恒流源电路方案设计

恒流源电路方案设计

图1

1.恒流源电路方案设计

对于小功率的恒流源设计，最常用的就是运放 + 场管方案。电路如图2所示，该方案由分立元件组成，运放、三极管、电阻的电气参数一致性及温漂会极大的影响恒流源的精度，影响因素较多难以控制。

图2

图5

2.恒温控制电路方案设计

图6

加热器可以是恒压驱动，用场管作为开关，MCU用PWM方式控制调节。但由于PWM方式控制频率较高且信号存在突变，会对电路系统造成较大的噪声干扰，进而影响用于精密测量的模拟电路。另一种方案是采用恒流驱动加热器，借鉴上述LED恒流源电路方案，选择输出电流更大的恒流源芯片（如ADI公司产品LT3085），输出电流达500mA，其他参数、功能与LT3092类似，功能框图如图7。

图7

配上数字电位器，MCU可以实时调节电流变化，以控制加热器的功率输出。并且恒流方式调节频率低、过程平缓不会引起电压信号的突变。部分电路原理图如图8。

图8

加热功率计算：P = I2*R（I为恒流源电流，R为加热器电阻）

I = 10uA * RW/ R53（微恒流源电流*数字电位器/采样电阻）

图9

PT100采用4线制，两线用于信号采集，两线用于激励源通电流，这样无论信号线多长，都可以消除线电阻对信号检测的影响。流经RTD的电流也会流过精密基准电阻，产生基准电压。此精密基准电阻上产生的电压与RTD 上的电压成比例，因此，激励电流的波动会被消除。

图10

考虑使用多个高性能分立器件硬件成本过高，在性能达标的条件下可以尽量选择集成度高的器件。ADI旗下有一款产品（型号：ADPD2211），自带24倍电流放大器使之拥有超高的灵敏度，省去了外置运放；极好的脉冲响应（典型带宽达400KHz）；超低电流噪声（90fA/√Hz）。其内部功能框图如图5。在输出端加上采样电阻到地，即可实现流压转换，省去众多的外围电路。其功能框图如图11。

图11

4.MCU选型

图12

ADuCM361集成的模拟部分功能正好与AD7124-4功能相似，方案本身就需要MCU 作为信号处理模块，若选择ADuCM361，则可以省去AD7124-4，ADuCM361拥有的多通道ADC模块完全可以满足光电数据采集、温度传感器驱动，DAC控制光源恒流源并可以微调电流，SPI控制数字电位器来动态调节加热器电流达到恒温目的。