[发明专利]一种低噪声浮地电流源

说明书

本发明公开了一种低噪声浮地电流源，包括供电装置，供电装置包括储能器件，用于提供电流源所需要的电能；电流调节装置，与供电装置连接，用于根据外部输入信号控制供电装置向负载线圈输出电流；充电装置，包括充电电源和充电电路，充电电源通过充电电路与供电装置连接，当电流调节装置的电流输出回路连通时，充电电路断开，当电流调节装置电流输出回路断开时，充电电路连通控制充电电源为供电装置充电，充电装置与电流调节装置和负载线圈并联，负载线圈用于形成磁场对原子进行控制，电流输出回路包括串联的电流调节装置和负载线圈，电流输出回路两端连接储能器件的正负电极，可以为冷原子或超冷原子试验提供低噪声浮地电流源。

技术领域

本发明属于电流源领域，特别是用于磁场控制的高精度低噪声大电流源。

背景技术

冷原子与超冷原子提供了一种非常理想的微观量子态，在量子物理与量子信息相关实验中占据着重要的地位。我们需要在线圈中通电流以产生磁场(磁光阱，磁阱)来对原子进行操纵。因为需要产生特定波形的磁场，电流大小需要模拟可控；原子对磁场敏感的实验，还需要所通电流的噪声小；实验中需要在固定电感下产生所需磁场，因此需要电流达到数百安培；一些实验需要快速提升磁场，因此对电路的模拟带宽以及电流的摆率有相应要求。

一般的商用电流源噪声大，体积大，动态响应慢，满足不了实验需求。如Keysight(德科技(中国)有限公司)的240A电源6682A，其电流噪声为40mA(rms，20Hz到20MHz)，输出电压编程时间为45ms。

百安量级大电流源通常使用开关电源供电，并用金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)等三极管调节电流进行电流控制。开关电源通常有开关噪声，因此电流中也会含有开关频率的噪声。此外，虽然这些开关电源的负极与市电地可以是隔离的，但是往往会有电容性的耦合，其高频隔离效果不太好。如此可能会形成潜在的地环路，而实验室中会有很多大功率电器，使市电地有很多噪声，这些噪声也会通过公用的地通路耦合进电流中。

另外，在冷原子实验中，还需要磁场快速变化，因此要求电流源有一定的带宽。例如，光钟实验中，需要电流能快速的(2ms内)从大约30A的电流切换到1.2A的小电流。

以往用电池有做mA级小电流电流源的，也有用大电池输出直流电流的。然而目前并没有使用电池做如此大电流高带宽电流源的。

也即，现在亟待解决的是提供一种抗噪能力强、可以快速调解电流大小、高带宽的电流源。

发明内容

为了提高电流源的抗噪能力，实现电流源的快速调节能力以及增大电流源的带宽，本公开提供一种低噪声浮地电流源，具体方案如下。

一种低噪声浮地电流源，包括：

供电装置，其中，所述供电装置包括储能器件，用于提供所述低噪声浮地电流源所需要的电能；

电流调节装置，与所述供电装置连接，用于根据外部输入信号控制所述供电装置向负载线圈输出电流；

充电装置，包括充电电源和充电电路，所述充电电源通过所述充电电路与所述供电装置连接，当所述电流调节装置的电流输出回路连通时，所述充电电路断开，当所述电流调节装置电流输出回路断开时，所述充电电路连通控制所述充电电源为所述供电装置充电，所述充电装置与所述电流调节装置和所述负载线圈并联，其中，所述负载线圈用于在与所述电流调节装置串联后，形成磁场对原子进行控制，所述电流输出回路包括串联的所述电流调节装置和所述负载线圈，所述电流输出回路两端连接所述储能器件的正负电极。

根据本公开提供的一些实施例，所述电流调节装置包括调整管和调整管驱动电路，所述调整管与所述负载线圈串联，所述调整管包括绝缘栅双极型晶体管或者金属-氧化物半导体场效应晶体管。