一种宇航高精度恒流源电路的制作方法

1.本发明属于电子技术领域，具体属于一种宇航高精度恒流源电路。


背景技术：

2.随着深空探测技术的发展，为了较大延长卫星在轨寿命，新一代先进的空间电推进技术霍尔电推进技术在我国卫星应用中正逐步推广，该技术中的电源功率转换是高电压、大电流转换设备，控制中产生非常强的电磁干扰，需要采用具有强抗干扰性特点的可编程高精度几十毫安恒流源技术进行过程控制，商用的恒流源电路有多种实现方法，简单的可采用专用的恒流源集成电路，但是现有的宇航级恒流源集成电路控制精度低，抗干扰性差，并且元器件均需要进口，生产成本高。。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种宇航高精度恒流源电路，恒流源实现电路控制精度高，抗干扰性强，满足卫星霍尔电推进控制器电源转换控制要求。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种宇航高精度恒流源电路，包括逻辑或门电路、数模d/a转换电路、运算放大器跟随电路、运算放大器负反馈电路、npn三极管转换电路和pnp三极管恒流源电流放大电路；
6.所述逻辑或门电路的输入端连接处理器，逻辑或门电路的输出端连接数模d/a转换电路的输入端，数模d/a转换电路的输出端连接运算放大器跟随电路的同相输入端，运算放大器跟随电路的输出端连接npn三极管转换电路的基极，npn三极管转换电路的发射极接地，npn三极管转换电路的集电极连接pnp三极管恒流源电流放大电路的基极，pnp三极管恒流源电流放大电路的集电极接恒流源负载，pnp三极管恒流源电流放大电路的发射极连接电源vdd和运算放大器负反馈电路的两个输入端，运算放大器负反馈电路的输出端连接运算放大器跟随电路的反相输入端，并连接运算放大器负反馈电路的其中一个输入端。
7.优选的，所述逻辑或门电路选用国产宇航质量等级b54ac32或门电路，b54ac32或门电路的两个输入端分别连接处理器片选信号mu_*cs和写信号mu_*we，b54ac32或门电路的输出端连接数模d/a转换电路。
8.优选的，所述数模d/a转换电路选用宇航级国产12位分辨率的b9762数模转换器，b9762数模转换器的d[0:11]接口连接处理器的数字总线mu_d[0:11]接口，时钟管脚clk连接逻辑或门电路的输出端，sleep管脚连接处理器通用io管脚并通过10k电阻上拉，reflo管脚接地，vref接口连接0.1uf电容并接地，fsadj连接2k电阻并接地，comp1管脚连接0.1uf电容接电源，comp2管脚连接0.1uf电容接地，模拟输出管脚ioa和iob均连接51ω的电阻并接地，ioa管脚对地接0.1uf滤波电容，并且串联10k电阻后接运算放大器跟随电路的反相输入端。
[0009]
优选的，所述运算放大器跟随电路采用宇航质量等级运算放大器op27a，运算放大器op27a的反相输入端连接数模d/a转换电路的输出端，运算放大器op27a的同相输入端连
接运算放大器负反馈电路的输出端，运算放大器op27a的输出端连接二极管2dk300的正端，二极管2dk300的负端连接npn三极管转换电路的基极，运算放大器op27a的同相输入端与输出端之间通过0.01uf电容串接。
[0010]
优选的，所述npn三极管转换电路选用宇航质量等级npn型3dk7f晶体管，npn型3dk7f晶体管的发射极接地，npn型3dk7f晶体管的基极连接运算放大器跟随电路的输出端；npn型3dk7f晶体管的集电极与电源vdd通过1k电阻连接，并通过10k电阻连接pnp三极管恒流源电流放大电路的基极。
[0011]
优选的，所述pnp三极管恒流源电流放大电路选用宇航质量等级pnp型3ck10g晶体管，pnp型3ck10g晶体管的集电极串联51ω电阻连接电源vdd，51ω电阻的两端分别连接运算放大器负反馈电路的两个输入端，pnp型3ck10g晶体管的发射极串接2dk300后输出连接恒流源负载。
[0012]
优选的，所述运算放大器负反馈电路均采用宇航质量等级运算放大器op27a，运算放大器op27a的反相输入端串联100k电阻连接电源vdd，运算放大器op27a的反相输入端与输出端之间通过10k电阻进行连接，运算放大器op27a的同相输入端通过100k电阻连接pnp三极管恒流源电流放大电路的集电极，运算放大器op27a的输出端连接运算放大器跟随电路的同相输入端。
[0013]
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0014]
本发明属于一种宇航高精度恒流源电路，适应于太空应用环境中的高可靠性卫星控制计算机中。在轨飞行的卫星控制计算机无法维修、价格昂贵，在太空高能粒子辐照等恶劣环境应用中工作其必须具有非常高的可靠性，而恒流源电路具有非常强的抗干扰性，其不随电源电压波动而变化，温度稳定性也非常好，因此为了大幅度提高抗干扰性和自主可控性，需要选用全国产化宇航级元器件研制宇航可编程高精度恒流源电路应用于卫星控制计算机中。本发明全部选用国产化宇航级数模转换电路、运放电路、晶体三极管电路等，依据商用晶体管恒流源电路原理，研制成功了宇航应用的可编程高精度几十毫安恒流源电路实现方法，该恒流源实现电路输出电流精度高、可编程、抗干扰性强，其即将应用于我国卫星新一代霍尔电推进技术电源转换控制器中，较大提高卫星控制精度和在轨寿命。
附图说明
[0015]
图1为本发明实施例宇航应用全国产化元器件可编程高精度50毫安恒流源电路原理框图。
具体实施方式
[0016]
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0017]
实施例
[0018]
如图1所示，本发明一种宇航高精度恒流源电路，包括逻辑或门电路、数模d/a转换电路、运算放大器跟随电路、运算放大器负反馈电路、npn三极管转换电路和pnp三极管恒流源电流放大电路。
[0019]
逻辑或门电路：选用国产宇航质量等级级b54ac32，其两个输入管脚分别接处理器
片选信号mu_*cs和写信号mu_*we，其输出管脚接模拟转换器的写管脚clk，clk信号的上升沿锁存处理器数据总线5vmu_d[0:7]上的8位数据至模拟转换器的内部寄存器。两个输入均为低时其输出为低，即片选信号mu_*cs和写信号mu_*we均为低时输出clk为低。
[0020]
数模d/a转换电路用于把离散的数字信号转化为连续的模拟信号，即把12位二进制数字电压转换为对应的模拟电流或模拟电压信号，数模d/a转换电路采用国产宇航质量等级的数模d/a转换器b9762具有12位分辨率，具有片上基准源，单端或差分额定输出20毫安输出电流，单3.3v或5v供电电源；恒流源实现方法中b9762的12位数字接口d[0:11]可直接处理器的数字总线mu_d[0:11]，其时钟管脚clk接逻辑“或门”b54ac32的输出，其sleep管脚接处理器通用io管脚并通过10k电阻上拉，其reflo管脚接地直接用片上参考源，其参考源输出vref通过0.1uf电容接地，其满量程输出调节管脚fsadj通过2k电阻接地，其comp1管脚通过0.1uf电容接电源，其comp2管脚通过0.1uf电容接地，其电源管脚与处理器接同样的3.3v或5v电源，其模拟输出管脚ioa、iob均通过1％精度的51ω电阻接地，同时ioa管脚对地接0.1uf滤波电容，且串1％精度的10k电阻后接运算放大器op27a的3管脚；该设计电路可实现处理器12位编程控制数模转换器的0v～1v输出，即1个数据位高精度控制约0.244毫伏模拟输出，且可控制上电过程模拟转换器输出为零伏，避免恒流源误输出电流。
[0021]
运算放大器跟随电路用于隔离d/a模拟转换器电路输出与三极管基极控制输入，这样三极管基极控制电流正比于d/a模拟转换器电路输出电压，与三极管基极负载电阻无关，提高控制精度。运算放大器跟随电路选用国产宇航质量等级运放op27a，其输入管脚3通过1％精度的10k电阻与数模转换器输出ioa串接，其输入管脚2与输出管脚6通过0.01uf电容串接，其输入管脚2同时与负反馈运算放大器(4)的输出端通过1％精度的10k电阻串接，其输出端6同时接二极管2dk300的正端，2dk300的负端串接10k电阻后接(5)三极管3dk7f的基极，2dk300的负端同时对地接0.01uf电容和10k电阻，该设计电路输入阻抗大，抗电压波动，抗输出负电压，抗干扰能力强，隔离了隔离d/a模拟转换器电路输出与三极管基极控制输入,使三极管基极控制电流正比于d/a模拟转换器电路输出电压，控制精度高。
[0022]
运算放大器负反馈电路用于把恒流源电流变化负反馈到运算放大器跟随电路输入端，使恒流源电流稳定到设定值，抗干扰强，提高恒流源输出电流的精度。运算放大器负反馈电路选用国产宇航质量等级运放op27a，其输入管脚2与电源vdd之间通过1％精度的100k电阻连接，其输入管脚2同时与输出管脚6通过1％精度的10k电阻连接，其输入管脚3与三极管(6)的集电极通过串接1％精度的100k电阻连接，其输入管脚3同时通过1％精度的10k电阻接地，其输出管脚6同时与(3)跟随电路op27输入管脚2通过1％精度的10k电阻连接，其输出管脚6也同时与
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12v通过1％精度的10k电阻连接，该设计电路实现输出负反馈，可提高恒流源电流输出精度。
[0023]
npn三极管电路工作在线性放大区，集电极电流与基极电流成正比，npn三极管转换电路：选用国产宇航质量等级npn三极管3dk7f，其发射极接地，其基极通过1％精度的10k电阻与2dk300负端连接，其发射极与电源vdd通过1％精度的1k电阻连接，其发射极同时与(6)pnp三极管3ck10g的基极通过1％精度的10k电阻连接，利用npn三极管的线性放大区，该设计电路把npn三极管基极的正电压控制转换为pnp三极管基极的负电压控制方式。
[0024]
pnp三极管电路工作在线性放大区，二次电流放大，其集电极电流(恒流源电流输出)与基极电流成正比，pnp三极管恒流源电流放大电路选用国产宇航质量等级pnp三极管
3ck10g，其集电极通过1％精度的51ω电阻上拉到电源vdd，依据恒流源输出最大电流vdd可为12v电源或其它电源，其集电极也同时通过1％精度的100k电阻串接到反馈放大器的输入2管脚，其集电极串接2dk300后输出接恒流源负载，利用pnp三极管的线性放大区，该设计电路通过控制基极实现恒流源输出。
[0025]
恒流源控制使用方法：系统上电后，因模拟转换器b9762的sleep管脚接处理器通过io管脚，且该io管脚通过电阻上拉为高，b9762处于关闭状态没有电流输出，处理器初始化设置通用io管脚输出为高且为输出管脚，该过程可有效避免异常电流输出；当需要恒流源电流输出时，处理器写b9762对应恒流源电流的输出电压，然后设置通用io管脚输出为低，则恒流源输出要求的高精度恒流源电流。
[0026]
系统上电后，因模拟转换器b9762的sleep管脚接处理器通过io管脚且电阻上拉为高，b9762处于关闭状态没有电流输出，复位结束处理器软件初始化设置通用io管脚输出为高且为输出管脚，该过程可有效避免异常电流输出；当需要恒流源电流输出时，处理器软件写b9762对应恒流源电流的输出电压，然后设置通用io管脚输出为低，则恒流源输出要求的高精度恒流源电流。
[0027]
如图1所示，本发明一种宇航高精度恒流源电路具体结构如下，本发明一种宇航高精度恒流源电路，包括逻辑“或”门电路(1)、数模d/a转换电路(2)、运算放大器跟随电路(3)、运算放大器负反馈电路(4)、npn三极管转换电路(5)和pnp三极管恒流源电流放大电路(6)；逻辑“或”门电路产生数模d/a转换电路的写入信号，数模d/a转换电路把12位数字电压值转换为对应(0v～1v)高精度模拟控制电压，运算放大器跟随电路隔离隔离d/a模拟转换器电路输出与三极管基极控制输入，这样三极管基极控制电流正比于d/a模拟转换器电路输出电压，与三极管基极负载电阻无关，提高了控制精度，运算放大器负反馈电路把恒流源电流变化负反馈到运算放大器跟随电路输入端，使恒流源电流稳定到设定值，抗干扰强，提高恒流源输出电流的精度，三极管电路均工作在线性放大区，集电极电流与基极电流成正比，提高恒流源电流控制精度，且npn三极管和pnp三极管配合使用可使恒流源电流放大到几十毫安。
[0028]
本发明的一种宇航高精度恒流源电路基于商用晶体管恒流源电路原理，全部选用国产宇航级数模转换器、运放电路、晶体管等元器件，元器件完全自主可控，避免选用进口高等级元器件而造成的成本高等问题。
[0029]
可编程高精度几十毫安恒流源输出：如附图1所示，数模转换器d/a选用宇航级国产12位分辨率的b9762，运算放大器选用宇航级国产op27a，晶体管选用宇航级国产npn型3dk7f，pnp型3ck10g；由这些国产器件组成恒流源电路，利用放大区的晶体三极管的集电极电压变化对电流影响小，其电流几乎与基极电压成线性增长关系的原理，选用12位d/a数模转换器，由处理器编程高精度控制d/a输出电压去控制晶体三极管基极电压，运算放大器跟随电路隔离d/a输出与三极管控制输入，实现高精度可编程恒压源，从而可控制恒流大小，并在电路中采用电流负反馈来提高输出电流的恒定性；最终实现可编程高精度几十毫安的恒流源输出电路。
[0030]
高可靠性：除选用高质量等级的元器件外，设计硬件通用输出信号控制b9762数模转换器的sleep管脚，上电复位其输出为高禁止b9762输出，上电复位结束软件对b9762初始化清零，然后初始化通用输出信号为低允许b9762输出，从而可避免恒流源电路正常工作前
时间段内的误电流输出。
[0031]
本发明一种宇航全国产化元器件可编程高精度恒流源电路实现方法，全部选用国产宇航级元器件，基于晶体管恒流源技术，研制成功宇航应用的可编程高精度输出几十毫安电流的恒流源电路，该电路也能有效避免恒流源电路正常工作前的误输出，可靠性高，能够满足我国卫星新一代电推进技术霍尔电推进电源功率转换控制中对恒流源电路的严格要求。