一種雙極性輸出大功率壓控恒流源設(shè)計方案
0 引言
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/186251.htm在電子儀器設(shè)備中經(jīng)常要用到壓控電流源,并且要求在負載變化時具有很好的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的恒流源制作方法可以是利用二極管、三極管、集成穩(wěn)壓源的特性制作的參數(shù)穩(wěn)流器、串聯(lián)反饋調(diào)整型穩(wěn)流電源、開關(guān)穩(wěn)流源等等。參數(shù)穩(wěn)流器的輸出電流范圍小、穩(wěn)流精度不高; 串聯(lián)反饋調(diào)整型穩(wěn)流電源的輸出電流小,效率較低;開關(guān)穩(wěn)流源不僅電路復(fù)雜、元器件數(shù)量多,而且輸出紋波大、可靠性較差。考慮到以上缺點,本設(shè)計采用了普通的運放,配合三極管進行電壓擴展和電流擴展,既達到了提供大輸出電流的目的,而且電路結(jié)構(gòu)簡單,成本較低,精度較高。
1 電路設(shè)計
圖1是本設(shè)計的原理框圖, 由外部的控制電壓信號輸入到運放構(gòu)成的恒流模塊中。輸出的電流經(jīng)電壓擴展模塊和電流擴展模塊后提供給負載。電流經(jīng)過采樣電阻進行電流采樣,獲得的采樣信號經(jīng)由電壓反饋系統(tǒng)模塊反饋到恒流模塊中進行恒流。其中由功率模塊對電壓擴展模塊和電流擴展模塊進行供電。
選擇市面上常用的開關(guān)電源對電流擴展模塊提供功率輸出,在其輸出端并接電容以消除干擾。由于要求雙極性輸出,所以選用雙極性輸出的開關(guān)電源可節(jié)約成本并減小體積。在實驗中,我們使用標(biāo)稱紋波為1%的開關(guān)電源。使用78、79系列三端穩(wěn)壓器降壓后提供給電壓擴展模塊以提高運放的輸出電壓。
(2) 運放恒流及電壓反饋模塊。
圖2是運放恒流模塊及電壓反饋模塊。由圖2可見由電流輸出端采集到的經(jīng)分壓處理后的采樣反饋信號經(jīng)由運放組成的跟隨器及反向器后,被送到反向加法器U4的反向端與電壓控制信號相加得到運放的輸出電壓V3.V3計算公式為:
式中m=1+R22/R23。
(3) 電壓擴展及電流擴展模塊。
圖3所示是電壓擴展模塊電路圖。由運放構(gòu)成差動放大器,將恒流系統(tǒng)生成的信號與分壓處理后的輸出電壓進行比較放大,形成最后的輸出電壓。系統(tǒng)中的三極管選擇對管,以達到雙極性輸出的目的,此系統(tǒng)開環(huán)放大倍數(shù)僅由R17與R14的比值決定, 但經(jīng)R25和R24分壓反饋后,相當(dāng)于放大器,其放大倍數(shù)由R25與R24的比值決定。
圖4所示為電流擴展電路。使用簡單常用的圖騰柱式電流擴展方法,注意功率三極管的選擇,并加上散熱片,保證功率輸出。這樣,經(jīng)過電流擴展后V1計算公式為:
式中n=1+R25/R24.
圖4中的Rs為采樣電阻,在電流源電路中,取樣電阻的精密程度直接影響電流輸出的穩(wěn)定性。在實驗中,我們使用溫漂小于5×10-6/℃ 、額定功率為10W的2Ω精密金屬膜電阻。分別從采樣電阻的兩端對電壓采樣,這樣通過采樣電阻的電流I為:
由以上電路分析式(1)、(2)得:
調(diào)整R22、R23、R24、R25的電阻值,使m=n=l.實驗中選擇l=4,則:
得出通過采樣電阻的電流僅與輸入的控制電壓有關(guān),則可得知整個電路達到可控恒流的效果。
2 實驗測量結(jié)果
實驗中我們使用普通電壓源作為控制信號的輸入, 使用大功率的50Ω可變電阻盤作為模擬負載,經(jīng)測量,本恒流源的輸出電流紋波約為0.8%.其主要影響紋波的原因為控制信號的穩(wěn)定度,如使用更好精度的數(shù)字電壓信號則會有更高的輸出精度。圖5是在電流為1A時本裝置的負載電流穩(wěn)定度曲線, 可發(fā)現(xiàn)恒流效果很好。由于使用36V的電源提供功率輸出,當(dāng)負載電阻大于30Ω時電流開始有衰減。
3 結(jié)論
本設(shè)計采用簡單的運放及三極管恒流電路制作了一種電路簡單、有較高負載電流穩(wěn)定度和較低紋波的恒流原。獨特的電壓擴展電路和電流擴展電路實現(xiàn)了使用普通運放的大功率輸出,克服了普通運放電路輸出功率低的弱點。并使用對稱結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了同一電源的雙極性輸出。如使用數(shù)字控制信號作為電流控制信號則可實現(xiàn)輸出電流的數(shù)字控制。
更多資訊請關(guān)注:21ic模擬頻道
評論