本發(fā)明屬于電子設備的。特別涉及一種雙環(huán)互補型高穩(wěn)定度恒流源電路。

背景技術：

1、集成電路和半導體器件工藝的日趨成熟使各類電子產品的設計與應用更為廣泛，人們對電子電力技術在各領域的應用進行深入挖掘，同時對產品性能的要求也在提升。恒流源可以為電子設備提供恒定的電流輸出，特別是高精度高穩(wěn)定度的恒流驅動器在電子設備中發(fā)揮著舉足輕重的作用。在led照明、電池充電器、激光驅動等對電流要求十分穩(wěn)定的領域，恒流源的穩(wěn)定性、可靠性及精密性至關重要，恒流反饋回路出現(xiàn)任何問題或者恒流源電流發(fā)生微小變化，都會影響這些器件的正常使用，甚至會造成安全問題。

2、提高電流穩(wěn)定度的常規(guī)措施包括：1.利用負反饋網絡實現(xiàn)電流的自動穩(wěn)定；2.利用pwm修正開關管的輸出電流；3.在功率管上直接疊加一重反饋，利用雙環(huán)反饋提高功率管的開啟精度。以上幾種措施雖然對開關管的穩(wěn)定度做出了一些貢獻，但仍然存在問題。第一種措施借助負反饋網絡本身的電壓自動調整功能，輸出電流通過控制電壓的控制，可以實現(xiàn)自動穩(wěn)定并且不會受到負載阻值變化的影響，是目前恒流源設計中最常用的技術手段，但是大多數(shù)使用負反饋網絡實現(xiàn)電流自動穩(wěn)定的方案一般都是采用單一反饋結構，這種單一反饋網絡結構會造成輸出電流過度依賴于反饋系統(tǒng)，一旦反饋系統(tǒng)出現(xiàn)任何問題，會使得輸出電流失調從而對負載和整體電路造成損壞；其次這種結構的應用場合有限，只能應用在輸出電流和負載是線性響應的場合，而在很多非線性響應的應用中，采用單一結構負反饋網絡的控制效果會頗有欠缺。第二種措施一般采用精密pwm控制芯片，實現(xiàn)對pwm占空比的調整進而修正功率開關管的開啟閉合頻率，這種方案對pwm控制芯片的依賴性太高且成本較高，pwm技術會使電路產生諧波，引入電磁干擾及其他問題；并且pwm對恒流源輸出的控制是通過對功率管的開關頻率及開關時間實現(xiàn)的，高頻開關會導致開關損耗增加，減小功率管的使用壽命及控制精度，在開關狀態(tài)的轉換過程中會不可避免的存在死區(qū)時間，造成控制的不穩(wěn)定。第三種措施是將兩種反饋結構直接加在一個mos管上，用疊加反饋的方式去控制一個功率管的開啟程度，雖然改進了單一反饋結構的穩(wěn)定性，但是會加重mos管的工作負擔，電路受mos管元器件本身的影響較大，一旦mos管出現(xiàn)故障，將失去對恒流輸出的控制，穩(wěn)定度的提高十分有限；其次這種雙環(huán)反饋只是兩種反饋方式的簡單疊加，在反饋結構上進行了相互補充，但是對輸出電流的穩(wěn)定性并未做出任何補償性的改變，使輸出電流單路輸出，穩(wěn)定性仍然容易受到影響，并且輸出電流范圍有限，無法滿足大功率應用的需求。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術存在的缺點，提供一種雙環(huán)互補型高穩(wěn)定度恒流源電路，采用相互補償?shù)碾p環(huán)負反饋結構，分別控制兩個mos管的開啟程度，提高了恒流源輸出的穩(wěn)定性和可靠性，并且擴大了電流的輸出范圍，采用精密壓差跟隨電路，較大的輸入阻抗減小了對主電路的影響，從而實現(xiàn)對輸出電流的精確放大與反饋，使電路得到精準有效控制。

2、本發(fā)明的具體的技術方案是：

3、一種雙環(huán)互補型高穩(wěn)定度恒流源電路，結構有電流預設模塊1、軟啟動模塊2、過流保護模塊3和電源管理模塊8；其特征在于，結構還有pid反饋模塊4、電流負反饋模塊5、壓差跟隨模塊6和恒流輸出模塊7；電流預設模塊1的輸出與pid反饋模塊4和電流負反饋模塊5的輸入相連，pid反饋模塊4和電流負反饋模塊5的輸入還與軟啟動模塊2、過流保護模塊3的輸出相連，pid反饋模塊4和電流負反饋模塊5的兩路輸出分別與恒流輸出模塊7的兩路控制輸入相連，過流保護模塊3、壓差跟隨模塊6的輸入與恒流輸出模塊7的采樣電壓輸出相連，壓差跟隨模塊6的輸出接pid反饋模塊4和電流負反饋模塊5的反饋輸入；

4、所述的電流預設模塊1的結構為：穩(wěn)壓芯片u1的輸入引腳2連接電源vcc及電容c2的一端，電容c2的另一端接地，穩(wěn)壓芯片u1的引腳3接地，輸出引腳6連接運放u2.1的同相輸入端，運放u2.1的正電源端接電源vcc，電源vcc與電容c4的一端相連，電容c4的另一端接地，運放u2.1的負電源端接地，反相輸入端與電阻r4、電容c5和電阻r5的一端相連，電阻r4的另一端與地相連，電容c5和電阻r5的另一端接運放u2.1的輸出端，運放u2.1的輸出端接滑動變阻器r6的一端，滑動變阻器r6的另一端與地相連，滑動變阻器r6的滑動端作為限流調節(jié)的調節(jié)輸出端；滑動變阻器r7的一端接限流調節(jié)滑動變阻器r6的滑動端，另一端接地，滑動變阻器r7的滑動端接運放u2.2的同相輸入端，u2.2的同相輸入端與電容c6的一端相連，電容c6的另一端與地相連，運放u2.2的反相輸入端與運放u2.2的輸出端直接相連，運放u2.2的輸出端與電容c7的一端相連，電容c7的另一端接地，運放u2.2的輸出端與電阻r8的一端相連，電阻r8的另一端作為電流預設模塊1的輸出端，記作端口vpreset；

5、所述的軟啟動模塊2的結構為：單刀雙擲開關sw1的一端連接電源vcc、電容c1的一端和pnp型小功率三極管q1的發(fā)射極，單刀雙擲開關sw1的另一端接電阻r1的一端及q1的基極，電阻r1的另一端接地，三極管q1的集電極連接電阻r2的一端，電阻r2的另一端與電阻r3的一端、電容c1的另一端和n型mos管q2的柵極相連，電阻r3的另一端接地，mos管q2的源極與地相連，mos管q2的漏極作為軟啟動模塊2的輸出端，記作端口vset；

6、所述的過流保護模塊3的結構為：電阻r29的一端接恒流輸出模塊7的高取樣電壓輸出端口vrs+，另一端接運放u6.2的反相輸入端與電阻r31的一端，電阻r31的另一端接運放u6.2的輸出端，電阻r30的一端接恒流輸出模塊7的低取樣電壓輸出端口vrs-，另一端接運放u6.2的同相輸入端和電阻r32的一端，電阻r32的另一端與地相連，電阻r33的一端接運放u6.2的輸出端，另一端連接整流二極管d1的陰極和運放u9.1的同相輸入端，二極管d1的陽極與運放u9.1的輸出端連接，運放u9.1的正電源端接電源vcc，電源vcc與電容c16的一端相連，電容c16的另一端接地，運放u9.1的負電源端接地，反相輸入端與滑動變阻器r35的滑動端相連，滑動變阻器r35的滑動端連接電阻r34的一端，滑動變阻器r35的一端不連任何器件，另一端接地，電阻r34的另一端連接電源vcc，運放u9.1的輸出端接mos管q5的柵極，mos管q5的源極接地，漏極作為過流保護模塊3的輸出端，記作端口ocp-out；

7、所述的pid反饋模塊4的結構為：電阻r10的一端接電流預設模塊1、軟啟動模塊2和過流保護模塊3的輸出端vpreset、vset和ocp-out，另一端接運放u3.1的同相輸入端，電阻r31的一端接壓差跟隨模塊6的輸出端vback-out，另一端與運放u3.1的反相輸入端相連，運放u3.1的正電源端接電源vcc，電源vcc與電容c8的一端相連，電容c8的另一端接地，運放u3.1的負電源端接地；pid比例部分的滑動變阻器r20的一端與運放u3.1的輸出端相連，滑動變阻器r20的另一端接電源1/2vcc，滑動端與運放u3.2的同相輸入端相連，運放u3.2的反相輸入端與運放u3.2的輸出端直接相連，電阻r21的一端接運放u3.2的輸出端，另一端與運放u7.2的反相輸入端相連，運放u7.2的反相輸入端與電阻r22的一端相連，運放u7.2的輸出端連接電阻r22的另一端，運放u7.2的同相輸入端接電源1/2vcc，電阻r24與運放u7.2的輸出端相連，另一端接入運放u8.1的反相輸入端；pid積分部分的電阻r23的一端與運放u3.1的輸出端相連，另一端與電容c13的一端和運放u7.1的反相輸入端相連，電容c13的另一端與r25的一端相連并連接運放u7.1的輸出端，運放u7.1的同相輸入端接電源1/2vcc，運放u7.1的正電源端接電源vcc，電源vcc與電容c12的一端相連，電容c12的另一端接地，運放u7.1的負電源端接地，電阻r25的另一端連接運放u8.1的反相輸入端；pid微分部分的電阻r26的一端與運放u3.1的輸出端相連，另一端與電容c15的一端相連，電容c15的另一端與電阻r28的一端相連并連接運放u8.2的反相輸入端，運放u8.2的同相輸入端接電源1/2vcc，電阻r28的另一端與電阻r27的一端和運放u8.2的輸出端相連，電阻r27的另一端運放u8.1的反相輸入端相連；運放u8.1的同相輸入端與電源1/2vcc相連，運放u8.1的正電源端接電源vcc，電源vcc與電容c14的一端相連，電容c14的另一端與地相連，運放u8.1的負電源端接地，運放u8.1的輸出端作為pid反饋模塊4的輸出端，記作端口vctrl1；

8、所述的電流負反饋模塊5的結構為：電阻r29的一端連接電流預設模塊1、軟啟動模塊2和過流保護模塊3的輸出端vpreset、vset和ocp-out，電阻r29的另一端與運放u4.1的同相輸入端相連，運放u4.1的正電源端接電源vcc，電源vcc與電容c9的一端相連，電容c9的另一端與地相連，運放u4.1的負電源端接地，電阻r34的一端與壓差跟隨模塊6的輸出端vback-out相連，電阻r34的另一端與運放u4.1的反相輸入端和電容c16的一端相連，電容c16的另一端與運放u4.1的輸出端和電容c17的一端相連，電容c17的另一端接地，運放u4.1的輸出端連接電阻r30的一端，電阻r30的另一端作為電流負反饋模塊5的輸出端，記作端口vctrl2；

9、所述的壓差跟隨模塊6的結構為：運放u5.1的同相輸入端與恒流輸出模塊7的高取樣電壓輸出端口vrs+相連，運放u5.1的正電源端接電源vcc，電源vcc與電容c10的一端相連，電容c10的另一端與地相連，運放u5.1的負電源端接地，運放u5.1的反相輸入端與滑動變阻器r13的一端和電阻r15的一端相連，輸出端與電阻r15的另一端和電阻r16的一端相連，電阻r16的另一端與運放u4.2的反相輸入端相連，運放u4.2的反相輸入端接電阻r19的一端，電阻r19的另一端與運放u4.2的輸出端相連，運放u4.2的同相輸入端與電阻r17和電阻r18的一端相連，電阻r18的另一端接地，電阻r17的另一端與電阻r14的一端和運放u5.2的輸出端相連，運放u5.2的反相輸入端與電阻r14的另一端及滑動變阻器r13的滑動端相連，同相輸入端與恒流輸出模塊7的低取樣電壓輸出端口vrs-相連，運放u4.2的輸出端作為壓差跟隨模塊6的輸出端，記作端口vback-out；

10、所述的恒流輸出模塊7的結構為：mos管q3的柵極與pid反饋模塊4的輸出端口vctrl1相連，漏極接電源vcc，源極與精密取樣電阻rs的一端相連，mos管q4的柵極與pid反饋模塊4的輸出端口vctrl2相連，漏極接電源vcc，源極與精密取樣電阻rs的一端相連，并且取樣電阻rs的一端作為恒流輸出模塊7的高取樣電壓輸出端口vrs+，取樣電阻rs的另一端作為恒流輸出模塊7的低取樣電壓輸出端口vrs-，并且引出恒流輸出模塊7的一端輸出端口用以連接電路的負載，記作端口pwr-out1，恒流輸出模塊7的另一端輸出端口連接電路負載另一端，記作端口pwr-out2，端口pwr-out2與電路地相連。

11、本發(fā)明的一種雙環(huán)互補型高穩(wěn)定度恒流源電路中，所述的電源vcc、電源vcc/2分別優(yōu)選12v、6v，具體電路模塊中所用到的各元件優(yōu)選參數(shù)為：芯片u1是集成基準電壓芯片max6225acpa+，三極管q1為s9012；mos管q2和q5為irfz24n，q3和q4為irf540npbf；運放u2.1和運放u2.2是第一個型號為lm358的集成雙運放的兩個工作單元，運放u3.1和運放u3.2是第一個型號為lmc6482的集成雙運放的兩個工作單元，運放u4.1和運放u4.2是第二個型號為lm358的集成雙運放的兩個工作單元，運放u5.1和運放u5.2是第三個型號為lm358的集成雙運放的兩個工作單元，運放u6.2是第四個型號為lm358的集成雙運放的一個工作單元，運放u7.1和運放u7.2是第二個型號為lmc6482的集成雙運放的兩個工作單元，運放u8.1和運放u8.2是第三個型號為lmc6482的集成雙運放的兩個工作單元，運放u9.1是第五個型號為lm358的集成雙運放的一個工作單元；二極管d1的型號為1n4007；滑動變阻器r6、r7、r13和r20均為10kω，滑動變阻器r35為20kω；取樣電阻rs為0.1ω。

12、有益效果：

13、1、本發(fā)明采用雙mos管對恒流源的輸出進行相互補償，兩路輸出電流對彼此進行補償修正，有效提高了整體電路的對恒流輸出的控制作用，提高輸出電流的準確性和穩(wěn)定度。

14、2、本發(fā)明相互補償?shù)碾pmos管采用并聯(lián)方式連接，相互補償進行恒流源的輸出擴大了電流的輸出范圍。

15、3、本發(fā)明采用的雙mos管各自有反饋電路對其進行反饋控制，工作時相互獨立，當其中一個出現(xiàn)問題時，另一個可以繼續(xù)正常工作。

16、4、本發(fā)明采用的三運放組成的壓差跟隨模塊，能夠對取樣電流進行更精密的取樣放大，并且輸入阻抗大，反饋回路對主電路的影響更小。

17、5、本發(fā)明設計的過流保護模塊去掉了傳統(tǒng)繼電器，直接改為利用mos管的開閉控制設置電壓的傳輸，采用二極管進行高位電壓的鉗制，可以在輸出電流大于保護電流時直接切斷電流預設模塊輸出的控制電壓，直到重新上電再恢復，保護了主反饋電路的安全性。

18、6、本發(fā)明設計的恒流輸出模塊將負載接地，避免負載浮地式會出現(xiàn)的漏電現(xiàn)象，提高了電路的可靠性和穩(wěn)定性，提高了電路的抗干擾能力。