压控恒流源电路的制作方法

1.本技术涉及电子器件技术领域，例如涉及一种压控恒流源电路。


背景技术：

2.随着各种微型传感器、智能家居/电器、玩具等市场的爆炸式增长，恒定输出电流的电路设计因具备响应快，精度高、稳定性好，适合各种性质负载(阻性、感性、容性)等优点，越来越引起人们的重视。
3.在矿井环境监测系统中，特别是顶板压力进行稳定地实时监测对防止坍塌事故的发生以及减灾防灾都有重大意义。此外，压控恒流源电路不仅能满足煤矿行业传感器上的应用，还能用于驱动各种工业自控环境，如石化、油井、管道等行业的集成式压力传感器。
4.在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：
5.目前，现有的压控电流源电路，其适用的输出电流相对较小、精度差、动态功耗大、设计复杂难以集成到微型玩具、传感器电路内部，不利于降低制造成本。
6.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

7.为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。
8.本公开实施例提供了一种压控恒流源电路，以解决传统的压控电流源电路输出电流相对较大、精度较差、动态功耗大，设计复杂难以集成到微型玩具、传感器电路内部，进而制造成本较高的问题。
9.在一些实施例中，包括工作电路和以下电路的工作流程：
10.机箱主机系统启动时，pxi控制器通过机箱与数字电路母板接插件cp_j1的硬件连接，与pci桥接芯片完成通信；
11.系统注册表为每一块板卡建立一份信息表；
12.确定eeprom数据的正确性，确保eeprom数据中存储的初始化程序和系统注册表信息是正确且完整的；
13.在上位机程序通过调用fpga电路存储在eeprom中的初始化程序时，初始化程序首先读取系统注册表中信息，板卡执行初始化操作；
14.通过fpga电路控制mcu控制继电器，输出指定电流。
15.可选的，所述工作电路分为数字部分电路母板和模拟部分电路子板两个部分，所述数字部分电路母板包括接口电路及cpci9054、fpga电路及用于进行子板控制的mcu，所述模拟部分电路子板主要包括dac、adc、vi转换电路、输出接口电路、采样电阻和磁耦隔离电器，所述pxi机箱包括pxi控制器和pxi机箱电源。
16.可选的，所述接口电路及cpci9054、fpga电路用于实现cpci接口通信，mcu选用意法半导体生产的采用arm架构的stm32控制器，用于实现子板模拟电路的控制，cpci接口部分电路主要包括110针的压接接插件、pci9054芯片和fpga芯片。
17.可选的，所述mcu驱动dac输出标准电压并设置合适的电流量程，vi转换电路可将dac的输出电压等比例转换为标准电流进行输出，转换比例与量程切换电路的设置值直接相关，adc通过测量采样电阻压降获取恒流输出实测值并发送给mcu，实现对输出状态的实时监测。
18.可选的，所述压控恒流源电路包括运放ad72型运算放大器、nds3555n型nmos管和nds356pmos管、电容元件组件和电阻元件组件，输入电压v
in
加到运算放大器u1b的同相输入端，其中，运算放大器u1b的输出电压控制mos管的电流开关。
19.可选的，根据运放虚短虚断的原理，输入电压v
in
＝v1，
20.根据i0＝v
in
×
r3/(r1×
r5)，调节输出负载电流的大小，其中，i0为输出负载电流，v
in
为输入电压，r1为第一电阻阻值，r3为第三电阻阻值，r5为第五电阻阻值。
21.可选的，所述压控恒流源电路中c3和r4的主要作用是滤波，当输入电压或负载瞬间变化时，保证电路运行的稳定性，r4为r5的8～12倍。
22.本公开实施例提供的压控恒流源电路，可以实现以下技术效果：
23.1、本发明提供了一种压控恒流源电路，该电路利用简单电路将输入电压转换成恒定电流进行输出，同时设计简单，易集成到玩具、仪器仪表等核心板中，用以恒流驱动led灯和微型压力传感器等元件。
24.2、本发明提供了一种压控恒流源电路，该电路利用mos管、运放作为核心器件，mosfet管属于压控器件，确保eeprom中存储的初始化程序和系统注册表信息是正确且完整的，需要使用正确的固件版本和配置文件，以确保正确识别板卡，同时栅极需要的电流很小，相比传统的三极管，电流的精度进行了提升，同时根据运放的“虚短、续断”特性，通过将输入标准电压转换为标准负载电流进行输出，同时电路设计简单，成本小，精度高。
25.以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本技术。
附图说明
26.一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：
27.图1为本发明一种压控恒流源电路的设计原理示意图；
28.图2为本发明一种压控恒流源电路的恒流源板卡原理框图。
具体实施方式
29.为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其他情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。
30.本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
31.除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。
32.本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，a/b表示：a或b。
33.术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，a和/或b，表示：a或b，或，a和b这三种关系。
34.术语“对应”可以指的是一种关联关系或绑定关系，a与b相对应指的是a与b之间是一种关联关系或绑定关系。
35.需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
36.实施例：
37.结合图1-2所示，本公开实施例提供一种压控恒流源电路，
38.s1.pxi机箱消除静电，以避免静电对板卡造成损害；
39.s2.同时在插入板卡之前，确保pxi机箱已经断开了电源，并且没有电流通过，这样防止电击和对板卡的损害；
40.s3.然后，板卡应该正确地插入机箱，确保插口和插槽对齐，并且不强行插入或歪斜插入，如果感觉有阻力，不要强制插入，以免损坏插槽或板卡；
41.s4.然后再将板卡插入pxi机箱；
42.s5.机箱主机系统启动时，pxi控制器通过机箱与数字电路母板接插件cp_j1的硬件连接，与pci9054芯片完成通信，cpci9054是一款具有高速总线接口的高性能计算机总线插件(computerpci board)，cpci9054采用了compactpci总线标准接口，并配备了一颗功能强大的处理器，能够支持高性能计算和数据处理应用，此插件通常被用于工业自动化、通信设备、高速数据采集、图像处理等领域，提供稳定可靠的计算和数据传输性能，同时pci9054芯片是一种常用的pci桥接芯片，它使得pxi控制器可以通过pci总线与机箱母板进行通信，在系统启动过程中，pxi控制器将发出相应的信号，通过cp_j1连接器与将信号转发到机箱母板上的pci9054芯片，pci9054芯片负责将这些信号转换为逻辑操作，并将其传递给其他模块和设备，插件cp_j1是一个用于joomla的扩展插件，joomla是一种开源的内容管理系统，允许用户创建、发布和管理网站的内容；
43.s6.同时系统注册表为每一块板卡建立一份信息表；
44.s7.再确定eeprom数据的正确性，确保eeprom中存储的初始化程序和系统注册表信息是正确且完整的，需要使用正确的固件版本和配置文件，以确保正确识别板卡；
45.s8.一旦上位机程序通过调用fpga存储在eeprom中的初始化程序，初始化程序首先读取系统注册表中信息，板卡执行初始化操作，表示板卡已经被成功识别；
46.s9.然后，通过fpga控制mcu控制继电器，输出指定电流。
47.该电路利用mos管、运放作为核心器件，mosfet管属于压控器件，栅极需要的电流很小，相比传统的三极管，电流的精度进行了提升，同时根据运放的“虚短、续断”特性，通过将输入标准电压转换为标准负载电流进行输出，同时电路设计简单，成本小，精度高。
48.工作电路分为数字部分电路母板和模拟部分电路子板两个部分，数字部分电路母板包括接口电路及cpci9054、fpga电路及用于进行子板控制的mcu，模拟部分电路子板主要包括dac、adc、vi转换电路、输出接口电路、采样电阻和磁耦隔离电器，pxi机箱包括pxi控制器和pxi机箱电源，
49.进一步地，接口电路及cpci9054、fpga电路用于实现cpci接口通信，mcu选用意法半导体生产的采用arm架构的stm32控制器，用于实现子板模拟电路的控制，cpci接口部分电路主要包括110针的压接接插件、pci9054芯片和fpga芯片，mcu驱动dac输出标准电压并设置合适的电流量程，vi转换电路可将dac的输出电压等比例转换为标准电流进行输出，转换比例与量程切换电路的设置值直接相关，adc通过测量采样电阻压降获取恒流输出实测值并发送给mcu，实现对输出状态的实时监测。
50.如图1所示，压控恒流源电路包括运放ad72型运算放大器、nds3555n型nmos管、nds356pmos管、电容元气组件、电阻元气组件，输入电压v
in
加到运算放大器u1b的同相输入端，u1b的输出电压控制mos管q2的导通或关闭，其中q1为p型mos管，由放大器u1a控制它的通断，j1为负载连接器，q2是指由nds3555n型nmos管和nds356pmos管组成的一个mosfet导通或关闭的元件，在这个电路中，q2被用作控制电流的开关，根据运放u1b的输出电压的变化来控制其导通或关闭，通过控制q2的导通状态，可以实现压控恒流源电路的恒流输出，ad72型运算放大器用于将输入电压转化为控制信号，控制nmos管q2的通断状态，nds3555n型nmos管：根据u1b的控制信号，控制该管道的导通或关闭状态，导通时，电流通过j1负载，nds356pmos管：由放大器u1a控制，其导通导致u1b输出电压下降，进而控制q2的关闭，断开电流流过j1负载的通路。
51.其中，电容元件组件可以用于滤波、耦合等功能，电阻元件组件可以用于限流、分压等功能，j1为负载，通过电流流经该负载。
52.根据运放虚短虚断的原理可知，输入电压v
in
＝v1，
53.i2＝i1＝v
in
/r
5 (1)
[0054]v2
＝v
cc-i2×r3 (2)
[0055]v2
＝v
cc-v
in
×
r3/r5＝v
3 (3)
[0056]
同时，io＝i3＝(v
cc-v3)/r1；
ꢀꢀ
(4)
[0057]
由以上公式可推导出负载电流与输入电压的关系，如下式(5)所示，通过控制v
in
端的电压即可控制输出负载电流的大小，例如：1v输入电压对应着100ma的恒定输出电流。
[0058]
i0＝v
in
×
r3/(r1×
r5) (5)
[0059]
其中，r4/c3和r2/c1起滤波作用，在输入电压和负载瞬间变化时保证电路的稳定性。
[0060]vin
表示输入电压；
[0061]vcc
表示功放器件的供电电压；
[0062]
i1表示流经电阻r5的电流，单位安培a；
[0063]
i2表示流经电阻r3的电流，单位安培a；
[0064]
i3表示流经电阻r1的电流，单位安培a；
[0065]io
表示恒流源电路的输出电流，单位安培a。
[0066]
压控恒流源电路中c3和r4的主要作用是滤波，当输入电压或负载瞬间变化时，保
证电路运行的稳定性，r4约为r5的10倍，但也不适宜过大，否则，运放的偏置电流将会产生较大的偏置电压，rc参数也会影响电路的动态响应速度，因此也不适宜过大，电路中运放应尽量选择低偏置、轨至轨型输出的运放，以减小误差，并满足输出小电流的要求，此外，还需注意散热问题。假设r3阻值较大，r5阻值较小时，负载电阻为2ω等参数配置下，mos管上的功率可达4～5w，需要加一个稍大的散热片才行。
[0067]
以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。本公开的实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

技术特征：
1.一种压控恒流源电路，其特征在于，包括工作电路，所述工作电路的工作流程如下：机箱主机系统启动时，pxi控制器通过机箱与数字电路母板接插件cp_j1的硬件连接，与pci桥接芯片完成通信；系统注册表为每一块板卡建立一份信息表；确定eeprom数据的正确性，确保eeprom数据中存储的初始化程序和系统注册表信息是正确且完整的；在上位机程序通过调用fpga电路存储在eeprom中的初始化程序时，初始化程序首先读取系统注册表中信息，板卡执行初始化操作；通过fpga电路控制mcu控制继电器，输出指定电流。2.根据权利要求1所述的压控恒流源电路，其特征在于，所述工作电路分为数字部分电路母板和模拟部分电路子板两个部分，所述数字部分电路母板包括接口电路及cpci9054、fpga电路及用于进行子板控制的mcu，所述模拟部分电路子板主要包括dac、adc、vi转换电路、输出接口电路、采样电阻和磁耦隔离电器，所述pxi机箱包括pxi控制器和pxi机箱电源。3.根据权利要求1所述的压控恒流源电路，其特征在于，所述接口电路及cpci9054、fpga电路用于实现cpci接口通信，mcu选用意法半导体生产的采用arm架构的stm32控制器，用于实现子板模拟电路的控制，cpci接口部分电路主要包括110针的压接接插件、pci9054芯片和fpga芯片。4.根据权利要求1所述的压控恒流源电路，其特征在于，所述mcu驱动dac输出标准电压并设置合适的电流量程，vi转换电路可将dac的输出电压等比例转换为标准电流进行输出，转换比例与量程切换电路的设置值直接相关，adc通过测量采样电阻压降获取恒流输出实测值并发送给mcu，实现对输出状态的实时监测。5.根据权利要求1所述的压控恒流源电路，其特征在于，所述pci桥接芯片为pci9054芯片，用于使pxi控制器可以通过pci总线与机箱母板进行通信，在系统启动过程中，pxi控制器将发出相应的信号，通过cp_j1连接器与将信号转发到机箱母板上的pci9054芯片，pci9054芯片用于将这些信号转换为逻辑操作。6.根据权利要求1所述的压控恒流源电路，其特征在于，包括运放ad72型运算放大器、nds3555n型nmos管和nds356pmos管、电容元件组件和电阻元件组件，输入电压v
in
加到运算放大器u1b的同相输入端，其中，运算放大器u1b的输出电压控制mos管的电流开关。7.根据权利要求1所述的压控恒流源电路，其特征在于，根据运放虚短虚断的原理，输入电压v
in
＝v1，根据i0＝v
in
×
r3/(r1×
r5)，调节输出负载电流的大小，其中，i0为输出负载电流，v
in
为输入电压，r1为第一电阻阻值，r3为第三电阻阻值，r5为第五电阻阻值。8.根据权利要求6所述的压控恒流源电路，其特征在于，所述压控恒流源电路中c3和r4的主要作用是滤波，当输入电压或负载瞬间变化时，保证电路运行的稳定性，r4为r5的8～12倍。

技术总结
本申请涉及电子器件领域，公开了一种压控恒流源电路，其在机箱主机系统启动时，PXI控制器通过机箱与数字电路母板接插件CP_J1的硬件连接，与PCI桥接芯片完成通信，系统注册表为每一块板卡建立一份信息表，确定EEPROM数据的正确性，确保EEPROM数据中存储的初始化程序和系统注册表信息是正确且完整的，在上位机程序通过调用FPGA电路存储在EEPROM中的初始化程序时，初始化程序首先读取系统注册表中信息，板卡执行初始化操作，通过FPGA电路控制MCU控制继电器，输出指定电流。本发明中利用简单电路将输入电压转换成恒定电流进行输出，设计简单，易集成到玩具、仪器仪表等核心板中，降低了生产成本。生产成本。生产成本。


技术研发人员：张永江 李伟希 李坤
受保护的技术使用者：西安超越申泰信息科技有限公司
技术研发日：2023.08.21
技术公布日：2023/10/15