[发明专利]大功率负压数控恒流模块

说明书

技术领域

本发明属功率ASIC技术领域，尤其涉及一种大功率负压数控恒流模块。

背景技术

数控恒流模块是在传统恒流器件无法替代的条件下提出研究的，它是一种以数字信号控制输出电流为特征的恒流模块。它不仅输出电流可调范围宽、允许工作电压变化范围大、电路接口与TTL兼容，而且体积小、调节方便，具有优良的电性能。可广泛应用于传统恒流器件无法涉足的技术领域，在数字电路技术应用中具有独特的优势。

盛法生等公开了一种DCM02型恒流模块(盛法生，范雅俊，吕品桢.DCM02型数控恒流器件的设计分析[J].杭州大学学报(自然科学版)，1997，24(2)：125-132)，该器件偏置电压与TTL兼容，具有高效率、使用方便等特点。

盛法生等公开了一种数控恒流器件(盛法生，范雅俊，毕 净.一种采用数字信号控制的高稳定性恒流器件[J].仪器仪表学报，1999，20(3)：225-228)，采用模块化结构，功耗低，体积小，且具有优良的电性能。

上述器件的应用是在正电压情况下工作的，不能在负电压情况下工作，而且没有解决数字电路部分与模拟电路部分的有效隔离。

发明内容

本发明提供了一种可靠性高、体积小、功耗低和易调节的大功率负压数控恒流模块。

一种大功率负压数控恒流模块，包括：D/A转换芯片、光电隔离器、运算放大器、反馈单元VMOS场效应管，输入的数字信号依次经D/A转换芯片和光电隔离器转换后输入运算放大器的正相端，反馈单元将VMOS场效应管的栅极电压和源极电压反馈至运算放大器的负相端，运算放大器比较运算后输出控制信号至VMOS场效应管的栅极，控制VMOS场效应管的漏极输出恒定电流。

所述的D/A转换芯片采用串行数字信号输入，外接第十电阻，进行第一级线性修正。

所述的光电隔离器输出端和运算放大器正相端设有线性修正单元，所述的线性修正单元由第二电阻、第八电阻、第九电阻和第一电阻组成，第九电阻与第一电阻并联，并联后的阻值与第二电阻串联，串联后的阻值与第八电阻并联，该修正单元对恒流模块进行第二级线性修正。

上述恒流模块还包括连接VMOS场效应管源极的第七电阻，调节第五电阻的反馈电压，连接运算放大器输出端的第六电阻；第六电阻、第七电阻、第一电阻、第八电阻和第九电阻连接共同结点。

所述的反馈单元包括并联的第四电阻和第五电阻，第四电阻和第五电阻一端共同连接运算放大器的负相端，另一端分别连接VMOS场效应管的栅极和漏极，对恒流模块进行第三级线性修正。

本发明还提供了上述大功率负压数控恒流模块在功率集成电路中的应用。

本发明恒流模块通过应用光电隔离器，确保数字电路与模拟电路的有效隔离，同时应用了三级线性修正，第一级修正在D/A转换电路中，其线性修正确保步距电流的线性和D/A转换的高精度；第二级线性修正是保证光电转换后的线性输出，第三级修正是保证VMOS管的线性输出。

本发明恒流模块的模拟电路部分在负电压下工作，起始电压低，电流可调范围宽、电路接口与TTL兼容、可靠性高、体积小、功耗低、易调节。该模块可应用于计算机控制，机器人，光纤通信，军事装备，智能化仪器仪表及其它自动化控制等方面。

附图说明

图1为本发明恒流模块的模块结构图；

图2为本发明恒流器的电路原理图；

图3为本发明恒流模块的伏安特性图；

图4为本发明恒流模块控制信号时序图；

图5为本发明恒流模块10bit输入与输出对应关系图。

具体实施方式

如图所示，一种大功率负压数控恒流模块，包括D/A转换芯片U1、光电隔离器U2、运算放大器A、反馈单元B和VMOS场效应管VT。输入的数字信号依次经D/A转换芯片U1、光电隔离器U2转换输入运算放大器A的正相端，反馈单元将VMOS场效应管VT的栅极电压和源极电压反馈至运算放大器A的负相端，运算放大器A比较运算后输出控制信号至VMOS场效应管VT的栅极，控制VMOS场效应管VT的漏极输出恒定的电流。

D/A转换芯片采用串行数模转换，外连电阻R10使得D/A基准电源可调。D/A转换芯片U1在时钟脉冲作用下，输入的数字信号通过移位寄存器逐位读入，在两个锁存脉冲间隔输入10个时钟周期脉冲，锁存10位数字信号并完成D/A转换，D/A转换后的模拟信号与基准电源进行比较后输入光电隔离器U2。