一种动态调节电压的恒流输出电路的制作方法

本发明涉及恒流输出控制，具体涉及一种动态调节电压的恒流输出电路。

背景技术：

1、目前，工业仪表中广泛使用的4~20ma输出电路多采用线性恒流方案，其供电端通常直接接入固定24v电源，导致线性调整管两端需承受供电电压与回路负载电压之间的全部剩余压降。当负载电阻较小或输出电流较大时，调整管上的无用压差显著增大，无用功耗随之增加，器件发热严重，不仅降低电路效率，还影响仪表长期稳定性。尤其在低功耗仪表和高环境温度场合，发热问题更为突出，制约了仪表在紧凑空间或本安防爆场景下的应用可靠性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种动态调节电压的恒流输出电路，以解决现有技术中固定电压供电方式下线性调整管无用功耗高、发热严重的问题。

2、本发明提供一种动态调节电压的恒流输出电路，包括：动态调压模块、恒流输出模块、检测模块及控制模块，其中，动态调压模块，其输入端与外部电源连接，其输出端与恒流输出模块的供电端连接，其控制端与控制模块的第一输出端连接，动态调压模块用于基于控制模块输出的控制信号调节输出至恒流输出模块的供电电压；恒流输出模块，其输入端与控制模块的第二输出端连接，其输出端与检测模块的输入端连接，恒流输出模块用于基于控制模块输出的设定电流信号输出稳定的直流电流；检测模块，其第一输出端及第二输出端分别与控制模块的第一输入端及第二输入端对应连接，检测模块用于采样恒流输出模块的输出电流及输出电压后，将对应的电流检测信号及电压检测信号分别发送至控制模块；控制模块用于根据电流检测信号和电压检测信号，计算维持输出当前直流电流所需的最低供电电压后，控制动态调压模块输出该最低供电电压。

3、本发明提供的动态调节电压的恒流输出电路，控制模块根据检测模块实时采样的输出电流及输出电压，计算维持当前直流电流输出所需的最低供电电压，并控制动态调压模块输出该最低供电电压，实现供电电压对负载变化的实时跟随。相较于传统固定电压供电方案，本发明在负载减小或输出电流较小时自动降低供电电压，有效压缩了功率管上的无用压降，显著减少了电路功耗和发热，提升了电源效率；在负载增大时自动抬升供电电压，确保恒流输出不受影响，兼顾了低功耗与高精度恒流输出的双重需求。同时，功耗的降低直接缓解了器件温升压力，提高了电路在高温环境下的长期稳定性和可靠性。

4、在一种可选的实施方式中，动态调压模块包括：分压单元、电压转换单元及滤波单元，其中，分压单元的第一端与控制模块的第一输出端连接，分压单元的第二端接地，分压单元的第三端与滤波单元的第一端及恒流输出模块的供电端连接，分压单元的第四端与电压转换单元控制端连接，分压单元用于将控制模块输出的控制信号分压；电压转换单元的输入端与外部电源连接，电压转换单元的输出端与滤波单元的第二端连接，电压转换单元用于根据分压单元输出的分压信号将外部电源转换为对应的供电电压；滤波单元用于对供电电压滤波。

5、在一种可选的实施方式中，恒流输出模块包括：信号转换单元、恒流控制单元及扩流输出单元，其中，信号转换单元的第一输入端与控制模块的第二输出端连接，信号转换单元的输出端与恒流控制单元的控制端连接，信号转换单元的第二输入端与恒流控制单元的反馈端连接，信号转换单元用于将控制模块输出的设定信号转换为直流设定电压；恒流控制单元的供电端与动态调压模块的输出端连接，恒流控制单元的输出端与扩流输出单元的输入端连接，恒流控制单元用于根据直流设定电压产生恒流驱动信号；扩流输出单元的输入端与动态调压模块的输出端连接，扩流输出单元的输出端与检测模块的输入端连接，扩流输出单元用于根据恒流驱动信号对电流进行扩流后输出稳定的直流电流。

6、在一种可选的实施方式中，信号转换单元包括：与门、第一电阻、第二电阻、第十二电阻、第一电容、第二电容及第一运算放大器，其中，与门的输入端与控制模块的第二输出端连接，与门的输出端与第一电阻的第一端连接；第一电阻的第二端与第二电阻的第一端连接，并通过第一电容接地；第二电阻的第二端与第一运算放大器的同相输入端连接，并通过第二电容接地；第一运算放大器的反相输入端通过第十二电阻与恒流控制单元的反馈端连接，第一运算放大器的输出端与恒流控制单元的控制端连接。

7、在一种可选的实施方式中，恒流控制单元包括：第三电阻、第四电阻、第五电阻及第一开关，其中，第三电阻的第一端与信号转换单元的输出端连接，第三电阻的第二端与第一开关的控制端连接；第一开关的第一端与第四电阻的第一端及扩流输出单元的输入端连接，第一开关的第二端与第五电阻的第一端及信号转换单元的第二输入端连接；第四电阻的第二端与动态调压模块的输出端连接；第五电阻的第二端接地。

8、在一种可选的实施方式中，扩流输出单元包括：放大电路及扩流电路，其中，放大电路的第一输入端与恒流控制单元的输出端连接，放大电路的第二输入端与扩流电路的第一端连接，放大电路的输出端与扩流电路的控制端连接，放大电路用于放大恒流驱动信号；扩流电路的供电端与动态调压模块的输出端连接，扩流电路的输出端与检测模块的输入端连接，扩流电路用于基于放大后的恒流驱动信号对电流扩流。

9、在一种可选的实施方式中，扩流电路包括：第六电阻、第七电阻、第二开关及第三开关，其中，第六电阻的第一端与放大电路的输出端连接，第六电阻的第二端与第二开关的控制端连接；第二开关的第一端与第三开关的第一端、第七电阻的第一端及放大电路的第二输入端连接，第二开关的第二端与第三开关的控制端连接；第三开关的第二端与检测模块的输入端连接；第七电阻的第二端与动态调压模块的输出端连接。

10、在一种可选的实施方式中，检测模块包括：采样单元、缓冲单元及差分放大单元，其中，采样单元的第一端与恒流输出模块的输出端连接，其第二端输出稳定的直流电流；缓冲单元的第一输入端与采样单元的第一端连接，缓冲单元的第二输入端与采样单元的第二端连接，缓冲单元的第一输出端与差分放大单元的第一输入端连接，缓冲单元的第二输出端与差分放大单元的第二输入端连接，并输出电压检测信号，缓冲单元用于对采样单元两端的电位进行缓冲隔离；差分放大单元的输出端输出电流检测信号，差分放大单元用于将采样单元两端的压差放大后输出。

11、在一种可选的实施方式中，缓冲单元包括：第二运算放大器及第三运算放大器，其中，第二运算放大器的同相输入端与采样单元的第一端连接，第二运算放大器的输出端与第二运算放大器的反相输入端及差分放大单元的第一输入端连接；第三运算放大器的同相输入端与采样单元的第二端连接，第三运算放大器的输出端与第三运算放大器的反相输入端及差分放大单元的第二输入端连接，第三运算放大器的输出端还输出电压检测信号。

12、在一种可选的实施方式中，差分放大单元包括：第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻及第四运算放大器，其中，第八电阻的第一端接地，第八电阻的第二端与第九电阻的第一端及第四运算放大器的同相输入端连接；第九电阻的第二端与缓冲单元的第一输出端连接；第十电阻的第一端与第四运算放大器的反相输入端及第十一电阻的第一端连接，第十电阻的第二端与缓冲单元的第二输出端连接；第十一电阻的第二端与第四运算放大器的输出端连接；第四运算放大器的输出端还输出电流检测信号。