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(多图) 基于MAX6126的仪用精密恒流源设计

王曦?? 2009年03月23日 ?? 收藏0

  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,宽带噪声低至公式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公式它可提供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。

  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。

引脚排列

MAX6126功能描述

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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

恒流源电路

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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。

恒流源稳定性试验结果

点击看原图

  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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MAX6126? 恒流源? 血糖检测仪? 生化分析仪?

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