幾種恒流源電路模塊設(shè)計 - 全文

　　恒流源是能夠向負載提供恒定電流的電源，因此恒流源的應(yīng)用范圍非常廣泛，并且在許多情況下是必不可少的。例如在用通常的充電器對蓄電池充電時，隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，充電電流就會相應(yīng)減少。為了保證恒流充電，必須隨時提高充電器的輸出電壓，但采用恒流源充電后就可以不必調(diào)整其輸出電壓，從而使勞動強度降低，生產(chǎn)效率得到了提高。恒流源還被廣泛用于測量電路中，例如電阻器阻值的測量和分級，電纜電阻的測量等，且電流越穩(wěn)定，測量就越準確。

　　集成運放構(gòu)成的線性恒流源

　　采用集成運放構(gòu)成的線性恒流源 電路構(gòu)成如圖所示，兩個運放（一片324）構(gòu)成比較放大環(huán)節(jié)， BG1、BG2三極管構(gòu)成調(diào)整環(huán)節(jié)， RL 為負載電阻， RS為取樣電阻， RW為電路提供基準電壓。工作原理：如果由于電源波動使Uin降低，從而使負載電流減小時，則取樣電壓US必然減小，從而使取樣電壓與基準電壓的差值（US- Uref）必然減小。由于UIA為反相放大器，因此其輸出電壓Ub=（R5/R4）×Ua必然升高，從而通過調(diào)整環(huán)節(jié)使US升高恢復(fù)到原來的穩(wěn)定值，保證了US的電壓穩(wěn)定，從而使電流穩(wěn)定。當Uin升高時，原理與前類同，電路通過閉環(huán)反饋系統(tǒng)使US下降到原來的穩(wěn)定值，從而使電流恒定。調(diào)整RW，則改變Uref，可使電流值在0～4A之間連續(xù)可調(diào)。

　　采用開關(guān)電源的開關(guān)恒流源

　　采用開關(guān)電源的開關(guān)恒流源電路構(gòu)成如圖2.3.2所示。BG1為開關(guān)管，BG2為驅(qū)動管， RL為負載電阻， RS為取樣電 阻， SG35 24為脈寬調(diào)制控制器， L1、E2、E3、E4為儲能元件， RW提供基準電壓Uref。 圖采用開關(guān)電源的開關(guān)恒流源工作原理：減小開關(guān)器件的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗是提高電路效率的關(guān)鍵。為此，器件選擇飽和壓降小、頻率特性好的開關(guān)三極管和肖特基續(xù)流二極管。

　　扼流圈L1的磁芯上再繞一個附加線圈，利用電磁反饋降低開關(guān)三極管的飽和壓降，并采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使電路的分布參數(shù)得到有效的控制。當電源電壓降低或負載電阻RL 降低時，則取樣電阻RS 上的電壓也將減少，則SG3524的12、13管腳輸出方波的占空比增大，從而使BG1導(dǎo)通時間變長，使電壓U0回升到原來的穩(wěn)定值。BG1關(guān)斷后，儲能元件L1、E2、E3、E4保證負載上的電壓不變。當輸入電源電壓增大或負載電阻值增大引起U0增大時，原理與前類同，電路通過閉環(huán)反饋系統(tǒng)使U0下降到原來的穩(wěn)定值，從而達到穩(wěn)定負載電流IL 的目的。

　　采用集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的開關(guān)恒流源

　　采用集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的開關(guān)恒流源 電路構(gòu)成如圖所示。MC7805為三端固定式集成穩(wěn)壓器，RL 為負載電阻，RW為可調(diào)電阻器。 工作原理：固定式集成穩(wěn)壓器工作在懸浮狀態(tài)，在輸出端2和公共端3之間接入一電位器RW，從而形成一固定恒流源。調(diào)節(jié)RW，可以改變電流的大小，其輸出電流為：IL=（ Uout/RW） +Iq式中Iq 為MC7805的靜態(tài)電流，小于10m A。當RW較小即輸出電流較大時，可以忽略Iq。當負載電阻RL 變化時，MC7 8 05用改變自身壓差來維持通過負載的電流不變。

　　RW 的確定：RW 的值可由RW=Uout/IL 確定。因Uout=5 V，IL=0.5～2A，因此確定的取值范圍為2.5～10Ω。 輸出電壓和負載變化范圍的確定：根據(jù)設(shè)計要求，本例的輸出電壓U0=10V。由于恒流源的輸出電流可調(diào)范圍為0.5～2A，因此相應(yīng)的負載變化范圍為5～20Ω。 以上幾種恒流源結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，調(diào)整方便，在科研中已得到了應(yīng)用。其中線性恒流源適用于蓄電池的恒流放電，開關(guān)恒流源適用于蓄電池的恒流充電，集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源適用于電阻測量等。

　　壓控恒流源電路設(shè)計

　　壓控恒流源電路設(shè)計 壓控恒流源是系統(tǒng)的重要組成部分，它的功能是用電壓來控制電流的變化，由于系統(tǒng)對輸出電流大小和精度的要求比較高，所以選好壓控恒流源電路顯得特別重要。采用如下電路： 電路原理圖如圖2.4.3所示。該恒流源電路由運算放大器、大功率場效應(yīng)管Q1、采樣電阻R2、負載電阻RL等組成1、硬件設(shè)計。

　　電路中調(diào)整管采用大功率場效應(yīng)管IRF640。采用場效應(yīng)管，更易于實現(xiàn)電壓線性控制電流，既能滿足輸出電流最大達到2A的要求，也能較好地實現(xiàn)電壓近似線性地控制電流。因為當場效應(yīng)管工作于飽和區(qū)時，漏電流Id近似為電壓Ugs控制的電流。即當Ud為常數(shù)時，滿足：Id=f（Ugs），只要Ugs不變，Id就不變。在此電路中，R2為取樣電阻，采用康銅絲繞制（阻值隨溫度的變化較?。?，阻值為0.35歐。運放采用OP-07作為電壓跟隨器， UI=Up=Un，場效應(yīng)管Id=Is（柵極電流相對很小，可忽略不計） 所以Io=Is= Un/R2= UI/R2。正因為Io=UI/R2，電路輸入電壓UI控制電流Io，即Io不隨RL的變化而變化， 從而實現(xiàn)壓控恒流。 同時，由設(shè)計要求可知：由于輸出電壓變化的范圍U〈=10V，Iomax=2A，可以得出負載電阻RLmax=5歐。

　　電源電路設(shè)計

　　本系統(tǒng)對電源有較高的要求。設(shè)計電源時既要保證電源的高穩(wěn)定度，也要保證電源能輸出大于2A的電流，故本系統(tǒng)采用三級管1264來擴流而且在使用電源時必須充分考慮電源的效率。電源電路如圖所示，此電源電路采用了LM317和LM337，其輸出電壓是連續(xù)可調(diào)的，輸出電壓調(diào)到為＋15V和－15V來供給硬件電路使用，其中－15V的電源是供運放使用的，不需要擴流；而＋15V的電源的負載電流要求不低于2A，所以采用三級1264來擴流。另外用LM7805產(chǎn)生＋5V的電壓供凌陽SPCE061A單片機使用。

　　線性恒流源、開關(guān)恒流源，可靠性高，調(diào)整方便，在科研中已得到了應(yīng)用。其中線性恒流源適用于蓄電池的恒流放電，開關(guān)恒流源適用于蓄電池的恒流充電，集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源適用于電阻測量等。SPCE061A單片機作為中央控制器，本系統(tǒng)有功能強、性能可靠、體積小、電路簡單的特點。本系統(tǒng)最小可步進1mA ，精度也比較高。輸出電流范圍較寬。，硬件部分中采樣電阻的熱穩(wěn)定性要較好，硬件中的核心模塊為壓控恒流源，其核心元件采用場效應(yīng)管其性能和穩(wěn)定性均高于三極管。