仪用精密恒流源

1万 · 2014-5-20 23:58

　1 引言

　　发光二极管(LED)在诸如叶绿素仪、二氧化碳检测仪、血糖检测仪、生化分析仪中作为光源，根据物质对光的吸收原理检测某种物质。如果光源强度随着时间存在较大波动，仪器测量精度受到很大影响，所以光源发光强度的稳定性非常重要。一般情况下，LED光源发光强度较弱，物质对光的吸收相对较少，为了提高仪器的测量精度和可靠性，必须保证LED光源发光的稳定性。根据LED的发光机理，相比于恒压驱动，恒流驱动能更好保证LED发光稳定，所以，对这类仪器的光源一般采用恒流驱动。LED光源的驱动电流较小(一般为20~40 mA)，而且这类仪器的光源数量一般在2个以上，使用时需要多个光源轮流发光，根据仪器光源的以上特点及对稳定性的要求，设计了一种基于MAX6126的恒流源电路，该电路不但可提供恒定的电流，还可实现多个LED光源的轮流发光。

　　2 器件简介

　　2．1 MAX6126简介

　　MAX6126是由美国Maxim公司生产的一款串联型电压基准，它具有超低噪声、高精度、低压差等特点。MAX6126具有曲率校正电路、光刻薄膜电阻，最大温度系数为3 ppm/℃，最大初始精度为±0．02％。特有的低噪声基准结构使得低噪声摆幅达到1.3μVP-P，宽带噪声低至并可通过在噪声抑制引脚外加一个0．1μF的电容，使宽带噪声进一步降到它可提供10mA输入／输出电流，具有最大0．025Ω的输出电阻，200 mV的低压差以及最大20μV／V的输入调节。MAX6126消耗电源电流的典型值为380μA，具有2．048 V、2．500 V、3．000 V、4．096 V和5．000 V的输出电压选项。MAX6126可在CLOAD为0．1～10μF范围保证工作稳定，具有20 ppm／l 000 h长期稳定性。该器件工作于-40℃~+125℃汽车级温度范围，主要应用于自动测试设备(ATE)、数字电压表、高精度工业与过程控制、高精度基准、高分辨率A/D转换器与D／A转换器和精密电流源等领域。

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　2．2 MAX6126引脚排列及功能

　　MAX6126有8个引脚，有2种封装形式，其引脚排列如图1所示，功能描述如表l所示。

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　3 恒流源电路

　　3．1 硬件设计

　　以驱动4个LED的恒流源为例．说明恒流源的硬件设计和工作原理，如图2所示。该恒流源电路主要由电源基准MAX6126、三极管VQ1、电阻R1和模拟开关MAX4066组成。其工作原理是，具有电压反馈功能的MAX6126通过OUTS端实时对采样电阻R1两端的电压采样，并反馈到其内部，根据采集到的电压值相应调节稳压器的OUTF端输出电压，同时利用三极管VQ1平坦的输出特性，保证输出电流的稳定。电阻R1根据所需的驱动电流大小和0UTF端的输出电压确定。4个LED光源分别为LEDl、LED2、LED3和LED4，每个光源的典型工作电流约20mA，4个LED的正极与Vcc相连，LED的负极分别与模拟开关MAX4066的4个通道相连，MAX4066通道的另一端与三极管VQ1的集电极相连，Vcc为+5 V电压。数字信号控制MAX4066的每个通道的通断，实现对每个LED的选通。该恒流源的驱动电流大小为：Iout=Vout/R1

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　3．2 实验结果

　　根据恒流源电路原理图搭建电路，通过检测LED光源发光强度验证恒流源电路的稳定性。Ul选择型号为MAX6l2682l的电压基准，输出电压为2．048 V：U2选择Maxim公司的低电压、4路、SPST、CMOS模拟开关MAX4066，该器件5 V供电，最大工作电流30 mA；C1为0．1μF的独石电容；VQ1为2N3904型的三极管；R1为150 Ω的高精密电阻；光源分别为红、黄、绿和近红外4种LED，Vcc为+5 V。模拟开关的通断由单片机控制，LED发射的光由光电检测电路检测，并由单片机系统对检测到的电压值进行采集，A／D转换为12位。4个LED轮流发光，并依次采集代表光强的电压值，每10 min采集一次，共采集20次。如图3所示。

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　图3是检测得到的代表LED发光强度的电压值，每个LED共有20个数据，整个采集过程共耗时200 min。检测得到的LEDl发光强度的标准差为0．004 V，LED2为O．002 V，LED3为0．014 V，LED4为0．008 V。因此，在长时间内LED光源发光强度仍能够保持稳定，该恒流源具有很好的稳定性。

　　3．3 设计中应注意的问题

　　绘制电路板时．MAX6126的I．C．*引脚与外界不连接，悬空；为了减小仪器功耗，R1的阻值和MAX6126的基准电压应尽量小；选择R1时，应根据所选模拟开关的特性确定R1的最小值。例如，模拟开关MAX4066所承受的最大电流为30 mA，当MAX6126基准电压为2．048 V时，应保证阻值不小于70Ω；模拟开关的选择应根据具体的LED的数据来选择模拟开关的通道数，应尽量选择导通电阻小、最大电流大的模拟开关，但对于驱动一般的LED光源，MAX4066能够满足要求。

　　4 结语

　　MAX6126所特有的曲率矫正功能，以及超低噪声、高精度、低压差等特点，使基于MAX6126的恒流源无论是在稳定性，还是功耗上都取得了比较理想的效果。针对物质分析仪器所开发的恒流源，具有电路简单、稳定性高的优点，对提高仪器的精度起到了很重要的作用。

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