[發(fā)明專利]恒定電流控制環(huán)路及電子負(fù)載

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710095338.3
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN108459645A
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李凱;王悅;王鐵軍;李維森
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州普源精電科技有限公司
• 主分類號: G05F1/56
• 分類號: G05F1/56
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 王天堯;湯在彥

本發(fā)明提供了一種恒定電流控制環(huán)路及電子負(fù)載，其中，該控制環(huán)路包括：恒定電流誤差放大單元，第一輸入端與差分放大單元的輸出端連接，第二輸入端接入恒定電流控制電壓信號；功率單元組，包括多個并聯(lián)的功率單元，每個功率單元的輸入端與恒定電流誤差放大單元的輸出端連接；差分放大單元包括：電流采樣電阻和差分放大器；電流采樣電阻的一端與每個功率單元的輸出端連接，另一端與差分放大器的輸入端連接；差分放大器用于將每個功率單元輸出至電流采樣電阻的電流產(chǎn)生的電壓信號進(jìn)行差分放大，將差分放大后的電壓信號作為反饋信號輸出至恒定電流誤差放大單元。上述技術(shù)方案提高了恒定電流的控制精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及恒定電流控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種恒定電流控制環(huán)路及電子負(fù)載。

背景技術(shù)

在現(xiàn)有的恒定電流控制環(huán)路中，通過功率單元來實現(xiàn)恒定電流(CC，ConstantCurrent)的控制。例如，中國臺灣Chroma公司的恒定電流控制環(huán)路和中國臺灣Itech公司的恒定電流控制環(huán)路，如圖1所示。

而美國是德公司的恒定電流控制環(huán)路則采用了較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了恒流控制，它增加了一個求和單元和誤差放大單元，電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。

下面對以上介紹的恒定電流控制環(huán)路的工作原理進(jìn)行介紹。

恒定電流控制環(huán)路中功率單元的實現(xiàn)原理主要分為反相端反饋和同相端反饋。Chroma公司的恒定電流控制環(huán)路中的功率單元采用的是反相端反饋，電路示意圖如圖3所示，V1為外部輸入電源，R4為電流采樣電阻。控制電壓Vin通過運(yùn)算放大器U1驅(qū)動Mosfet(金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor)M1，并根據(jù)比例電阻R2和R3來控制R4電阻上的電位Vo，來實現(xiàn)恒流控制I，其控制電壓會同時控制多個功率單元，所以當(dāng)n個功率單元并聯(lián)時，其輸出電流為I×n，其中，Vo和I的計算公式如下：

Itech公司的恒定電流控制環(huán)路采用了同相端反饋原理的功率單元，電路示意圖如圖4所示，控制電壓等于R8上的電壓Vo＝Vin，從而實現(xiàn)恒流控制I。當(dāng)多個功率單元并聯(lián)的時候輸出電流為I*n，其中，I的計算公式如下：

是德公司恒定電流控制環(huán)路的實現(xiàn)原理也為反相端反饋，然而，其在電流采樣電阻R12上增加了差分放大器U4，電路圖如圖5所示。

當(dāng)多個功率單元并聯(lián)時，其功率單元會將差分電壓通過一個加法器單元來實現(xiàn)電流的求和，電路示意圖如圖6所示，每一個帶有sense的框代表一個功率單元，I_sense_x代表從第x個功率單元反饋回的差分電壓值。

控制電壓通過誤差放大器，對比求和單元的反饋，并最終控制多個并聯(lián)的功率單元，從而實現(xiàn)恒流控制，示意圖如圖7所示。

下面介紹以上恒定電流控制環(huán)路的缺陷。

在目前已知的技術(shù)中，每個功率單元對電流的控制都會產(chǎn)生誤差，其誤差來源主要源于功率地和信號地之間的電位差，運(yùn)放產(chǎn)生的電壓誤差，電阻阻值誤差和溫漂。若多個功率單元并聯(lián)，其誤差就會累加，導(dǎo)致整體的恒流控制精度出現(xiàn)更大的偏差，而這種偏差很難通過校準(zhǔn)糾正。

功率地和信號地之間的電位差主要取決于兩個地之間的導(dǎo)線電阻，如圖8所示，信號地(標(biāo)有F的GND標(biāo)識)與功率地之間的導(dǎo)線電阻ΔR1導(dǎo)致兩個地之間會產(chǎn)生電位差，等效為Vin+ΔV，同時因為R4接地的導(dǎo)線電阻ΔR2，會導(dǎo)致實際的R4的實際電阻為R4+ΔR2，這樣加入導(dǎo)線誤差后的輸出電流I，在多個功率單元并聯(lián)后其誤差會累加，該電流I的計算公式如下：

同理，Itech恒定電流控制環(huán)路的同相端反饋原理的功率單元也存在一樣的問題。加入導(dǎo)線誤差后的輸出電流為I，在多功率單元并聯(lián)后會導(dǎo)致誤差的累加，該電流I的計算公式如下：