：（一．．。二。。二。。 ＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＨｉｇｈＰｒｅｃｉｓｉｏｎＣｏｎｓｔａｎｔ－Ｃｕｒｒｅｎｔ ＳｏｕｒｃｅＢａｓｅｄｏｎＬａｂＶＩＥＷ ｙＡ＾『ＧＹｕｎｆｅｉ，ＸＩＥＱｉ，ＧＵＱｉｍｉｎ，彤Ｓｈｕｉｌｉｎ （ＣｈａｎｇｓｈｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈｕ２１５５００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｎｅｗｖｏｌｔａｇｅｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｄｅｖｉｃｅＷａＳｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｂｙｔｈｅｃｏｍｂｉｎｉｎｇｃｏａｒｓｅａｎｄｆｉｎｅｖｏｌｔａｇｅｒｅｇｕｌａ—ｔｏｒ．ＴｈｅｔｅｓｔｉｎｇａｎｄｃｕｒｒｅｎｔａｄｊｕｓｔｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓｐｒｏｇｒａｍｍｅｄｂｙｕｓｉｎｇＬａｂＶＩＥＷ．Ａｎｄｗｉｔｈｔｈｅｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｃａｒｄ，ａｎａｈｅｍａｔｉｎｇｃｏｎｓｔａｎｔ—ｃｕｒｒｅｎｔｓｏｎｉ＇ｃｅｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｔｅｓｔｉｎｇｄｅｖｉｃｅｈａｄａｗｉｄｅｒｃｕｒｒｅｎｔａｄｊｕｓｔｉｎｇｒａｎｇｅａｎｄｂｅｔｔｅｒｃｕｒｒｅｎｔｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｐｒｅｃｉｓｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｐｒｏｔｅｃｔｏｒ；ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｄｅｖｉｃｅ；ｃｏｎｓｔａｎｔ?ｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅ ０引言 ＣＤ４系列电动机控制保护器是一种功能强大的智能化电机保护电器，具有多种不同的控制功能，可进行直接起动、Ｙ／Ａ降压起动、可逆换向起动、双速起动等多种功能。它具有电机过载保护、欠压保护、不平衡保护、断相保护、低电压保护、过电压保护等功能¨。２１，可对电机运行的实时状态进行监测。ＣＩＭ电动机控制保护器可与ＰＬＣ或工控机主站进行双向通信，交换数据或执行相应指令的操作。 根据产品企业标准及低压电器国家标准要求，ＣＩＭ电动机控制保护器规格众多、保护功能全、测试项目多，尤其是动作特性的测试，电流跨度特别大，精度要求高。设计一个符合测试要求而又经济实用的高精度恒流源是研制测试装置的关键。本文设计的基于ＬａｂＶＩＥＷ的高精度恒流源较好地满足了测试要求。 １高精度恒流源硬件系统设计 １．１主要检测项目 ＣＤ４电动机控制保护器需要对电流检测精度、欠功率保护、功率因数检测、堵转保护、过载保护、欠载保护、不平衡保护、断相保护、接地保护、剩余电流保护等功能进行检测。上述检测项目都与电流有关，堵转保护需要测试装置产生数倍于额定电流的大电流，而欠功率、剩余电流保护等功能的测试又要求装置产生很小的电流提供给产 谢启（１９７４一），男。讲师，研究方向为计算机先进控制技术与先进检测技术。 顾启民（１９５７一），男。副教授，研究方向为计算机先进控制技术与先进检测技术。 ?基金项目：江苏省高校自然科学研究计划项目（０９ＫＪＤ４７０００１） 一５０— 万方数据
几种简单恒流源电路1
几种简单的恒流源电路 恒流电路应用的范围很广，下面介绍几种由常用集成块组成的恒流电路。 1.由7805组成的恒流电路，电路图如下图1所示： 电流I＝Ig＋VOUT/R，Ig的电流相对于Io是不能忽略的，且随Vout，Vin及环境温度的变化而变化，所以 这个电路在精度要求有些高的场合不适用。 2.由LM317组成的恒流电路如图2所示，I＝Iadj＋Vref/R
一种高精度的电流源设计
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高精度数控直流电流源
１ 引言 “高精度数控直流电流源”是２００５年全国大学生电子设计大赛的题目。由于题目的要求指标比较高，用普通的模拟直流电流源无法满足，我们构造了以单片机８９ｃ５１为中心控制器的直流电流源系统。因此在要求输出范围不变的前提下，将其他指标提高了近十倍。 ２ 电源系统框架 本文在文献［１￣３］的基础上构造电源系统框架；该系统由单片机数据处理模块、Ａ／Ｄ数据输入模块、Ｄ／Ａ输出模块、恒流源模块及键盘和显示模块（ＬＣＤ）等几部分组成，如图１所示。其中单片机最小系统实现了主要的数控功能， 是本控制电路的核心，由它来控制输出电流值，并 控制步进调节。控制电路的采样信号和控制信号传输通道分别用ＡＤＣ７１３５和ＡＤ７５４１Ａ来实现。３ 硬件电路 ３．１单片机的最小系统 本系统使用的最小系统板是以８９ｃ５１单片机［４］ 为内核，并且具有良好的扩展性。ＣＰＵ接有１１．０５９２ＭＨＺ的晶振，ｘ５０４５看门狗电路［４］，７４ｌｓ３７３锁存电路、７４ｌｓ１３８译码电路以及按键、显示器件、ＡＤＣ７１３５电路板插槽并用８２５５［５］外扩了Ｉ／Ｏ接口［６］。如图２所示。 本系统中通过８２５５外扩了ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ共２４个Ｉ／Ｏ口，以便作为系统的输入输出通道。用 ７４ｌｓ１３８的输出作为各个芯片的译码选择端， 除最小系统中使用的Ｙ２外，其余可供其它扩展使用。３．２电流源电路 本系统的电流源电路是一闭环控制电路［７］，根据采样信号与设定值的偏差放大处理实现自校正， 从而使输出电流更稳定，可控性更高，如图３所示。 ３．３ＡＤＣＩＣＬ７１３５信号采集电路 ＩＣＬ７１３５具有低噪音、 无需外部其他器件、长期高精度数控直流电流源 王永德，赵宏才，马石岩，张召友，刘士军 （青岛理工大学自动化工程学院，山东青岛２６６０３３） 摘 要：以单片机８９ｃ５１为中心控制器构成的直流电流源，控制电路的采样信号和控制信号传输通道分别用 ＡＤＣ７１３５和ＡＤ７５４１Ａ来实现。使得控制精度达到了步进１ｍＡ，量程２０ｍＡ￣２０００ｍＡ，纹波电流≤０．２ｍＡ，远远的超过题目要求。 关键词：电流源；单片机；ＩＣＬ７１３５、ＡＤ７５４１芯片中图分类号：ＴＮ４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－７１８０（２００７）０２－０１２０－０４ ＨｉｇｈＰｒｅｃｉｓｉｏｎＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｔｒｏｌＤＣＣｕｒｒｅｎｔＳｏｕｒｃｅ ＷＡＮＧＹｏｎｇ－ｄｅ，ＺＨＡＯＨｏｎｇ－ｃａｉ，ＭＡＳｈｉ－ｙａｎ，ＺＨＡＮＧＺｈａｏ－ｙｏｕ，ＬＩＵＳｈｉ－ｊｕｎ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＱｉｎｇｄａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０３３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅＤＣｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｗｉｔｈｍａｉｎｃｏｎｔｏｌｌｅｒｔｈａｔｉｓｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐｃｏｍｐｕｔｅｒ８９ｃ５１．Ｔｈｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｃｈａｎｎｅｌｓｏｆｓａｍｐｌｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｉｇｎａｌｓｉｓｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔｓ．ＴｈｅＡＤＣ７１３５ｉｓｕｓｅｄｔｏｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｉｇｎａｌｃｉｒｃｕｉｔａｎｄＡＤ７５４１Ａｉｓｕｓｅｄｔｏｃｏｎｔｒｏｌｓｉｇｎａｌｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｎｄｅｘｅｓａｒｒｉｖｅｔｏｃｏｎｔｒｏｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｓｔｅｐ１ｍＡ，ｍｅａｓｕｒｅｒａｎｇｅｏｆ２０ｍＡ～２０００ｍＡ，ｖｅｉｎｗａｖｅｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔｗｉｔｈｉｎ０．２ｍＡ．Ｔｈｅｓｅｉｎｄｅｘｅｓｈａｖｅｌａｒｇｅｌｌｙｅｘｃｅｅｄｅｄｄｅｍａｎｄｉｎｄｅｘ－ｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔｐｏｗｅｒ；Ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐｃｏｍｐｕｔｅｒ；ＩＣＬ７１３５ｃｈｉｐａｎｄＡＤ７５４１ｃｈｉｐ 收稿日期：２００６－０３－１７
高电压输入大电流输出恒流源
高电压输入大电流输出恒流源 杨磊，羊彦 （西北工业大学陕西西安710129） 摘要：为了提高现有路灯的供电效率，开发设计了单灯恒流的供电模式，在每个路灯上安装一个体积很小的的恒流源，以保障给LED 灯提供稳定、高效的恒流供电。在恒流源模块中，恒流源芯片HV9910B 可以实现了高于70V 的电压的输入，在不同的输入电压下，恒流源芯片工作在恒定关断模式下，控制输出BUCK 电路中的开关MOSE 的占空比，以输出恒定2.2A 的电流，LED 灯串联起来作为负载，效率达到了91%以上。关键词：单灯恒流；稳定；高效；恒定关断中图分类号：TM923 文献标识码：A 文章编号：1674－6236（2013）02-0115-02 High voltage input high current output constant current source YANG Lei ，YANG Yan （Northwestern Polytechnical University Xi ’an 710129，China ） Abstract:In order to improve the existing street lamp power efficiency ，development and design of a single lamp constant current power supply mode ，in each street lamp mounted on a small constant current source ，to guarantee to provide a stable ，efficient LED lamp constant current power supply.In the constant current source module ，a constant current source HV9910B chip can achieve a higher 70V voltage input ，at different input voltage ，constant current source chip at a constant shutdown mode ，the control circuit output BUCK switch in the MOSE duty cycle ，to output constant current of the 2.2A ，LED lamp series as the load ，efficiency can reach above 91%. Key words:single lamp ；stability ；high efficiency ；the constant closing 收稿日期：2012-09-20 稿件编号：201209153 作者简介：杨磊（1986—），男，河南商丘人，硕士研究生。研究方向：信号与信息处理。 根据2004年国家建设部的统计结果，我国照明耗电大体占全国发电总量的10％-12％，是三峡水利发电工程全年发电量能力840亿度的两倍多，可以看出路灯照明的节能有很大的潜力，可以带来相当可观的社会与经济效益。 随着LED 技术的迅猛发展，其发光效率的逐步提高， LED 的应用市场将更加广泛，特别在全球能源短缺的忧虑再 度升高的背景下，LED 在照明市场的前景更备受全球瞩目，被业界认为在未来10年成为最被看好的市场以及最大的市场将是取代白炽灯、钨丝灯和荧光灯的最大潜力商品。 但是，由于LED 灯存在着诸多技术瓶颈问题，使得这种“绿色照明”的高效节能、寿命长的优势未充分发挥；特别是 LED 路灯，尚未完全被市场接受。因此，提高路灯的电压输入 和提高LED 路灯的效率已经是迫在眉睫，高电压输入大电流输出恒流源很好的实现70V 以上高电压输入，2A 大电流输出的，把电能利用效率提高到了91%以上。 1恒流源的基本设计原理设计 恒流源模块由：滤波电路、处理芯片、BUCK 电路[1]、保护 电路和反馈电路五部分组成，如图1所示。 其工作原理是：通过控制电路，控制位于主回路的MOS 管，使其按要求对恒压源[2]斩波，改变恒定周期中导通时间的 长短，以达到恒流控制的目的。由于MOS 管工作于开关状态，且开关频率低（约10kHz ），使得开关损耗较低，整体效率较高。通过设定HV9910B 的RT 电阻实现输出电流的设定，再通过HV9910B 控制buck 电路输出稳定的恒定电流。 模块的主要作用是2个方面：1）调整开关电源[3]送来的直流电压，使LED 灯工作于恒流状态[4]；2）通过调整电压的升、降，控制LED 灯实现降额运行，达到控制路灯亮度的目的。 2 恒流源的具体设计 恒流源的具体设计如图2所示。2.1 两种工作模式的选择 HV9910B 有恒定频率模式及恒定关断时间两种模式，选 择何种模式取决于驱动器的输出电压V OUT （VLED ）与输入电压V IN 的比值。在降压式架构中，V IN 总是大于V OUT ，其比值即 电子设计工程 Electronic Design Engineering 第21卷 Vol.21 第2期No.22013年1月Jan.2013 图1 恒流源主要模块 Fig.1Constant current source modules
最新标准大电流源-52120A大电流信号源
最新标准大电流源 福禄克公司刘国琨，周华 随着我国国民经济的发展，各种大电流的应用越来越多，例如高速铁路，地铁等。此外，各种新型能源技术的不断出现也提出了更多对大电流应用的需求。 在这些应用中，有大电流测量的需要，有各种大电流设备研发的应用，有各种大电流设备制造的应用。所有这些应用都提出了对标准大电流源的要求。其主要特点是需要能够提供更大的电流输出能力，同时需要输出的电流有足够的准确度来作为标准信号，这种大电流源可以用作各种测量测试设备的标准源，来校准这些测量测试仪表。例如数千安培的电流钳的校准。同时，在研发新产品，制造大电流的设备也需要有一个标准的大电流源作为参考的标准信号。 图1 高达数千安培的柔性电流钳 而目前市场上可以提供各种校准器，其电流输出能力只有几安培，最多80安培。而如果要达到更大的电流，例如100A，市场上虽然可以找到一些电流源，但是这些大电流源的准确度一般只有百分之几，最好也不过千分之几的水平，远远满足不了大电流校准，研发和设备制造的要求。 正是为了满足对高准确度大电流信号源的需求，福禄克公司最新推出了52120A大电流信号源，由于其准确度是目前业界最好的水平，因此称其为大电流标准信号源。其单台最大输出电流可以达到120A，如果并联使用，最大电流可以达到360A。 图2 52120A标准大电流源
为了降低用户的购买成本，52120A一般可以采用独立放大器的结构，便于与用户已经有的各类校准器配合使用。也就是说，52120A的输出电流是通过其输入的电压或者电流来实现的。将一个准确的电压或者电流信号接到52120A的输入端，就可以获得需要的大电流输出。而绝大部的用户已经拥有各种准确的电压源、电流源或者多功能校准器，例如福禄克的5500A系列校准器，5520A系列校准器，5700系列校准器，6100系列校准器等，或者其他品牌的校准器。这样，52120A的设计就简单可靠，充分利用用户现有的设备，不必再为高精度的输入控制信号而额外增加支出。 图3 52120A与校准器配合使用 前面说过，实际应用中不仅仅需要电流大，而且需要相当高的准确度。下面就来说明一下52120A的准确度指标。52120A的电流输出不确定度由两个部分构成。一个是52120A本身的不确定度，另一个是其输入的控制信号的不确定度。将这两个不确定度综合就得到最后获得的实际输出电流不确定度。 例如将52120A和5720A相连接，通过5720A的准确的直流电压来控制52120A的直流电流输出。5720直流电压1.2V输出的绝对不确定度（99%置信度）是6.7ppm，52120直流100A的不确定度为160ppm，采用方和根方法综合可以得到输出100A大电流的总不确定度就是160ppm（99%置信度）。 通过上面的计算，52120A连接5720A在输出100A的直流电流时其不确定度仅为160ppm，也就是万分之一点六。，这个电流的准确度目前是工业业界能够得到的最好准确度。 当然，52120A和不同信号源相连接时的准确度也是不同的。也就是最后的准确度和连接的标准信号源的准确度有关。 52120A在配合新型的6105A/6100B系列校准器使用时，可以用专用的控制电缆实现闭环控制，实现参照6105A/6100B系列校准器内部标准的闭环放大，不确定度指标是包含了6105A/6100B系列校准器和52120A放大器的整体性能。以前生产的6105A/6100B以及6100A升级后可以实现同样的性能。这种配合可以获得52120A的最佳性能。在输出交流120A大电流时，输出电流的不确定度可以达到140ppm（6105）和210ppm（6100B）。比5720交流电流2A的340ppm不确定度，5520交流电流2A的650ppm不确定度还要好得多。
柴吴尽 CMOS基准电流源
CMOS基准电流源设计 摘要 基准源是在电路系统中为其它功能模块提供高精度的电压基准，或由其转化为高精度电流基准，为其它功能模块提供精确、稳定的偏置的电路。它是模拟集成电路和混合集成电路中非常重要的模块。基准源输出的基准信号稳定，与电源电压、温度以及工艺的变化无关。 带隙基准源是集成电路中的重要单元，输出不随温度、电源电压变化的基准电压或电流。简单介绍了CMOS带隙基准源的基本工作原理；指出了限制其性能的主要因素；分析了低电源电压、低功耗、高精度和高PSRR四种类型的CMOS带隙基准源。 一款是应用于DAC的带隙基准电路。该基准电路的核心采用了PNP 晶体管串联来减小运放失调，运放采用的是具有高输入摆幅的折叠式共源共栅结构，偏置电路采用了低压共源共栅电流镜和自偏置低压共源共栅电流镜等结构来为整个基准电路提供偏置。本文基于SMIC 0.35μm工艺模型库，采用Hspice仿真工具对该基准电路进行仿真，仿真结果为：温度扫描从-40℃到100℃,基准源的温度系数为15.7ppm/℃；电源抑制比在1kHz时为75dB, 10kHz时仍有58dB。仿真结果表明，该基准电路完全能在DAC 系统中正常工作。 关键词CMOS基准电流源；低功耗；温度系数
Research of CMOS Bangap Reference Source Abstract A voltage reference source provides high-precision voltage reference for other functional modules in the circuit system, or high-precision current reference can transformed from it. It is a very important module in the analog integrated circuits and mixed-signal integrated circuits design. The output signal of the voltage reference is stable,and it is independent of supply voltage, temperature and process. Bandgap reference source is an important unit in integrated circuits, which supplied reference voltage or current independent of temperature and supply voltage. The principle of CMOS bandgap reference source was described, and the design challenge was pointed out. Finally, CMOS bandgap reference sources with low supply voltage, low power, high precision and high PSRR were analyzed, respectively. The bandgap reference is used in the DAC. The core of the reference circuit used PNP transistors in series to reduce amplifier offset, and the amplifier used the folded cascode structure to get high input swing, and the bias circuit used the low-voltage cascode current mirror structure and the self-biased low-voltage cascode current mirror structure to bias the entire reference circuit. In the thesis, we simulated the reference circuit by using the Hspice simulation tool based on the SMIC 0.35μm process. The simulation results are that the temperature coefficient of the references is 15.7 ppm/℃when temperature scaned from -40℃to 100℃,and the power supply rejection ratio is 75 dB at 1kHz and there is still 58 dB at 10 kHz. The simulation results showed that the reference
6种最常用恒流源电路的分析与比较
恒流电路有很多场合不仅需要场合输出阻抗为零的恒流源，也需要输入阻抗为无限大的恒流源，以下是几种单极性恒流电路： 类型1： 特征：使用运放，高精度 输出电流：Iout=Vref/Rs
类型2： 特征：使用并联稳压器，简单且高精度 输出电流：Iout=Vref/Rs 检测电压：根据Vref不同（1.25V或2.5V） 类型3： 特征：使用晶体管，简单，低精度 输出电流：Iout=Vbe/Rs 检测电压：约0.6V
类型4： 特征：减少类型3的Vbe的温度变化，低、中等精度，低电压检测输出电流：Iout=Vref/Rs 检测电压：约0.1V～0.6V
类型5： 特征：使用JEFT，超低噪声 输出电流：由JEFT决定 检测电压：与JEFT有关 其中类型1为基本电路，工作时，输入电压Vref与输出电流成比例的检测电压 Vs(Vs=Rs×Iout)相等，如图5所示， 图5 注：Is=IB+Iout=Iout(1+1/h FE)其中1/h FE为误差 若输出级使用晶体管则电流检测时会产生基极电流分量这一误差，当这种情况不允许时，可采用图6所示那样采用FET管
图6 Is=Iout-I G 类型2，这是使用运放与Vref（2.5V）一体化的并联稳压器电路，由于这种电路的Vref高达2.5V，所以电源利用范围较窄 类型3，这是用晶体管代替运放的电路，由于使用晶体管的Vbe（约0.6V）替代Vref的电路，因此，Vbe的温度变化毫无改变地呈现在输出中，从而的不到期望的精度 类型4，这是利用对管补偿Vbe随温度变化的电路，由于检测电压也低于0.1V左右，应此，电源利用范围很宽 类型5，这是利用J-FET的电路，改变R gs可使输出电流达到漏极饱和电流I DSS，由于噪声也很小，因此，在噪声成为问题时使用这种电路也有一定价值，在该电路中不接R GS，则电流值变成I DSS，这样，J-FET接成二极管形式就变成了“恒流二极管” 以上电路都是电流吸收型电路，但除了类型2以外，若改变Vref极性与使用的半导体元件，则可以变成电流吐出型电路。
几种简单的恒流源电路5
几种简单的恒流源电路 恒流电路有很多场合不仅需要场合输出阻抗为零的恒流源，也需要输入阻抗为无限大的恒流源，以下是几种单极 性恒流电路： 类型1： 特征：使用运放，高精度 输出电流：Iout=Vref/Rs
类型2： 特征：使用并联稳压器，简单且高精度 输出电流：Iout=Vref/Rs 检测电压：根据Vref不同（1.25V或2.5V） 类型3： 特征：使用晶体管，简单，低精度 输出电流：Iout=Vbe/Rs 检测电压：约0.6V
类型4： 特征：减少类型3的Vbe的温度变化，低、中等精度，低电压检测 输出电流：Iout=Vref/Rs 检测电压：约0.1V～0.6V 类型5：
特征：使用JE FT，超低噪声 输出电流：由JE FT决定 检测电压：与JE FT有关 其中类型1为基本电路，工作时，输入电压Vref与输出电流成比例的检测电压Vs(Vs=Rs×Iout)相等，如图5所 示， 图5 注：Is=IB+Iout=Iout(1+1/hFE)其中1/hFE为误差 若输出级使用晶体管则电流检测时会产生基极电流分量这一误差，当这种情况不允许时，可采用图6所示那样采 用FE T管
图6 Is=Iout-IG 类型2，这是使用运放与Vref（2.5V）一体化的并联稳压器电路，由于这种电路的Vref高达2.5V，所以电源利 用范围较窄 类型3，这是用晶体管代替运放的电路，由于使用晶体管的Vbe（约0.6V）替代Vref的电路，因此，Vbe的温 度变化毫无改变地呈现在输出中，从而的不到期望的精度 类型4，这是利用对管补偿Vbe随温度变化的电路，由于检测电压也低于0.1V左右，应此，电源利用范围很宽类型5，这是利用J-FE T的电路，改变Rgs 可使输出电流达到漏极饱和电流IDSS，由于噪声也很小，因此，在噪声成为问题时使用这种电路也有一定价值，在该电路中不接RGS，则电流值变成IDSS，这样，J-FE T接成二极管形 式就变成了“恒流二极管” 以上电路都是电流吸收型电路，但除了类型2以外，若改变Vref极性与使用的半导体元件，则可以变成电流吐 出型电路。 1.由7805组成的恒流电路，电路图如下图1所示： 电流I＝Ig＋VOUT/R，Ig的电流相对于Io是不能忽略的，且随Vout，Vi n及环境温度的变化而变化，所以
分析比较6种最常用恒流源电路
分析比较6种最常用恒流源电路 恒流电路有很多场合不仅需要场合输出阻抗为零的恒流源，也需要输入阻抗为无限大的恒流源，以下是几种单极性恒流电路： 类型1： 特征：使用运放，高精度 输出电流：Iout=Vref/Rs
类型2： 特征：使用并联稳压器，简单且高精度 输出电流：Iout=Vref/Rs 检测电压：根据Vref不同（1.25V或2.5V） 类型3： 特征：使用晶体管，简单，低精度 输出电流：Iout=Vbe/Rs 检测电压：约0.6V
类型4： 特征：减少类型3的Vbe的温度变化，低、中等精度，低电压检测输出电流：Iout=Vref/Rs 检测电压：约0.1V～0.6V
类型5： 特征：使用JEFT，超低噪声 输出电流：由JEFT决定 检测电压：与JEFT有关 其中类型1为基本电路，工作时，输入电压Vref与输出电流成比例的检测电压Vs(Vs=Rs×Iout)相等，如图5所示， 图5 注：Is=IB+Iout=Iout(1+1/h FE)其中1/h FE为误差 若输出级使用晶体管则电流检测时会产生基极电流分量这一误差，当这种情况不
允许时，可采用图6所示那样采用FET管 图6 Is=Iout-I G 类型2，这是使用运放与Vref（2.5V）一体化的并联稳压器电路，由于这种电路的Vref高达2.5V，所以电源利用范围较窄 类型3，这是用晶体管代替运放的电路，由于使用晶体管的Vbe（约0.6V）替代Vref的电路，因此，Vbe的温度变化毫无改变地呈现在输出中，从而的不到期望的精度 类型4，这是利用对管补偿Vbe随温度变化的电路，由于检测电压也低于0.1V左右，应此，电源利用范围很宽 类型5，这是利用J-FET的电路，改变R gs可使输出电流达到漏极饱和电流I DSS，由于噪声也很小，因此，在噪声成为问题时使用这种电路也有一定价值，在该电路中不接R GS，则电流值变成I DSS，这样，J-FET接成二极管形式就变成了“恒流二极管” 以上电路都是电流吸收型电路，但除了类型2以外，若改变Vref极性与使用的
最新压控恒流源电路设计资料
3、电流源模块的选择方案 方案一：由晶体管构成镜像恒流源 一缺点在于，集电极最大输出电流约为几百毫安，而题目要求输出电流为200~2000mA，因此由晶体管构成的恒流源不适合采用。 方案二：由运算放大器构成恒流电路 运算放大器构成的恒流电路摆脱了晶体管恒流电路受限于工艺参数的缺点。但是只由运放构成的恒流电路，输出电流同样只能达到几十毫安，远远不能满足设计要求，因此必须加上扩流电路。采用运算放大器加上扩流管构成恒流电路，既能利用运算放大器准确的特性，输出又能达到要求。该电路的缺点之一在于电流的测量精度受到两个晶体管的匹配程度影响，其中涉及到比较复杂的工艺参数。 方案三：由运算放大器加上扩流管构成恒流电路 采用高精度运算放大器OP07，更能增加其准确的性能；采用达林顿管TP127 进行扩流，具有很大的扩流能力，两者结合，可以实现比较精确的恒流电路。 鉴于上面分析，本设计采用方案三。 （3）恒流源电路的设计 恒流源电路如图8.15 所示。其中，运算放大器U3 是一个反相加法器，一路输入为控制信号V1，另一路输入为运放U1 的输出反馈，R8 是U3 的反馈电阻。用达林顿管TIP122 和TIP127 组成推挽式电路，两管轮流导通。U2 是电压跟随器，输入阻抗高，基本没有分流，因此流经R2 的电流全部流入负载RL。U1 是反相放大器，取R14＝R11 时，放大 倍数为-1，即构成反相器。 针对运算放大器输出电流小的不足，该电路加了扩流电路。采 图8.15 恒流源部分电路 若U3 的输入电压为Vin，根据叠加原理，有
由U2 的电压跟随特性和U1 的反相特性，有 代入得到 即流经R7 的电流完全由输入控制电压Vin 决定 由于U2 的输入端不取电流，流经负载RL 的电流完全由输入控制电压Vin 决定，实现了压控直流电流源的功能。由于R7 中流过的电流就是恒流源的输出电流，按照题目要求，输出的直流电流需要达到2A，这里采用康锰铜电阻丝作为电阻R7。 2压控恒流源电路设计 压控恒流源是系统的重要组成部分，它的功能是用电压来控制电流的变化，由于系统对输出电流大小和精度的要求比较高，所以选好压控恒流源电路显得特别重要。采用如下电路：电路原理图如图8.5 所示。该恒流源电路由运算放大器、大功率场效应管Q1、采样电阻R2、负载电阻RL 等组成。