直流电流稳流源

摘要

本发明涉及电力电子领域，特别是指一种直流电流稳流源，包括信号处理电路和与所述信号处理电路电性连接的幅值调节电路，所述幅值调节电路电性连接有二级放大电路，所述二级放大电路连接有与所述信号处理电路反馈连接的量程转换电路，所述量程转换电路连接有与所述二级放大电路电性连接的采样输出电路。通过信号处理电路和幅值调节电路提供高稳定的输入电压，输入电压通过二级放大电路实现大电流和大功率的输出，量程转换电路选择所需要的电流输出档；通过采样输出电路对输出电流进行采样，并将采样电流转化为电压信号反馈到二级放大电路，进一步与输入电压进行比较以调节输出电流，从而形成闭环系统来实现恒流。

权利要求

1.一种直流电流稳流源，包括信号处理电路和与所述信号处理电路电性连接的幅值调节电路，其特征在于：所述幅值调节电路电性连接有二级放大电路，所述二级放大电路连接有与所述信号处理电路反馈连接的量程转换电路，所述量程转换电路连接有与所述二级放大电路电性连接的采样输出电路，所述二级放大电路包括与所述幅值调节电路输出端依次连接的前置放大模块和功率放大模块，所述采样输出电路的输出端反馈连接至所述前置放大模块，所述前置放大模块包括依次通过电阻串联的第一放大器、第二放大器和第三放大器，所述幅值调节电路的输出信号接入第一放大器的正输入端，所述第三放大器的输出端接入所述功率放大模块，所述第一放大器的输出端与第三放大器的负极间连接有第五放大器，所述第五放大器的负极连接有第四放大器，所述采样输出电路的输出端与第四放大器的负极连接，所述第二、第三、第四和第五放大器的正极接地。

2.根据权利要求1所述的直流电流稳流源，其特征在于：所述采样输出电路的输出端连接有输出监视电路。

3.根据权利要求1所述的直流电流稳流源，其特征在于：所述功率放大模块包括基极与第三放大器的输出端通过电阻连接的NPN型第一三极管，该第一三极管的发射极通过电阻接地，该第一三极管的集电极依次串联有PNP型的第二三极管和NPN型的第三三极管，所述第二三极管的发射极与第三三极管的集电极连接后通过电阻连接第二三极管的基极，所述第三三极管的发射极电阻依次连接有第一整流二极管，在第一整流二极管的负极与第三三极管的发射极间并联有多个NPN型大功率三极管，所述大功率三极管的集电极均与第三三极管的发射极电容连接，所述大功率三极管的发射极与所述第一整流二极管的负极通过电阻连接。

4.根据权利要求3所述的直流电流稳流源，其特征在于：所述量程转换电路包括与采样输出电路的电流输出低端连接的第一绕组，所述第一绕组连接有多个档位开关。

5.根据权利要求4所述的直流电流稳流源，其特征在于：所述采样输出电路包括有激励模块和峰差检波模块，所述峰差检波模块设置有与第一绕组电磁感应连接的第二绕组以及与所述激励模块电磁电性连接的第三绕组。

6.根据权利要求5所述的直流电流稳流源，其特征在于：所述采样输出电路还包括有失衡检测模块，所述失衡检测模块包括PNP型第四三极管，该第四三极管的基极依次通过可变电阻、第二整流二极管与所述第三绕组连接，该第四三极管的的发射极接供电电源，该第四三极管的集电极依次通过发光二级管和电感接地，所述可变电阻连接第三绕组的一端通过第一有极性电容接地，该可变电阻的另一端分别通过一电阻和第二有极性电容接地。

7.根据权利要求5所述的直流电流稳流源，其特征在于：在所述第二绕组和第三绕组间设置有屏蔽层。

8.根据权利要求5所述的直流电流稳流源，其特征在于：所述第二绕组的输出端通过电阻连接有第六放大器，所述第六放大器的输出端接入输出监视电路。

说明书

直流电流稳流源

技术领域

[0001] 本发明涉及电力电子领域，特别是指一种直流电流稳流源。

背景技术

[0002] 电流量作为电能源的一个重要参数，也是电学计量研究的基本量。广泛应用于国民经济、国防、科研等各个领域，例如电镀、电冶、电机制造及检修、电池、电气机车、航空甚至航天等领域，其值计量准确与否关系到安全生产、产品质量、产量和能耗。

[0003] 直流电流源的稳定度直接影响其结果的可靠性。科研工作中需用高稳定的直流稳流电源为实验提供恒流电流，其结果的可靠性依赖于恒定电流的稳定性。工业生产中需要直流恒流来为产品生产进行赋值，其稳定性影响的最终量值的可靠性。而现有技术中的直流电流源稳定性较好的，但其电流量程往往小，一般都小于20A；而进行扩展量程，需要选取专门的电流放大器；并且负载效应强，不能用于模拟式仪表。

发明内容

[0004] 本发明提出一种直流电流稳流源，其能输出稳定的大电流和大功率。

[0005] 本发明的技术方案是这样实现的：一种直流电流稳流源，包括信号处理电路和与所述信号处理电路电性连接的幅值调节电路，所述幅值调节电路电性连接有二级放大电路，所述二级放大电路连接有与所述信号处理电路反馈连接的量程转换电路，所述量程转换电路连接有与所述二级放大电路电性连接的采样输出电路。

[0006] 本技术方案通过信号处理电路和幅值调节电路提供高稳定的输入电压，输入电压通过二级放大电路实现大电流和大功率的输出，量程转换电路选择所需要的电流输出档；通过采样输出电路对输出电流进行采样，并将采样电流转化 为电压信号反馈到二级放大电路，进一步与输入电压进行比较以调节输出电流，从而形成闭环系统来实现恒流。量程转换电路与信号处理电路反馈连接，信号处理电路根据所需量程相应得控制幅值调节电路以调节输入电压。

附图说明

[0007] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0008] 图1为本发明的系统方框图；

[0009] 图2为图1所示两级放大电路的前置放大模块的结构连接图；

[0010] 图3为图1所示两级放大电路的功率放大模块的结构连接图；

[0011] 图4为图1所示量程转换电路的结构连接图；

[0012] 图5为图1所示采样输出电路的结构连接图；

[0013] 图6为图1所示幅值调节电路的结构连接图。

具体实施方式

[0014] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0015] 一种直流电流稳流源，如图1所示，包括信号处理电路1和与所述信号处理电路1电性连接的幅值调节电路2，所述幅值调节电路2电性连接有二级放大电路3，所述二级放大电路3连接有与所述信号处理电路1反馈连接的量程转换电路4，所述量程转换电路4连接有与所述二级放大电路3电性连接的采样输出电路5。

[0016] 在本技术方案中，通过信号处理电路1和幅值调节电路2提供高稳定的输入电压，输入电压通过二级放大电路3实现大电流和大功率的输出，量程转换 电路4选择所需要的电流输出档；通过采样输出电路5对输出电流进行采样，并将采样电流转化为电压信号反馈到二级放大电路3，进一步与输入电压进行比较以调节输出电流，从而形成闭环系统来实现恒流。量程转换电路4与信号处理电路1反馈连接，信号处理电路1根据所需量程相应得控制幅值调节电路2以调节输入电压。

[0017] 恒流电流源以高稳定输入电压控制输出电流达到恒流目的，相应地，信号处理电路1可以根据现有技术选择单片机8031最小系统及外围电路组成。如图6所示，幅值调节电路2中可选用BB公司生产的十六位数/模转换器DAC702KH作为主控调节直流基准电压，保证调节细度优于0.001%。图6中R1、R2采用具有低温度系数，低噪声的精密电阻。电位器Rp并联于R1上调节，保证细度，稳定性，且可以将Rp通过电缆外接，置于外控调节器中，当不接外控器时，也无需将其短路，使用十分方便。直流基准电压的稳定性直接影响到源输出的稳定性，在此基础上，电流源输出的稳定性才能够得以保证。

[0018] 进一步的，所述二级放大电路3包括与所述幅值调节电路2输出端依次连接的前置放大模块31和功率放大模块32，所述采样输出电路5的输出端反馈连接至所述前置放大模块31。

[0019] 所述前置放大模块31包括依次通过电阻串联的第一放大器IC1、第二放大器IC2和第三放大器IC3，所述幅值调节电路2的输出信号Vs接入第一放大器IC1的正输入端，所述第三放大器IC3的输出端接入所述功率放大模块32，所述第一放大器IC1的输出端与第三放大器IC3的负极间连接有第五放大器IC5，所述第五放大器IC5的负极连接有第四放大器IC4，所述采样输出电路5的输出端与第四放大器IC4的负极连接，所述第二、第三、第四和第五放大器IC5的正极接地。

[0020] 前置放大模块31可如图2所示进行具体设置，IC1的正输入端极为基准电压Vs的输入端，IC1的负输入端与IC2负输入端通过5.1kΩ连接。IC2的负输入端与输出端通过5.1kΩ的电阻连接，IC2的输出端与IC3的负输入端通过5.1kΩ的电阻连接。IC3的负输入端和输出端间串联一个30kΩ的电阻，在该30kΩ的电阻的两端并联一条由一个250Ω和一个2uF电容串联而成的支路，IC3的负输入端与IC5输出端连接的电阻为5.1kΩ。IC5的负输入端与IC1的负输入端通过5.1kΩ的电阻连接，IC5的负输入端与输出端间连接的电阻为100kΩ，在该100kΩ的电阻两端并联一条由一个250Ω和一个2uF电容串联而成的支路。IC4的输出端与IC5的负输入端间连接的电阻为5.1kΩ，IC4的输出端与负输入端间的连接电阻为5.1kΩ。

[0021] 对应上述前置放大模块31，所述功率放大模块32包括基极与第三放大器IC3的输出端电阻连接的NPN型第一三极管，该第一三极管的发射极电阻接地，该第一三极管的集电极依次串联有PNP型的第二三极管和NPN型的第三三极管，所述第二三极管的发射极与第三三极管的集电极连接后通过电阻连接第二三极管的基极，所述第三三极管的发射极电阻依次连接有第一整流二极管，在第一整流二极管的负极与第三三极管的发射极间并联有多个NPN型大功率三极管，所述大功率三极管的集电极均与第三三极管的发射极电容连接，所述大功率三极管的发射极与所述第一整流二极管的负极电阻连接。功率放大环节由多个三极管并联射极连接而成，其放大倍数高，输出电流大，可有效提供大电流的输出。

[0022] 功率放大模块32可如图3所示进行具体设置，第一、第二和第三三极管依次选用型号为C3347、A1061和C3997的三极管。第一三极管的基极通过5.1kΩ的电阻连接IC3的输出端，其集电极与第二三极管的发射极间连接的电阻的值为5.1kΩ。第一整流二极管的型号为IN4004，其与第三三极管的发射极间连接的电阻为5.1kΩ。在第一整流二极管的负极与第三三极管的发射极间并联的NPN型大功率三极管有14个，其发射极端均通过0.3Ω的电阻与第一整流二极管的负极连接，此NPN型大功率三极管达林顿三极管MJ11032。

[0023] 所述量程转换电路4包括与采样输出电路的电流输出低端连接的第一绕组W1，所述第一绕组W1通过连接多个档位开关输出，可连接至电流标准表以监控。档位开关可以由继电器和按触器构成，实现键控转换，切换过量自动减下输出信号。如图4所示，档位开关为J11至J71。

[0024] 采样输出反馈环节主要由采样输出电路5实现，所述采样输出电路5包括有激励模块51和峰差检波模块52，所述峰差检波模块52设置有与第一绕组W1电磁感应连接的第二绕组W2以及与所述激励模块51电磁电性连接的第三绕组W3。

[0025] 采样输出电路5将各档电流变换成归一化的小电流进行采样，采样信号幅值高，信噪比高，温度漂移小，能够做到大电流档和小电流档具有相同的稳定度。其电路的具体设置可按图5所示进行设置，激励模块51包括型号为NE555和CD4013的两个芯片、两个三极管以及感应绕组，两芯片的管脚3对应连接。NE555的管脚2和6通过电容接地，管脚6、7间通过5.1kΩ的电阻连接，管脚7、8间串联一个5.1kΩ和一个量程10kΩ的可调电阻，且管脚8、4连接与感应绕组连接。CD4013的管脚1依次通过3.6kΩ的电阻和型号为BU806的三极管与感应绕组连接，管脚2、5连接也通过3.6kΩ的电阻和型号为BU806的三极管与感应绕组连接。

[0026] 峰差检波模块52由放大器、开关二极管、开关、第二绕组W2和第三绕组W3构成，放大器的输出端接入第二绕组W2，放大器的负输入端通过100kΩ的电阻与输出端连接，且分别通过1kΩ的电阻和有极性电容接地，该有极性电容两端设置短路开关。放大器的正输入端连接有串联1uF的电容和开关二极管的两条支路，其中一条支路中的开关二极管负极接入第三绕组W3，另一条支路中的开关二极管正极接入第三绕组W3，两个1uF的电容间串联接入两个10kΩ的电阻，开关二极管的型号可以是IN4148。

[0027] 所述采样输出电路5还包括有失衡检测模块53，所述失衡检测模块53包括PNP型第四三极管，该第四三极管的基极依次通过可变电阻、第二整流二极管与所述第三绕组W3连接，该第四三极管的的发射极接供电电源，该第四三极管的集电极依次通过发光二级管和电感器J1接地，所述可变电阻连接第三绕组W3的一端通过第一有极性电容接地，该可变电阻的另一端分别通过一电阻和第二有极性电容接地。当线路电流失衡，发光二级管闪亮进行报警。

[0028] 具体的，失衡检测模块53中的第四三极管发射极接15V的电压，第二整流二极管为两只，型号为IN4007。可变电阻的最大电阻值为30kΩ，其通过一10kΩ的电阻接地。第一有极性电容的电容为470uF，第二有极性电容100uF。

[0029] 为避免第二绕组W2和第三绕组W3相互干扰，在所述第二绕组W2和第三绕组W3间设置有屏蔽层。

[0030] 所述第二绕组W2的输出端电阻连接有第六放大器IC6，所述第六放大器IC6的输出端接入输出监视电路6。该输出监示环节由数字面板表构成，输入信号来自输出采样信号，具有较高精度。

[0031] 按上述各电路中元器件的具体设置，本技术方案可实现输出量程为0.1A至200A的恒定电流，其稳定度高（可达0.005%/1imn）和输出功率大（可达200VA），且具有输出监示功能，同时具有电流电压I/V转换输出，可通过数字电压表来测量其输出电流值，无需使用标准电阻。

[0032] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。