[发明专利]恒定电流控制环路及电子负载

说明书

本发明提供了一种恒定电流控制环路及电子负载，其中，该控制环路包括：恒定电流误差放大单元，第一输入端与差分放大单元的输出端连接，第二输入端接入恒定电流控制电压信号；功率单元组，包括多个并联的功率单元，每个功率单元的输入端与恒定电流误差放大单元的输出端连接；差分放大单元包括：电流采样电阻和差分放大器；电流采样电阻的一端与每个功率单元的输出端连接，另一端与差分放大器的输入端连接；差分放大器用于将每个功率单元输出至电流采样电阻的电流产生的电压信号进行差分放大，将差分放大后的电压信号作为反馈信号输出至恒定电流误差放大单元。上述技术方案提高了恒定电流的控制精度。

技术领域

本发明涉及恒定电流控制技术领域，特别涉及一种恒定电流控制环路及电子负载。

背景技术

在现有的恒定电流控制环路中，通过功率单元来实现恒定电流(CC，ConstantCurrent)的控制。例如，中国台湾Chroma公司的恒定电流控制环路和中国台湾Itech公司的恒定电流控制环路，如图1所示。

而美国是德公司的恒定电流控制环路则采用了较为复杂的结构实现了恒流控制，它增加了一个求和单元和误差放大单元，电路结构如图2所示。

下面对以上介绍的恒定电流控制环路的工作原理进行介绍。

恒定电流控制环路中功率单元的实现原理主要分为反相端反馈和同相端反馈。Chroma公司的恒定电流控制环路中的功率单元采用的是反相端反馈，电路示意图如图3所示，V1为外部输入电源，R4为电流采样电阻。控制电压Vin通过运算放大器U1驱动Mosfet(金属-氧化物半导体场效应晶体管，Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor)M1，并根据比例电阻R2和R3来控制R4电阻上的电位Vo，来实现恒流控制I，其控制电压会同时控制多个功率单元，所以当n个功率单元并联时，其输出电流为I×n，其中，Vo和I的计算公式如下：

Itech公司的恒定电流控制环路采用了同相端反馈原理的功率单元，电路示意图如图4所示，控制电压等于R8上的电压Vo＝Vin，从而实现恒流控制I。当多个功率单元并联的时候输出电流为I*n，其中，I的计算公式如下：

是德公司恒定电流控制环路的实现原理也为反相端反馈，然而，其在电流采样电阻R12上增加了差分放大器U4，电路图如图5所示。

当多个功率单元并联时，其功率单元会将差分电压通过一个加法器单元来实现电流的求和，电路示意图如图6所示，每一个带有sense的框代表一个功率单元，I_sense_x代表从第x个功率单元反馈回的差分电压值。

控制电压通过误差放大器，对比求和单元的反馈，并最终控制多个并联的功率单元，从而实现恒流控制，示意图如图7所示。

下面介绍以上恒定电流控制环路的缺陷。

在目前已知的技术中，每个功率单元对电流的控制都会产生误差，其误差来源主要源于功率地和信号地之间的电位差，运放产生的电压误差，电阻阻值误差和温漂。若多个功率单元并联，其误差就会累加，导致整体的恒流控制精度出现更大的偏差，而这种偏差很难通过校准纠正。

功率地和信号地之间的电位差主要取决于两个地之间的导线电阻，如图8所示，信号地(标有F的GND标识)与功率地之间的导线电阻ΔR1导致两个地之间会产生电位差，等效为Vin+ΔV，同时因为R4接地的导线电阻ΔR2，会导致实际的R4的实际电阻为R4+ΔR2，这样加入导线误差后的输出电流I，在多个功率单元并联后其误差会累加，该电流I的计算公式如下：

同理，Itech恒定电流控制环路的同相端反馈原理的功率单元也存在一样的问题。加入导线误差后的输出电流为I，在多功率单元并联后会导致误差的累加，该电流I的计算公式如下：