[发明专利]具有开启电压预处理功能的数控恒流源装置

说明书

技术领域

本发明涉及仪器仪表和电子测量领域，尤其是一种具有开启电压预处理功能的数控恒流源装置，可广泛应用于开关电源、线性电源、电子负载和直流电阻测量等仪器仪表或设备中。

背景技术

数控恒流源是一种常用的电子电路，在电力电子设备老化、线性电源、开关电源、电子负载、过流检测等场合中广泛应用。

常见的数控恒流源如附图1所示，以运算放大器为核心的电路组成了一个深度负反馈，采用大功率N沟道增强型绝缘栅场效应管作为电流转换元件以满足大电流输出的要求；附图2为N沟道增强型绝缘栅场效应管的转移特性曲线和输出特性曲线，根据附图2可知，由于开启电压U_GS(th)的存在，只有栅极-源极之间的电压高于U_GS(th)时，场效应管才能起到控制漏极电流大小的作用。由于开启电压U_GS(th)的存在，电路开启初始的一段时间运算放大器输出电流对场效应管电容充电的作用，这部分能量仅仅在于克服场效应管的转移特性曲线中开启电压U_GS(th)的影响，导致场效应管导通速度慢，场效应管驱动电路的驱动效率较低，特别的降低大功率恒流源的动态响应性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种具有开启电压预处理功能的数控恒流源装置，通过增加针对大功率N沟道场效应管开启电压的预处理措施，适当提高大功率N沟道场效应管的初始栅极电压，从而起到加快场效应管的导通速度的作用，于是既可以提高场效应管驱动电路的驱动效率，又可以改善大功率数控恒流源的动态响应性能，具有良好的应用前景。

本发明所采用的技术方案为：一种具有开启电压预处理功能的数控恒流源装置，包括微处理器单元MCU、控制单元FPGA、数模转换单元DAC1、数模转换单元DAC2、同相比例放大器单元、反相比例放大器单元、误差放大器单元、扩流电路单元、开启电压设置单元、差分电路单元、功率场效应管单元、电压源VCC、量程电阻和负载。微处理器单元MCU连接到控制单元FPGA，控制单元FPGA连接到数模转换单元DAC1和数模转换单元DAC2；数模转换单元DAC1连接到同相比例放大器单元，同相比例放大器单元连接到误差放大器单元，误差放大器单元连接到扩流电路单元的输入端，扩流电路单元的输出端连接到场效应功率管的栅极，场效应功率管的漏接连接电压源VCC，场效应管的源极连接到量程电阻Rs的一端，量程电阻Rs的另一端连接到负载RL，负载RL的另一端接地，差分放大器单元的同相输入端连接量程电阻Rs的一端和场效应管的源极，误差放大器的反相输入端与量程电阻Rs的另一端和负载RL的一端相连接，误差放大器单元的输出端连接到误差放大器的另一路输入端；数模转换单元DAC2的输出端连接到同相放大器单元的输入端，同相放大器单元的输出端连接到开启电压设置单元的输入端，开启电压设置单元的输出端连接到误差放大器单元的输出端和扩流电路单元的输入端。

进一步的说，本发明所述的微处理器单元MCU与控制单元FPGA相连，实现微处理器单元与FPGA单元之间的通讯；其中，所述的微处理器单元与上位机相连，接收上位机发出的控制指令。控制单元FPGA通过同步串行通讯总线SPI1连接串行输入数模转换单元DAC1和数模转换单元DAC2，数模转换单元DAC1的输出连接反相比例放大器单元，数模转换单元DAC1和数模转换单元DAC2的输出电压为都为正电压，实现数字量到模拟量的转换。

再进一步的说，本发明数模转换单元DAC1的输出连接到反相比例放大器单元的输入端，反相比例放大器单元的输出端连接到误差放大器单元的一路输入端，作为数控恒流源的输入基准电压；以误差放大器单元为核心，误差放大器单元、扩流电路单元、功率场效应管、量程电阻Rs、误差放大器单元、组成了一个深度负反馈电路；基准电压可调节所述的电流源装置输出电流的强度，所述的一种具有开启电压预处理功能的数控功率恒流源装置属于压控电流源VCCS。

再进一步的说，本发明数模转换单元DAC2的输出连接到同相比例放大器单元的输入端，同相比例放大器单元的输出端连接到开启电压设置单元的输入端，同相比例放大器单元的输出电压作为开启电压设置单元的参考电压，开启电压设置单元的输出端连接误差放大器单元的输出端和扩流电路单元的输入端，实现对功率场效应管的栅极电压预处理。