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CN108227812A - 一种高稳定高精度电流源电路 - Google Patents

一种高稳定高精度电流源电路 Download PDF

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Publication number
CN108227812A
CN108227812A CN201611155266.9A CN201611155266A CN108227812A CN 108227812 A CN108227812 A CN 108227812A CN 201611155266 A CN201611155266 A CN 201611155266A CN 108227812 A CN108227812 A CN 108227812A
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CN
China
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operational amplifier
field
effect tube
resistance
way
Prior art date
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Pending
Application number
CN201611155266.9A
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English (en)
Inventor
刘炜
吕俊
王晓勇
张晓敏
於二军
惠亮
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Xian Aeronautics Computing Technique Research Institute of AVIC
Original Assignee
Xian Aeronautics Computing Technique Research Institute of AVIC
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Publication date
Application filed by Xian Aeronautics Computing Technique Research Institute of AVIC filed Critical Xian Aeronautics Computing Technique Research Institute of AVIC
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/565—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
    • G05F1/567—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for temperature compensation

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Abstract

本技术属于机载计算机接口领域，涉及一种高稳定高精度电流源电路，包括D/A转换器、第一运算放大器OP1、第二运算放大器OP2、第一场效应管V1、第二场效应管V2、二极管V3，二极管V3位于第二运算放大器OP2和电阻R4与电源+15V之间，使得第二运算放大器OP2在电路输出小电流时避开非线性区，第一运算放大器OP1的连接方式为正反馈，输出端连接第一场效应管V1。

Description

一种高稳定高精度电流源电路
技术领域
本技术属于机载计算机接口领域，涉及一种高稳定高精度电流源电路。
背景技术
随着国内一系列小型飞机特别是无人机设计研发的开展，飞机结构设计越来较小，为有效降低飞行器的尺寸和重量，起落架系统采用结构较为紧凑的装置实现，直接造成飞机机轮和机轮刹车片面积减少，刹车效率降低，对飞机刹车控制系统的精确和高效要求越来越高。这要求刹车系统具有更高的压力伺服阀控制精度和更快的控制速度。
机载作动器使用的压力伺服阀是通过电流驱动输出压力的，它的输出压力和输入控制电流成线性关系，为了实现输出压力的稳定和准确，要求控制电流必须准确、快速且高度稳定。一般的设计电路存在如下缺陷：
1.运算放大器具有一定的非线性区，导致输出临近0mA微小电流值时处于非线性工作而无法稳定输出预定电流；
2.三极管因集成电路工艺的原因，内部的漏电流较大，会直接降低电流输出的精度和增加电路反应时间。
特别是在振动和高低温环境因素，往往造成导致输出电流不稳甚至超差等问题，进而降低刹车系统的控制精度和效率。本发明是为了解决上述问题，提出了一种基于运算放大器、场效应管和二极管的电流源电路，有效解决了电流输出电路在小电流域不稳定、电流精度差、反应时间长等的问题，实现了稳定、高精度电流源输出，提高刹车系统的控制精度和效率。
发明内容
本发明的目的是提出了一种高稳定高精度电流源电路，解决输出小电流域不稳定、电流精度差、反应时间长等问题。
具体发明技术方案如下：
一种高稳定高精度电流源电路，包括D/A转换器、第一运算放大器OP1、第二运算放大器OP2、第一场效应管V1、第二场效应管V2、二极管V3，二极管V3位于第二运算放大器OP2和第四电阻R4与电源+15V之间，使得第二运算放大器OP2在电路输出小电流时避开非线性区，第一运算放大器OP1的连接方式为正反馈，输出端连接第一场效应管V1。
所述的一种高稳定高精度电流源电路，其特征在于，具体连接关系如下：D/A转换器的输出端与第一电阻R1、第二电阻R2串联连接到AGND，第一运算放大器OP1的负端连接第一电阻R1和第二电阻R2的连接点，第一运算放大器OP1的正端分为两路，一路通过第三电阻R3连接到AGND，一路连接到第一场效应管V1的漏极，形成正反馈连接，第一运算放大器OP1的输出端连接第一场效应管V1的栅极；第二运算放大器OP2的负端分为两路，一路连接第二电阻R2的一端，一路连接第二场效应管V2的源极，形成负反馈连接，第二运算放大器OP2的正端分为两路，一路连接第四电阻R4的一端、一路连接第一场效应管V1的源极，第二运算放大器OP2的输出端连接第二场效应管V2的栅极；第四电阻R4与第二电阻R2直接相连，+15V电源通过二极管V3连接到第四电阻R4和第二电阻R2的连接点上，第二场效应管V2的漏极的连接对外部输出的接口。
本发明的有益效果是：有效解决了电流输出电路在小电流域不稳定、电流精度差、反应时间长等的问题，实现了稳定、高精度电流源输出，提高刹车系统的控制精度和效率。
附图说明
图1为高稳定高精度电流源电路的原理图。
具体实施方式
D/A转换器的输出端与电阻R1、R2串联连接到AGND。当D/A转换器的输出电压Uin时，R1、R2之间的连接点上会产生电压U1+＝Uin*(R2/(R1+R2))。
第一运算放大器OP1的负端连接电阻R1、R2的连接点。第一运算放大器OP1的正端分为两路，一路通过电阻R3连接到AGND，一路连接到第一场效应管V1的漏极，形成正反馈连接，产生电压U1-。第一运算放大器OP1的输出端连接第一场效应管V1的栅极。由OP1、V1共同形成的负反馈电路，使得U1+＝U1-，进而I2＝U1-/R3＝U1+/R3。因第一运算放大器OP1为正反馈连接，U1-的建立时间缩短50％；第一场效应管V1漏电流很小，使得I2精度提升5％以上。
第二运算放大器OP2的负端分为两路，一路连接电阻R5的一端，一路连接第二场效应管V2的源极，形成负反馈连接，并产生电压U2-。第二运算放大器OP2的正端分为两路，一路连接电阻R4的一端、一路连接第一场效应管V1的源极，并产生电压U2+。第二运算放大器OP2的输出端连接第二场效应管V2的栅极。由OP2、V2共同形成的负反馈电路，使得U2+＝U2-，可知R4和R5上的分压是相等的，所以通过R4和R5的电流之比为R4、R5电阻值的反比，即I0:I1＝R4:R5。由于I1和I2在同一条回路上，所以I1＝I2。
R4、R5的另一端直接相连。+15V电源通过二极管V3连接到R4、R5的连接点上。二极管V3的电压降(0.7V)使得第二运算放大器OP2在电路输出小电流时正负端电压不超过14.3V,可以避开非线性区(14.5V以上)，一直稳定工作在线性区。
第二场效应管V2的漏极的连接对外部输出的接口。第二场效应管V2漏电流同样很小，所以Iout＝I0＝(R4/R5)*I2＝(R4/R5)*(U1+/R3)
即Iout＝Uin*(R4/R5)R2/R3(R1+R2)＝Uin*(R2R4/(R1+R2)R3R5)
第一、第二运算放大器选择LF147J；第一、第二场效应管选用VPO300；二极管选用1N5806；将电阻R1、R2、R3、R4、R5的电阻阻值分别使用15KΩ、5KΩ、500Ω、1KΩ和5Ω，均为B档0.1％的精度。
将各参数代入公式得：Iout＝100Uin；单位是mA。
当D/A转换器输出0V电压时，输出电流是0mA。
当D/A转换器输出10V电压时，输出电流是1000mA。
可见输出电流范围为0-1A，电路适用范围非常广泛。
本发明应用于刹车控制系统中，按本发明中所提出的电路原理设计电路，有效的提高了电流输出精度和加快了反应时间，并同时增加了电路在输出小电流域的稳定性，提升了压力伺服阀控制效率。

Claims (2)

1.一种高稳定高精度电流源电路，包括D/A转换器、第一运算放大器(OP1)、第二运算放大器(OP2)、第一场效应管(V1)、第二场效应管(V2)、二极管(V3)，其特征在于，二极管(V3)位于第二运算放大器(OP2)和第四电阻(R4)与电源+15V之间，使得第二运算放大器(OP2)在电路输出小电流时避开非线性区，第一运算放大器(OP1)的连接方式为正反馈，输出端连接第一场效应管(V1)。
2.根据权利要求1所述的一种高稳定高精度电流源电路，其特征在于，具体连接关系如下：D/A转换器的输出端与第一电阻(R1)、第二电阻(R2)串联连接到AGND，第一运算放大器(OP1)的负端连接第一电阻(R1)和第二电阻(R2)的连接点，第一运算放大器(OP1)的正端分为两路，一路通过第三电阻(R3)连接到AGND，一路连接到第一场效应管(V1)的漏极，形成正反馈连接，第一运算放大器(OP1)的输出端连接第一场效应管(V1)的栅极；第二运算放大器(OP2)的负端分为两路，一路连接第二电阻(R2)的一端，一路连接第二场效应管(V2)的源极，形成负反馈连接，第二运算放大器(OP2)的正端分为两路，一路连接第四电阻(R4)的一端、一路连接第一场效应管(V1)的源极，第二运算放大器(OP2)的输出端连接第二场效应管(V2)的栅极；第四电阻(R4)与第二电阻(R2)直接相连，+15V电源通过二极管(V3)连接到第四电阻(R4)和第二电阻(R2)的连接点上，第二场效应管(V2)的漏极的连接对外部输出的接口。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication
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