几种简单恒流源电路1
几种简单的恒流源电路
恒流电路应用的范围很广，下面介绍几种由常用集成块组成的恒流电路。
1.由7805组成的恒流电路，电路图如下图1所示：
电流I＝Ig＋VOUT/R，Ig的电流相对于Io是不能忽略的，且随Vout，Vin及环境温度的变化而变化，所以
这个电路在精度要求有些高的场合不适用。
2.由LM317组成的恒流电路如图2所示，I＝Iadj＋Vref/R 以相对于Io可以忽略不计，由此可见其恒流效果较好。 3.由PQ30RV31组成的恒流电路如图3所示，I＝Vref/R(Vref＝1.25>,他的恒流会更好，另外他是低压差稳 压IC。 摘要：本文论述了以凌阳16位单片机为控制核心，实现数控直流电流源功能的方案。设计采用MOSFET和精密运算放大器构成恒流源的主体，配以高精度采样电阻及12位D/A、A/D转换器，完成了单片机对输出电流的实时检测和实时控制，实现了10mA～2000mA范围内步进小于2mA恒定电流输出的功能，保证了纹波电流小于0.2mA，具有较高的精度与稳定性。人机接口采用4×4键盘及LCD液晶显示器，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能。 关键字：数控电流源 SPCE061A 模数转换数模转换采样电阻 一、方案论证 根据题目要求，下面对整个系统的方案进行论证。 方案一：采用开关电源的恒流源 采用开关电源的恒流源电路如图1.1所示。当电源电压降低或负载电阻Rl降低时，采样电阻RS上的电压也将减少，则 SG3524的12、13管脚输出方波的占空比增大，从而BG1导通时间变长，使电压U0回升到原来的稳定值。BG1关断后，储能元件L1、E2、E3、E4保证负载上的电压不变。当输入电源电压增大或负载电阻值增大引起U0增大时，原理与前类似，电路通过反馈系统使U0下降到原来的稳定值，从而达到稳定负载电流Il的目的。 图 1.1 采用开关电源的恒流源 优点：开关电源的功率器件工作在开关状态，功率损耗小，效率高。与之相配套的散热器体积大大减小，同时脉冲变压器体积比工频变压器小了很多。因此采用开关电源的恒流源具有效率高、体积小、重量轻等优点。 缺点：开关电源的控制电路结构复杂，输出纹波较大，在有限的时间内实现比较困难。 方案二：采用集成稳压器构成的开关恒流源 系统电路构成如图1.2所示。MC7805为三端固定式集成稳压器，调节，可以改变电流的大小，其输出电流为： ，式中为MC7805的静态电流，小于10mA。当较小即输出电流较大时，可以忽略，当负载电阻 变化时，MC7805改变自身压差来维持通过负载的电流不变。 图 1.2 采用集成稳压器件的恒流源电路 优点：该方案结构简单，可靠性高 缺点：无法实现数控。 方案三：单片机控制电流源 该方案恒流源电路由N沟道的MOSFET、高精度运算放大器、采样电阻等组成，其电路原理图如图1.3所示。利用功率MOSFET 的恒流特性，再加上电流反馈电路，使得该电路的精度很高。 图1.3 恒流源电路 该电流源电路可以结合单片机构成数控电流源。通过键盘预置电流值，单片机输出相应的数字信号给D/A转换器，D/A转换器输出的模拟信号送到运算放大器，控制主电路电流大小。实际输出的电流再通过采样电阻采样变成电压信号，A/D转换后将信号反馈到单片机中。单片机将反馈信号与预置值比较，根据两者间的差值调整输出信号大小。这样就形成了反馈调节，提高输出电流的精度。本方案可实现题目要求，当负载在一定范围内变化时具有良好的稳定性，而且精度较高。 基于上述方案比较和题目的要求，采用了方案三。 二、详细软硬件设计 根据题目要求和上述论证，确定的系统框图如图2.1。 图2.1 系统框图 硬件连接图如图2.2，本系统中SPCE061A的IOA8～15，IOB12～15为复用端口。 图2.2 系统硬件连接图 1、硬件设计 <1）单片机控制电路 本系统采用SPCE061A单片机作为控制核心。SPCE061A是16位单片机，指令周期短，工作速率快，功耗低，具有丰富的片上资源，集成了可编程音频处理电路，可以在线下载，易于调试。尤其是其语音播放功能对增加语音报警功能提供了很大的方便。 <2）A/D，D/A接口设计 根据题目要求，数控直流恒流源的精度为1mA，所以至少需要11位的A/D转换器和D/A转换器。 A/D转换采用BB公司的ADS7816构成的转换电路，如图2.3。ADS7816是12位串行模/数转换器，采样频率高达200kHz，转换所需时间短，转换精度高。ADS7816转换器将采样电阻上的电压转换成数字信号反馈给单片机，单片机将此反馈信号与预置值比较，根据两者间的差值调整输出信号大小。这样就形成了反馈调节，提高输出电流的精度。同时，A/D采样回来的电流经过单片机处理传送到LCD，可以显示当前的实际电流值。 图2.3 A/D接口电路 D/A转换采用12位DAC7625P构成的转换电路，如图2.4。DAC7625P具有较高的精度。D/A转换电路主要负责把单片机输出的控制信号送给高精度运算放大器，控制电流源输出电流大小。 图2.4 D/A接口电路 设D/A转换器的参考电压为，键盘输入数字量为D，D/A转换输出的模拟电压 =。 选择参考电压 =2.5V，采样电阻 1.2207。当输入数字量加1，模拟增加量 △V= V=0.61mV 则输出电流变化 =0.5mA 即D/A转换器数字输入量每增加数值1，恒流源输出电流增加0.5mA。因此为实现步进功能，每按一次步进"+"键，单片机送 给D/A转换器的输入数字量D加2，从而输出电流加1mA，实现了电流步进1mA的要求。步进减1mA同理。当键盘设置输出电流大小为I时，单片机送给D/A转换器的数字量为2×I，使得电流源电路输出电流为I。然而这只是理想情况，实际电路因为种种原因，实际输出电流不会完全等于理论计算值，此时电流反馈控制起了关键作用。单片机通过分析A/D转换的数值，得到电路实际输出的电流大小，对D/A转换器的给定数字量进行调整，使得输出电流大小更精确。 <3）恒流源电路 恒流源电路是系统的重要组成部分，其电路原理图如图2.5所示。主要由高精度运算放大器，MOSFET，采样电阻等组成。 图2.5 恒流源电路 根据运放特性可得： MOSFET的电流 D/A转换器输出的控制电压加在运算放大器正输入端，控制负载中流过的电流。 采样电阻选用康铜丝,以减少因温度变化而引起的采样电阻阻值的变化。采样电阻将输出电流转换为电压信号，供A/D转换用。 设计中A/D、D/A转换器的参考电压都为2.5V，电路中流过的电流最大值为2000mA，因此正常情况下电阻阻值应为 2500mV/2000mA=1.25。 考虑到系统的步进功能，当D/A转换的数字输入加1时，其模拟输出增加量 △V= ，与此同时采样电阻上的电压也相应增加相同的数值，令其输出电流增加0.5mA，则计算得采样电阻阻值为： 运算放大器的输出控制着MOSFET的VGS，因此运算放大器输出的稳定性将直接决定系统输出电流的稳定性；同时，运算放大器还决定着系统输出电流的精度。为了满足系统的精度及纹波要求，选用精密运算放大器OP07C。 <4）键盘及LCD显示电路 系统中采用普通的4×4键盘实现电流的设计和调节。4×4键盘原理图如图2.6所示。键盘包括下列功能：S1：程序复位；S2：液晶复位；Set：设定；0~9预置输入；"+ "：电流上调；"-"：电流下调；Enter：确认。从0～9预置键中输入预置电流值，确认后便可通过液晶显示出预置电流值。上调键 "+"和下调键 "－"分别用来控制电流以步进1mA增减，电流变化通过液晶显示出来。 图2.6 4×4键盘原理图 液晶显示器选用凌阳公司的SPLC501液晶模组，SPLC501是128×64的点阵LCD，其内部自带驱动电路，外围电路非常简单，因为凌阳公司提供了驱动程序，使得编程也相当简单。在本设计中用它来显示电流的给定值、实际测量值以及系统工作状态。LCD 的接口电路如图2.7所示。 图2.7 液晶接口电路 <5）系统电源 因为系统对电流的精度及纹波要求较高，而系统电源的精度及稳定度在很大程度上决定了系统的性能，因此系统电源的设计是整个系统中的重要部分。 为了防止恒流源电路中的较大电流对控制部分产生干扰，将控制部分的电源和恒流源电路电源分成独立的两部分，分别由两组变压器供电，电路如图2.8所示。 图2.8 自制电源原理图 控制部分：220V电压经变压器输出两组独立的交流10V电源和一个交流15V电源。其中一路交流10V电源经整流、滤波、7805稳压后输出+5V电压，给CPU和LCD供电；第二路交流10V电源经整流、滤波、7805稳压后输出-5V<正端接地）电压为运算放大器提供负工作电源。交流 15V输出电压经整流、滤波、7812稳压输出+12V电压，为运算放大器提供正工作电源，同时此+12V 电源经过参考电源芯片MC1403，输出+2.5V电压做为A/D，D/A的参考电压。 恒流源电路电源：220V电源经变压器降压输出交流19V电压，再经过整流、滤波、78H15稳压后输出+15V电压，直接作为恒流源电路电源。 2.软件设计 软件系统的任务主要有A/D转换、D/A转换、步进加减、键盘扫描、液晶显示、语音报警等功能。为了将所有任务有序的组织起来，软件系统采用前后台结构。 SPCE061A单片机拥有独立的时基发生器，无需占用定时器。系统设置了一个1024Hz的时基中断，为整个系统提供一个统一的运行节拍，保证了各个任务能有条不紊的工作。 对时间没有实时要求的任务如键盘扫描、液晶显示，放在主循环中。A/D，D/A转换任务需要定周期运行，放在时基中断服务子程序中运行。有效的保证了重要任务能及时被执行。 <1）主程序 系统加电后，主程序首先完成系统初始化，其中包括I/O口，中断系统，定时器/计数器等工作状态的设置，系统变量赋初值等工作；完成系统初始化后打开中断；随之进入键盘扫描程序。键盘扫描获取键值后根据键值，完成设定预置电流值，步进加减，并通过LCD显示输出电流值及系统是否正常工作信号。主程序流程图如图2.9所示。 图2.9 主程序流程图 <2）时基中断服务子程序 时基中断服务子程序流程图如图2.10所示。在此中断服务程序中控制进行A/D和D/A转换 图2.10 时基中断服务子程序 <3）A/D转换程序 A/D转换器ADS7816的接口形式为位串行接口，因此在对ADS7816进行操作时需要考虑到时序问题，ADS7816的控制流程图如图2.11所示。 图2.11 A/D转换程序 3、系统的保护及其抗干扰设计 <1）系统的保护 当系统工作不正常导致输出电流过大时，若无保护功能，将造成严重后果。因此，在硬件方面，选取带有过流、过热、短路保护功能的集成线性稳压电路LM78H15K；在软件方面，当键盘设定电流超过2018mA或者A/D转换器采样得到的电流值超过 2000mA时，控制系统输出的控制信号会切换为0，则主电路输出的电流也相应为0，同时液晶显示"系统工作不正常"。这样系统得到双重保护，能确保其工作安全可靠。 <2）系统抗干扰设计 系统工作于较强的电磁辐射环境中，容易受到各种干扰的影响。轻则使电流输出不稳定，纹波电流增加，严重时会导致整个系统工作不正常。因此，本系统从硬件和软件两方面采取抗干扰的措施，以保证系统的可靠运行。 a、硬件抗干扰设计 主电路和控制电路的电源由两个独立的变压器供电，消除了主电路对控制电路的电源干扰。 在220V电源进线端设置电源滤波器，消除电网上的各类高频干扰，防止电网电压突变对系统造成冲击。 在运算放大器的输入端加设滤波电容，对抑制纹波电流起到至关重要的作用。 合理布置接地系统中的数字地与模拟地，避免了数字信号对模拟信号的干扰。 b、软件抗干扰设计 系统中采用看门狗技术，若程序出现死循环或者跑飞现象，凌阳单片机内部的看门狗将使单片机复位，将单片机重新拉回有序的工作状态。 对A/D的转换结果采用数字滤波技术，保证控制系统的稳定。 三、测试说明 1、测试仪器 本系统的测试仪器见表3.1。 表3.1 测试仪器 4位数字万用表 2、测试电路与测试方法 测试电路如图3.1。 图3.1 测试电路示意图 测试方法：采用4 位数字万用表的电流档测试输出电流IL，用低频毫伏表测负载RL两端的电压值VL。负载采用滑线变阻器。 3、测试数据及结果分析 <1）输出电流范围：10mA～2000mA，达到发挥部分要求。 <2）输出电流与给定值偏差 测试数据如表3.2。 表3.2 输出电流与给定值偏差测试数据 图3.2 绝对误差比较图 测试结果分析：如图3.2，实测绝对误差曲线在发挥要求的曲线下方。输出电流满足发挥部分的误差精度要求。同时，电流值小时，输出电流更接近给定电流。电流值较大时，因为系统散热性能不够优良导致恒流源电源性能下降，引起误差增大。误差存在的原因主要是采样电阻制作误差，同时系统工作时采样电阻发热，阻值变化引起误差。但总的看来，该电流源有较好的精度特性。 <3）步进电流 设定电流500mA，测得步进电流数据如表3.3和表3.4。 表3.3 步进电流数据一 第n次按“+” 1 2 3 4 5 6 7 8 输出电流IL(mA> 502 504 506 508 510 512 514 516 In+1-In(mA> \ 2 2 2 2 2 2 2 表3.4 步进电流数据二 第n次按“-” 1 2 3 4 5 6 7 8 输出电流IL(mA> 498 496 494 492 490 488 486 484 In+1-In(mA> \ -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 测试结果分析：可实现步进2mA，满足≤10mA的基本要求。 <4）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，输出电流值的情况。 a、给定电流Id=200mA时， Id×0.1％＋1mA＝1.2(mA> Id×1％＋10mA＝12(mA> 表3.5 给定电流200mA时输出电流数据 负载电压VL 输出电流IL(mA> 200 201 200 200 199 200 200 |IL-Id|(mA> 0 1 0 0 1 1 0 图3.3 200mA恒流特性图 b、给定电流Id=1000mA时， Id×0.1％＋1mA＝2(mA> Id×1％＋10mA＝20(mA> 表3.6 给定电流1000mA时输出电流数据 |IL-Id|(mA> 5 6 8 10 10 12 15 图3.4 1000mA恒流特性图 c、给定电流Id=1800mA时， Id×0.1％＋1mA＝2.8(mA> Id×1％＋10mA＝28(mA> 表3.7 给定电流1800mA时输出电流数据 负载电压VL 输出电流IL(mA> 1808 1795 1790 1785 1785 1780 1780 |IL-Id|(mA> 8 5 10 15 15 20 20 图3.5 1800mA恒流特性图 测试结果分析：如图3.5，负载电压变化，给定电流在200mA时，满足发挥部分要求，恒流特性较理想。给定电流在1000mA 及1800mA时，输出电流变化绝对值较大，恒流特性变差，主要因为采样电阻不够精确引起，但仍可满足基本部分要求。 <5）纹波电流 取负载电阻RL=9.82Ω，纹波电流＝纹波电压/负载电阻。测试数据如表3.8。 表3.8 纹波电流测试数据 给定电流Id(mA> 100 200 300 500 1000 1500 1800 2000 纹波电压(mV> 1.0 1.2 1.3 1.5 1.6 1.8 1.8 1.9 纹波电流(mA> 0.1 0.12 0.13 0.15 0.16 0.18 0.18 0.19 图3.6 纹波特性图 测试结果分析：如图3.6，系统设计过程中，主电路和控制电路独立供电，自制电源进行了稳压处理，同时进行了高频滤波，因此系统的纹波特性较理想。 四、结论 本系统以16位SPCE061A单片机控制与调整主电路的输出电流，并通过液晶显示电流值，完成了数控恒流源的制作。实现了输出电流可调，步进加，减功能。除很好地满足了基本要求和较好地完成了发挥部分的要求外，电源滤波器的加入，有效地滤去了电网的高次谐波，保证了恒流源输出较小的纹波。 难点分析：在恒流源的设计与制作过程中，本方案遇到的主要难点在于如何减少纹波，通过仔细研究与分析，确定要使纹波尽可能小，需要运算放大器的电源和输入端信号要稳定，因此对运算放大器我们采用独立电源供电，保证了放大器有稳定电源电压，进而使输出较小的纹波电流成为可能。然而，当将控制电路与主电路结合在一起时，输出纹波电流的增大又成为一大问题。这是因为控制电路的输出有纹波，加到运算放大器的输入端将纹波放大，导致输出电流纹波加剧，为解决这一问题，我们在运放输入端并联电容，以达到滤波的目的，从而较好的解决纹波问题。 除了上述功能外，我们还考虑了其他功能，如语音报警，过载保护，开路保护，以及散热性能的加强，因为时间与资源的限制没有实现，另外，有些功能的实现方式还有待于进一步优化。 相关源代码下载:见下载那 6种最常用恒流源电路的分析与比较 恒流电路有很多场合不仅需要场合输出阻抗为零的恒流源，也需要输入阻抗为无限大的恒流源，以下是几种单极性恒流电路： 类型1： 特征：使用运放，高精度 输出电流：Iout=Vref/Rs 类型2： 特征：使用并联稳压器，简单且高精度 输出电流：Iout=Vref/Rs 检测电压：根据Vref不同（1.25V或2.5V） 类型3： 特征：使用晶体管，简单，低精度 输出电流：Iout=Vbe/Rs 检测电压：约0.6V 类型4： 特征：减少类型3的Vbe的温度变化，低、中等精度，低电压检测 输出电流：Iout=Vref/Rs 检测电压：约0.1V～0.6V 类型5： 特征：使用JEFT，超低噪声 输出电流：由JEFT决定 检测电压：与JEFT有关 其中类型1为基本电路，工作时，输入电压Vref与输出电流成比例的检测电压 Vs(Vs=Rs×Iout)相等，如图5所示， 图5 注：Is=IB+Iout=Iout(1+1/h FE)其中1/h FE为误差 若输出级使用晶体管则电流检测时会产生基极电流分量这一误差，当这种情况不允许时，可采用图6所示那样采用FET管 图6 Is=Iout-I G 类型2，这是使用运放与Vref（2.5V）一体化的并联稳压器电路，由于这种电路的Vref高达2.5V，所以电源利用范围较窄 类型3，这是用晶体管代替运放的电路，由于使用晶体管的Vbe（约0.6V）替代Vref的电路，因此，Vbe的温度变化毫无改变地呈现在输出中，从而的不到期望的精度 类型4，这是利用对管补偿Vbe随温度变化的电路，由于检测电压也低于0.1V左右，应此，电源利用范围很宽 类型5，这是利用J-FET的电路，改变R gs 可使输出电流达到漏极饱和电流I DSS，由于噪声也很小，因此，在噪声成为问题时使用这种电路也有一定价值，在该电路中不接R GS，则电流值变成I DSS，这样，J-FET接成二极管形式就变成了“恒流二极管” 以上电路都是电流吸收型电路，但除了类型2以外，若改变Vref极性与使用的半导体元件，则可以变成电流吐出型电路。 大电流恒流源放电回路及其分析李冬梅（茂名学院计算机与电子信息学院） 摘要：在经济飞速发展的今天，各种大容量可高倍率放电的电池的需求量越来越多，在使用前，都需要放电测试，而通常的测试设备电流值太小，如何实现大电流恒流放电，同时又经济、安全、可靠，大电流和小电流放电对电路的要求差别很大，放电回路需要重点考虑。本文针对大电流恒流放电回路进行设计，并对其实际问题进行分析。 关键词：恒流源放电 0引言 随着电池使用的迅速增长，对电池产业化生产及产品质量提出了更高的要求。在电子信息时代，对移动电源的需求快速增长，对高容量、大电流工作的电池的需求越来越大。特殊的大容量可高倍率放电的电池的使用也越来越多。因此电池厂也就需要大电流的电池检测设备。本文根据电池的特点，设计了放电电流可达50A的放电电路。此电路经济、实用，简单、安全、可靠。 1恒流放电机理 此电路需要实现的功能是可以稳定的恒流，放电电流范围：1A～50A分200mA级可设置。要实现这两个功能，其组成部分应该有控制回路和放电回路两部分构成。 1.1控制回路放电的方式为恒流放电，根据需要设置电流，根据需要送来的控制数据，对电池放电进行实时控制。电流值从1A到50A可调。要实现50A这么大的电流，考虑管子的选取以及散热的需求，一路放电回路很难实现，因此采用两路并联的放电回路实现，要控制这两路并联的回路，根据显示要求电流并不需要连续可调，可以采用数字电位器9312提供可控的电位给放电回路。 此电路实现的功能是可以稳定的恒流，放电电流范围：1A～50A 分200mA级可设置。要实现这两个功能，其组成部分应该有控制回路和放电回路两部分构成。 如图所示，根据实际需要的设定，控制数字电位器9312向运放TL062提供需要的电位。实现放电电流分级设置，每级为200mA。 1.2恒流放电回路如果恒流放电时的电流不够稳定，对电池的测试有影响，因此恒流源电路采用负反馈恒流源电路，如图所示，由运算放大器、基准电压源和大电流MOS管负载组成，它的电流由基准电压决定，运放电路工作在负反馈放大状态[1]。MOS管工作在放大区。根据需要对电流值进行预制，采用合适的处理器输出相应的数字信号，通过数字电位器的基准电压，压控恒流源输出相应的电流，压控恒流源时闭环负反馈系统，实现恒流，电流需要采样后经A/D转换反馈到处理器，处理器根据反馈信号调整控制信号[2]。使用此种负反馈，实际测试时，放电电流测量准确度可达：±（0.5FS+0.3RD）%，实际电流表读数与显示测量小数点后一位有效数字相同。 此压控恒流源电路采用双运放和两个独立控制的MOS管组成，电流大小由运放的同相输入端决定，因电流较大故采用两组独立工作的电路。在多个电池同时放电时，采用循环采样的方式，采样电池两端的工作电压和两路放电电阻上的电压；电流采用计算的方法获得，采样放电电阻的电压，电流由电压和电阻计算得到，由于电阻的值不一定很一致，可以采用软件校准。采样完成后将数据送回主控制板后对电流进行实时控制。经实验验证，此电路稳定性很好，在50A电流放电时每路的电流都很稳定。 MOS管采用IRF3710，IRF3710参数：R DS(ON)=0.025I D=57A，V GS：±20V[3]。只要采取足够的散热措施，IRF3710完全可以满足需要。要在短时间将电池能量释放出来，对散热设备的设计需要充分考虑。MOS管与散热器之间可以采用导热绝缘的钢片，因为此电路是大电流放电，会在短时间内将电池能量以热能的形式释放，因此在使用时还需要考虑采用风扇散热。 在进行采样设计时，要考虑到两路电路很难做到完全对称，电流采样采用两路分别采样，在10A以下，单路导通，10A以上，两路同时导通。由于电流很大，不能直接采样，需要接采样电阻R13和R28，放电回路的R1和R30的阻值很小，在62mΩ左右，采用鏮铜丝做成，由于此部分不能做到完全一致，因此计算的电流不准，这方面需要通过软件校准。通过软件校准后，工作情况良好，达到实际需要和精度要求。 2结语 此回路采用两个数字电位器实现对放电电流的控制，采用压控恒流源负反馈电路实现大电流放电功能。使用并联回路，如果需要更大电流时，可以再并联恒流源回路。在控制过程中采用需要的处理器，合理设计接口电路和解决散热问题，就可以使用在各种大电流放电的电池检测设备中。 参考文献： [1]崔玉文，艾学忠，杨潇.实用恒流源电路设计[J].电子测量技术.2002年第五期：25-26. [2]李婷婷，李洪波.数控大功率精密恒流源设计[J].通信电源技术.2006年9月.第23卷第5期：35-37. [3]https://www.360docs.net/doc/148566916.html,. 至少6头，多至60头以上，随着灌装头数的增加，灌装能力也不断提高，虽然灌装机的头数有多有少，但其基本工作原理是一样的。灌装阀是储液箱、气室(充气室、排气室、真空室等)和灌装容器三者之间的流体通路开关，根据灌装工艺要求，能依次对有关通路进行切换。 2.4真空系统是由真空泵、空气过虑装置和电气控制系统组成。该系统直接影响灌装速度和精度。本机选用了进口真空泵(水环式真空泵)，确保了真空系统的可靠性。 真空泵由变频器控制，同时，真空表可随时反映灌装时的真空度，并可通过阀门控制量的大小，待真空泵的负压值达到所需值后，一般真空度保持在0.01~0.06Mpa之间，按下变频器面板上的按钮，灌装机开始转动。 参考文献： [1]刘姗姗，宋秋红.屋顶包饮品纸盒灌装机气动理盖机构的设计研究[J].食品工业.2007.05. [1]Liu Shanshan,Song Qiuhong.Resarch&Development For Spout Applicator of Gable Top Beverage Filler[J].The Food Industry,2007,05. [2]丁毅，贾向丽，李国志.基于ADAMS的润滑脂灌装机的设计[J].包装与食品机械.2007.06. [2]DING Yi,JIA Xiang-li,LI Guo-zhi.The Design of Lubricate Grease Fill Machine Based on ADAMS[J].Packaging and Food Machinery, 2007,06. 图1恒流源放电电路 （上接第255页） 实用科技 256 几种简单的恒流源电路 恒流电路应用的范围很广，下面介绍几种由常用集成块组成的恒流电路。 1.由7805组成的恒流电路，电路图如下图1所示： 电流I＝Ig＋VOUT/R，Ig的电流相对于Io是不能忽略的，且随Vout，Vin及环境温度的变化而变化，所以 这个电路在精度要求有些高的场合不适用。 2.由LM317组成的恒流电路如图2所示，I＝Iadj＋Vref/R WMZD系列专门为LED照明做温度补偿的电阻，采用热敏电阻补偿法的LED恒流源，具有电路简洁，可靠性好,组合方便，经济实用，适用各种LED头灯，日光灯，路灯；车船灯,太阳能LED庭院灯；LED显示屏等对恒流的需求。是专门针对LED照明出现的由于温度引起的LED PN结电压VF下降，即-2mV/℃,称为PN结的负温效应。该特性在发光应用上是个致命的缺陷，直接影响到LED器件的发光效率、发光亮度、发光色度。比如，常温25℃时LED最佳工作电流20mA，当环境温度升高到85℃时，PN结电压VF下降,工作电流急剧增加到35mA～37mA,此时电流的增加并不会产生亮度的增加，称为亮度饱和。更为严重的是，温度的上升，引起光谱波长的偏移，造成色差。如长时工作在此高温区还将引起器件老化，发光亮度逐步衰减。同样，当环境温度下降至-40℃时，结电压VF上升，最佳工作电流将从20mA减小到8mA~10mA，发光亮度也随电流的减少而降低，达不到应用场所所需的照度。 为了避免上述特性带来的不足，一般在LED灯的相关产品上，通常采用如下措施：1.将LED装在散热板上，或风机风冷降温。2.LED采用恒流源的供电方式，不因LED随温度上升引起使回生电流增加，防止PN结恶性升温。或这两种方法并用。实践证明，这两种方法用于大功率LED灯（如广告背景灯、街灯）。确实是行之有效的措施。但当LED 灯进入寻常百姓家就碰到如下问题了：散热板和风冷能否集成在一个普通灯头的空间内；采用集成电路或诸多元器件组成的恒流源电路，它的寿命不取于LED，而取决整个系统的某块“短板”；有没有吸引眼球的价格。用热敏电阻补偿法来解决LED恒流源问题，既经济又实用。 我公司采用具有正温度系数的热敏电阻(+2mV/℃)与负温度特性的LED(-2mV/℃)串联，互补成一个温度系数极小电阻型负载。一旦工作电压确定后，串联回路中的电流，将不会随温度变化而变化，通俗地讲，当LED随温度升高电流增加时，热敏电阻也随温度升高电阻变大，阻止了回路电流上升，当LED 随温度下降电流减小时，热敏电阻也随温度下降电阻变小，阻止了回路电流的减少，如匹配得当，当环境温度在-40℃-85℃范围内变化时，LED的最佳工作电流不会明显变化，见图1电流曲线Ⅱ。 2:应用: 从图1可见，采用热敏电阻温度补偿方法与采用集成电路等元件组成的恒源相比，热敏电阻温度补偿法只用1个热敏电阻元件就可解决LED恒流源问题，其价格、体积、寿命等优势不言而喻。我们采用的 数控恒流源设计 摘要：设计利用集成运放、场效应管对电流放大与单片机的自动控制来实现数控直流电流源。系统有控制模块与恒流源模块组成。控制模块使用AT89S52结合按键与四位数码管显示，实现对恒流源的数控和预设值的显示。恒流源模块采用OP07与IRF640组成的反馈放大电路实现对电流的放大。控制到恒流源的信号转换采用DAC0832来实现；实测显示模块有ADC0809组成的显示电路来显示。并使用自制电源进行供电。 关键词：AT89S51，恒流源，ADC0809，DAC0832，OP07 1硬件电路设计与分析 1.1 恒流源模块： 恒流源分为流控式与压控式，由于压控式易于实现，电路实现相对简单；因此本模块使用了压控式恒流源。压控式恒流源可以有集成运放芯片与晶体复合管或场效应管来实现；但由于晶体复合管实现起来比较复杂，发热量相对MOS管相 对较大，性能参数相对MOS管较差；因此本模块采用高精度集成运放芯片OP07与大功率场效应管IRF640相结合构成的恒流源。 压控恒流源是系统的重要组成部分,它的功能用电压来控制电流的变化,由于系统对输出电流大小和精度的要求比较高,所以选好压控恒流源电路显得特别重要。 恒流源是采用了电流反馈的方式来稳定电流的,下图是个典型的正向电流源,利用运放虚短的概念,使R2上的电压保持与V一致，来获得一个I=V/R2的恒流源。该恒流源电路由运算放大器、大功率场效应管Q1、采样电阻R3、负载电阻R4 等组成。电路原理图如图所示： 恒流源电路图 调整管采用大功率场效应管IRF640N更易于实现电压线性控制电流, 满足最大电流和电压线性电流化。因为当场效应管工作于饱和区时,漏电流Id近似 恒流源是电路中广泛使用的一个组件，这里我整理一下比较常见的恒流源的结构和特点。 恒流源分为流出(Current Source)和流入(Current Sink)两种形式。 最简单的恒流源，就是用一只恒流二极管。实际上，恒流二极管的应用是比较少的，除了因为恒流二极管的恒流特性并不是非常好之外，电流规格比较少，价格比较贵也是重要原因。 最常用的简易恒流源如图(1) 所示，用两只同型三极管，利用三极管相对稳定的be电压作为基准， 电流数值为：I = Vbe/R1。 这种恒流源优点是简单易行，而且电流的数值可以自由控制，也没有使用特殊的元件，有利于降低产品的成本。缺点是不同型号的管子，其be电压不是一个固定值，即使是相同型号，也有一定的个体差异。同时不同的工作电流下，这个电压也会有一定的波动。因此不适合精密的恒流需求。 为了能够精确输出电流，通常使用一个运放作为反馈，同时使用场效应管避免三极管的be电流导致的误差。典型的运放恒流源如图(2)所示，如果电流不需要特别精确，其中的场效应管也可以用三极管代替。 电流计算公式为： I = Vin/R1 这个电路可以认为是恒流源的标准电路，除了足够的精度和可调性之外，使用的元件也都是很普遍的，易于搭建和调试。只不过其中的Vin还需要用户额外提供。 从以上两个电路可以看出，恒流源有个定式（寒，“定式”好像是围棋术语XD），就是利用一个电压基准，在电阻上形成固定电流。有了这个定式，恒流源的搭建就可以扩展到所有可以提供这个“电压基准”的器件上。 最简单的电压基准，就是稳压二极管，利用稳压二极管和一只三极管，可以搭建一个更简易的恒流源。如图(3)所示： 电流计算公式为：I = (Vd-Vbe)/R1 TL431是另外一个常用的电压基准，利用TL431搭建的恒流源如图(4)所示，其中的三极管替换为场效应管可以得到更好的精度。TL431组成流出源的电路，暂时我还没想到:) TL431的其他信息请参考《TL431的内部结构图》和《TL431的几种基本用法》 恒流电路有很多场合不仅需要场合输出阻抗为零的恒流源，也需要输入阻抗为无限大的恒流源，以下是几种单极性恒流电路： 类型1： 特征：使用运放，高精度 输出电流：Iout=Vref/Rs 类型2： 特征：使用并联稳压器，简单且高精度 输出电流：Iout=Vref/Rs 检测电压：根据Vref不同（1.25V或2.5V） 类型3： 特征：使用晶体管，简单，低精度 输出电流：Iout=Vbe/Rs 检测电压：约0.6V 类型4： 特征：减少类型3的Vbe的温度变化，低、中等精度，低电压检测输出电流：Iout=Vref/Rs 检测电压：约0.1V～0.6V 类型5： 特征：使用JEFT，超低噪声 输出电流：由JEFT决定 检测电压：与JEFT有关 其中类型1为基本电路，工作时，输入电压Vref与输出电流成比例的检测电压 Vs(Vs=Rs×Iout)相等，如图5所示， 图5 注：Is=IB+Iout=Iout(1+1/h FE)其中1/h FE为误差 若输出级使用晶体管则电流检测时会产生基极电流分量这一误差，当这种情况不允许时，可采用图6所示那样采用FET管 图6 Is=Iout-I G 类型2，这是使用运放与Vref（2.5V）一体化的并联稳压器电路，由于这种电路的Vref高达2.5V，所以电源利用范围较窄 类型3，这是用晶体管代替运放的电路，由于使用晶体管的Vbe（约0.6V）替代Vref的电路，因此，Vbe的温度变化毫无改变地呈现在输出中，从而的不到期望的精度 类型4，这是利用对管补偿Vbe随温度变化的电路，由于检测电压也低于0.1V左右，应此，电源利用范围很宽 类型5，这是利用J-FET的电路，改变R gs可使输出电流达到漏极饱和电流I DSS，由于噪声也很小，因此，在噪声成为问题时使用这种电路也有一定价值，在该电路中不接R GS，则电流值变成I DSS，这样，J-FET接成二极管形式就变成了“恒流二极管” 以上电路都是电流吸收型电路，但除了类型2以外，若改变Vref极性与使用的半导体元件，则可以变成电流吐出型电路。 3、电流源模块的选择方案 方案一：由晶体管构成镜像恒流源 一缺点在于，集电极最大输出电流约为几百毫安，而题目要求输出电流为200~2000mA，因此由晶体管构成的恒流源不适合采用。 方案二：由运算放大器构成恒流电路 运算放大器构成的恒流电路摆脱了晶体管恒流电路受限于工艺参数的缺点。但是只由运放构成的恒流电路，输出电流同样只能达到几十毫安，远远不能满足设计要求，因此必须加上扩流电路。采用运算放大器加上扩流管构成恒流电路，既能利用运算放大器准确的特性，输出又能达到要求。该电路的缺点之一在于电流的测量精度受到两个晶体管的匹配程度影响，其中涉及到比较复杂的工艺参数。 方案三：由运算放大器加上扩流管构成恒流电路 采用高精度运算放大器OP07，更能增加其准确的性能；采用达林顿管TP127 进行扩流，具有很大的扩流能力，两者结合，可以实现比较精确的恒流电路。 鉴于上面分析，本设计采用方案三。 （3）恒流源电路的设计 恒流源电路如图8.15 所示。其中，运算放大器U3 是一个反相加法器，一路输入为控制信号V1，另一路输入为运放U1 的输出反馈，R8 是U3 的反馈电阻。用达林顿管TIP122 和TIP127 组成推挽式电路，两管轮流导通。U2 是电压跟随器，输入阻抗高，基本没有分流，因此流经R2 的电流全部流入负载RL。U1 是反相放大器，取R14＝R11 时，放大 倍数为-1，即构成反相器。 针对运算放大器输出电流小的不足，该电路加了扩流电路。采 图8.15 恒流源部分电路 若U3 的输入电压为Vin，根据叠加原理，有 由U2 的电压跟随特性和U1 的反相特性，有 代入得到 即流经R7 的电流完全由输入控制电压Vin 决定 由于U2 的输入端不取电流，流经负载RL 的电流完全由输入控制电压Vin 决定，实现了压控直流电流源的功能。由于R7 中流过的电流就是恒流源的输出电流，按照题目要求，输出的直流电流需要达到2A，这里采用康锰铜电阻丝作为电阻R7。 2压控恒流源电路设计 压控恒流源是系统的重要组成部分，它的功能是用电压来控制电流的变化，由于系统对输出电流大小和精度的要求比较高，所以选好压控恒流源电路显得特别重要。采用如下电路：电路原理图如图8.5 所示。该恒流源电路由运算放大器、大功率场效应管Q1、采样电阻R2、负载电阻RL 等组成。 压控恒流源电路设计 Last updated on the afternoon of January 3, 2021 3、电流源模块的选择方案 方案一：由晶体管构成镜像恒流源 一缺点在于，集电极最大输出电流约为几百毫安，而题目要求输出电流为200~2000mA，因此由晶体管构成的恒流源不适合采用。 方案二：由运算放大器构成恒流电路 运算放大器构成的恒流电路摆脱了晶体管恒流电路受限于工艺参数的缺点。但是只由运放构成的恒流电路，输出电流同样只能达到几十毫安，远远不能满足设计要求，因此必须加上扩流电路。采用运算放大器加上扩流管构成恒流电路，既能利用运算放大器准确的特性，输出又能达到要求。该电路的缺点之一在于电流的测量精度受到两个晶体管的匹配程度影响，其中涉及到比较复杂的工艺参数。 方案三：由运算放大器加上扩流管构成恒流电路 采用高精度运算放大器OP07，更能增加其准确的性能；采用达林顿管TP127进行扩流，具有很大的扩流能力，两者结合，可以实现比较精确的恒流电路。 鉴于上面分析，本设计采用方案三。 （3）恒流源电路的设计 恒流源电路如图所示。其中，运算放大器U3是一个反相加法器，一路输入为控制信号 V1，另一路输入为运放U1的输出反馈，R8是U3的反馈电阻。用达林顿管TIP122和TIP127组成推挽式电路，两管轮流导通。U2是电压跟随器，输入阻抗高，基本没有分流，因此流经R2的电流全部流入负载RL。U1是反相放大器，取R14＝R11时，放大 倍数为-1，即构成反相器。 针对运算放大器输出电流小的不足，该电路加了扩流电路。采 图恒流源部分电路 若U3的输入电压为Vin，根据叠加原理，有 恒流恒压充电器的原理与设计 2009-09-22 09:26 随着高新电子技术的发展各类充电电子产品不断上升，为此云峰电子为朋友们提供些相关恒流充电器的制作与原理分析，请仔细阅读！详情咨询https://www.360docs.net/doc/148566916.html, 第一类、lm317恒流源电路图 图１、图２分别是用７８××和ＬＭ３１７构成的恒流充电电路，两种电路构成形式一致。对于图１的电路，输出电流Ｉｏ＝Ｖｘｘ／Ｒ＋ＩQ，式中Ｖｘｘ是标称输出电压，ＩQ是从ＧＮＤ端流出的电流，通常ＩQ≤５ｍＡ。当ＶＩ、Ｖｘｘ及环境温度变化时，ＩＱ的变化较大，被充电电池电压变化也会引起ＩQ的变化。ＩQ是Ｉｏ的一部分，要流过电池，ＩQ的值与Ｉｏ相比不可忽略，因而这种电路的恒流效果比较差。对于图２的电路，输出电流Ｉｏ＝ＶREF／Ｒ＋ＩADJ，式中ＶREF是基准电压，为１．２５Ｖ，ＩADJ是从调整端ＡＤＪ流出的电流，通常ＩADJ≤５０μＡ。虽然ＩADJ也随ＶI及环境条件的变化而变化，且也是Ｉｏ的一部分，但由于ＩADJ仅为７８××的ＩQ的１％，与Ｉｏ相比，ＩQ可以忽略。可见ＬＭ３１７的恒流效果较好。 对可充电电池进行恒流充电，用三端稳压集成电路构成恒流充电电路具有元件易购、电路简单的特点。有些读者在设计电路时采用７８××稳压块，如《电子报》２００１年第２期第十一版刊登的《简单可靠的恒流充电器》及今年第６期第十版的《恒流充电器的改进》一文，均采用７８０５。７８××虽然可接成恒流电路，但恒流效果不如ＬＭ３１７，前者是固定输出稳压ＩＣ，后者是可调输出稳压ＩＣ，两种芯片的售价又相近，采用ＬＭ３１７才是更为合理的改进。 ＬＭ３１７采用Ｔ０－３金属气密封装的耗散功率为２０Ｗ，采用ＴＯ－２２０塑封结构的耗散功率为１５Ｗ，负载电流均可达１．５Ａ，使用时需配适当面积的散热器。由于ＬＭ３１７的ＶREF＝１．２５Ｖ，其最小压差为３Ｖ，因此输入电压ＶI达４．２５Ｖ就能正常工作。但应注意输出电流Ｉｏ调得较大时，输入电压ＶI的范围将减小，超出范围会进入安全保护区工作状态，使用时可从图３的安全工作区保护曲线上查明输入—输出压差（ＶI－Ｖｏ）的范围。 ７８××与ＬＭ３１７内部均有限流、过热保护功能，后者还有安全工作区保护功能。７８××不允许ＧＮＤ端悬空，否则器件极易损坏。ＬＭ３１７即使ＡＤＪ端悬空，各种保护功能仍然 几种简单的恒流源电路 恒流电路有很多场合不仅需要场合输出阻抗为零的恒流源，也需要输入阻抗为无限大的恒流源，以下是几种单极 性恒流电路： 类型1： 特征：使用运放，高精度 输出电流：Iout=Vref/Rs 类型2： 特征：使用并联稳压器，简单且高精度 输出电流：Iout=Vref/Rs 检测电压：根据Vref不同（1.25V或2.5V） 类型3： 特征：使用晶体管，简单，低精度 输出电流：Iout=Vbe/Rs 检测电压：约0.6V 类型4： 特征：减少类型3的Vbe的温度变化，低、中等精度，低电压检测 输出电流：Iout=Vref/Rs 检测电压：约0.1V～0.6V 类型5： 特征：使用JE FT，超低噪声 输出电流：由JE FT决定 检测电压：与JE FT有关 其中类型1为基本电路，工作时，输入电压Vref与输出电流成比例的检测电压Vs(Vs=Rs×Iout)相等，如图5所 示， 图5 注：Is=IB+Iout=Iout(1+1/hFE)其中1/hFE为误差 若输出级使用晶体管则电流检测时会产生基极电流分量这一误差，当这种情况不允许时，可采用图6所示那样采 用FE T管 图6 Is=Iout-IG 类型2，这是使用运放与Vref（2.5V）一体化的并联稳压器电路，由于这种电路的Vref高达2.5V，所以电源利 用范围较窄 类型3，这是用晶体管代替运放的电路，由于使用晶体管的Vbe（约0.6V）替代Vref的电路，因此，Vbe的温 度变化毫无改变地呈现在输出中，从而的不到期望的精度 类型4，这是利用对管补偿Vbe随温度变化的电路，由于检测电压也低于0.1V左右，应此，电源利用范围很宽类型5，这是利用J-FE T的电路，改变Rgs 可使输出电流达到漏极饱和电流IDSS，由于噪声也很小，因此，在噪声成为问题时使用这种电路也有一定价值，在该电路中不接RGS，则电流值变成IDSS，这样，J-FE T接成二极管形 式就变成了“恒流二极管” 以上电路都是电流吸收型电路，但除了类型2以外，若改变Vref极性与使用的半导体元件，则可以变成电流吐 出型电路。 1.由7805组成的恒流电路，电路图如下图1所示： 电流I＝Ig＋VOUT/R，Ig的电流相对于Io是不能忽略的，且随Vout，Vi n及环境温度的变化而变化，所以 一种电压控制电流源的设计与应用 韩静霖1，李国峰2，张勇2，刘轶轶2，邹云2 1.天津赛能高科技有限公司，天津300192； 2.南开大学信息技术学院，天津300071 2009-03-23 摘要：基于运算放大器原理，介绍了一种电压控制电流源的设计，分析了控制电压的输入范围和电流的输出范围，用三极管进行扩流，以满足不同的应用要求。该电路结构简单、性能稳定、可控性好、线性度高、成本低廉。最后给出了电池充电 电路的应用实例。 关键词：压控电流源；运算放大器；电池；充电 电流源的用途很多，压控电流源因设计简单，调试方便而得到广泛应用。 压控电流源有多种实现方法。文献[1]和文献[2]采用运算放大器做输出，得到的输出电流小；文献[3]是一种比较复杂的应用；文献[4]用于蓄电池恒流充电；文献[5]采用脉宽调制控制器实现了开关恒流源。 本文采用运算放大器作为恒流元件，克服了文献[1]和文献[2]的不足，由单片机通过DA进行控制，通过A/D采样进行比较， 以得到精度高、电路稳定的闭环恒流控制。 1 电压控制电流源的原理设计与分析 1.1 电路原理 电路如图1所示，根据理想运算放大器“虚短”和“虚断”的原理，可以得到： 当R>>R0、R L时，有如下近似等式： 即输出电流I L与输入电压v i成线性关系。 1.2 改进后的电路 图1所示电路要求R>>R0、R L时，(4)式才满足。将电路进行如图2所示的改进。由于理想运算放大器的输入阻抗为无限大， 所以，流过电阻R0和R L的电流相等，可以得到： 1.3 进一步扩充电流后的电路 由于运算放大器的电流输出能力很小，一般为20mA～40mA，因此当实际应用电流比较大时，要对电路进行扩流，如图3所 示。 第一章引言 随着现代技术的发展,恒定电流源的应用将十分重要，如机器人、工业自动化、卫星通信、电力通讯、智能化仪器仪表以及其它数字控制等方面都迫切需要应用恒定电流器件，因此, 研究和开发恒流器件具有十分重要的意义。许多场合, 尤其是高精度测控系统需要高精度的电压源与电流源。微电子工艺的高度发展, 给我们提供了许多小型化、集成化的高精度电压源, 但电流源, 特别是工作电流大的高精度电流源仍需使用者自行设计实现。 恒流源是能够向负载提供恒定电流的电源,因此恒流源的应用范围非常广泛,并且在许多情况下是必不可少的。例如在用通常的充电器对蓄电池充电时,随着蓄电池端电压的逐渐升高,充电电流就会相应减少。为了保证恒流充电,必须随时提高充电器的输出电压,但采用恒流源充电后就可以不必调整其输出电压,从而使劳动强度降低,生产效率得到了提高。恒流源还被广泛用于测量电路中,例如电阻器阻值的测量和分级,电缆电阻的测量等,且电流越稳定,测量就越准确。 本论文主要概括了恒流源的基本概念，并设计出几种不同要求的恒流源，运用了SPCE061A单片机设计出新型数控恒流源，具有高稳定性和高灵敏性。对以往恒流源进行了改进创新。 第二章基本恒流源电路 2.1恒流源基础知识 基本恒流源电路是恒流源电路的基本组成，是分析恒流源电路的基础。2.1.1恒流源介绍 恒流源,是一种能向负载提供恒定电流之电路.它既可以为各种放大电路提供偏流以稳定其静态工作点,又可以作 为其有源负载,以提高放大倍数.并且在差动放大电路、脉冲产生电路中得到了广泛应用. 过一定的论述.然而,对各种恒流电路之对比分析,各自应用特点,以及需要改进的方面,还有待进一步研究,本文就来探 讨这些问题. 2.1.2恒流源的原理和特点 激光器驱动电流源电路设计方案 本文设计了一种数控直流电流源的方案，给出了硬件组成和软件流程及源程序。以STC89C52单片机为核心控制电路，利用12位D/A模块产生稳定的控制电压，12位A/D模块完成电流测量。输出电流范围为20~2000mA，具有“+”“-”步进调整功能，步进为1mA，纹波电流小，LCD同时显示预置电流值和实测电流值，便于操作和进行误差分析。 基于以上分析，选择方案二,利用STC89C52单片机将电流步进值或设定值通过换算由D/A转换，驱动恒流源电路实现电流输出。输出电流经处理电路作A/D转换反馈到单片机系统，通过补偿算法调整电流的输出,以此提高输出的精度和稳定性。在器件的选取中，D/A转换器选用12位优质D/A转换芯片 TLV5618，直接输出电压值，且其输出电压能达到参考电压的两倍，A/D转换器选用高精度12数转换芯片ADS7816。. 恒流源模块设计方案 方案一：由三端可调式集成稳压器构成的恒流源。其典型恒流源电路图如图1.2.1所示。一旦稳压器选定，则U0 是定值。若R固定不变，则I0不变，因此可获得恒流输出。若改变R值，可使输出 I0改变。因此将R设为数控电位器，则输出电流可以以某个步长进行改变。此电路结构简单，调试方便，价格便宜，但是精密的大功率数控电位器难购买。 图1.2.1 三端集成稳压器构成的恒流源框图 方案二：由数控稳压器构成的恒流源方案一是在U0不变的情况下，通过改变R的数值获得输出电流的变化。如果固定R不变，若能改变U0的数值，同样也可以构成恒流源，也就是说将上图中的三端可调式集成稳压源改为数控电压源，其工作原理和上图类似。此方案原理清楚，若赛前培训过数控电压源的设计的话，知识、器件有储备，方案容易实现。但是，由1.2.2图可知，数控稳压源的地是浮地，与系统不共地线，对于系统而言，地线不便处理。 恒流源电路工作原理 恒流源是输出电流保持不变的电流源，而理想的恒流源为： a)不因负载(输出电压)变化而改变。 b)不因环境温度变化而改变。 c)内阻为无限大。 恒流源之电路符号： 理想的恒流源实际的流源 理想的恒流源，其内阻为无限大，使其电流可以全部流出外面。实际的恒流源皆有内阻R。三极管的恒流特性： 从三极管特性曲线可见，工作区内的IC受IB影响，而VCE对IC的影响很微。因此，只要IB值固定，IC亦都可以固定。 输出电流IO即是流经负载的IC。 电流镜电路Current Mirror：838电子 电流镜是一个输入电流IS与输出电流IO相等的电路： Q1和Q2的特性相同，即VBE1 = VBE2，β1 = β2。 三极管之β受温度的影响，838电子但利用电流镜像恒流源，不受β影响，主要依靠外接电阻R经Q2去决定输出电流IO（IC2 = IO）。 例： 三极管射极偏压设计 范例1: 从左边看起:基极偏压 所以V E=V B - 0.6=1.0V 又因为射极电阻是1K,流经射极电阻的电流是 所以流经负载的电流就就是稳定的1mA新艺图库 这是个利用稳压二极管提供的基极偏压5.6V V E=V B - 0.6= 5V 流经负载的电流 范例3. 这个例子有一点不同:利用PNP三极管供应电流给负载电路.首先,利用二极管0.6 V的压降,提供8.2 V基 极偏压(10 – 3 x 0.6 = 8.2). 4.7 K电阻只是用来形成通路,而且不希望(也不会)有很多电流流经这个电阻。 V E=V B + 0.6=8.8V PNP晶体的560欧姆电阻两端电位差是1.2V, 所以电流是2mA 晶体恒流源应用注意事项 如果只用一个三极管不能满足需求,可以用两个三极管架成: 或是 也可以是 分析比较6种最常用恒流源电路 恒流电路有很多场合不仅需要场合输出阻抗为零的恒流源，也需要输入阻抗为无限大的恒流源，以下是几种单极性恒流电路： 类型1： 特征：使用运放，高精度 输出电流：Iout=Vref/Rs 类型2： 特征：使用并联稳压器，简单且高精度 输出电流：Iout=Vref/Rs 检测电压：根据Vref不同（1.25V或2.5V） 类型3： 特征：使用晶体管，简单，低精度 输出电流：Iout=Vbe/Rs 检测电压：约0.6V 类型4： 特征：减少类型3的Vbe的温度变化，低、中等精度，低电压检测输出电流：Iout=Vref/Rs 检测电压：约0.1V～0.6V 类型5： 特征：使用JEFT，超低噪声 输出电流：由JEFT决定 检测电压：与JEFT有关 其中类型1为基本电路，工作时，输入电压Vref与输出电流成比例的检测电压Vs(Vs=Rs×Iout)相等，如图5所示， 图5 注：Is=IB+Iout=Iout(1+1/h FE)其中1/h FE为误差 若输出级使用晶体管则电流检测时会产生基极电流分量这一误差，当这种情况不 允许时，可采用图6所示那样采用FET管 图6 Is=Iout-I G 类型2，这是使用运放与Vref（2.5V）一体化的并联稳压器电路，由于这种电路的Vref高达2.5V，所以电源利用范围较窄 类型3，这是用晶体管代替运放的电路，由于使用晶体管的Vbe（约0.6V）替代Vref的电路，因此，Vbe的温度变化毫无改变地呈现在输出中，从而的不到期望的精度 类型4，这是利用对管补偿Vbe随温度变化的电路，由于检测电压也低于0.1V左右，应此，电源利用范围很宽 类型5，这是利用J-FET的电路，改变R gs可使输出电流达到漏极饱和电流I DSS，由于噪声也很小，因此，在噪声成为问题时使用这种电路也有一定价值，在该电路中不接R GS，则电流值变成I DSS，这样，J-FET接成二极管形式就变成了“恒流二极管” 以上电路都是电流吸收型电路，但除了类型2以外，若改变Vref极性与使用的 2013年3月 直流可调恒流源设计 学生：徐乐 指导教师：王留留 电气信息工程学院自动化专业 1课程设计的任务与要求 1.1课程设计的任务 设计一个直流可调恒流源电路。通过调节线性电位器，产生可控恒定电流,当固定时产生恒定电流。 1.2课程设计的要求 设计一个简易可调恒流源产生电路,满足日常生活对恒定电流的需要 (1)输入（AC）：U=220V，f=50HZ。 (2)输出电流稳定，在一定围可调。 (3)设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。 (4)自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量。 (5)在Multisim软件上画出电路图，并仿真和调试，并测试其主要性能参数。 1.3课程设计的研究基础 电子技术基础（模电部分） 变压器、整流电路、滤波电路、稳压芯片、镜像电流源的工作原理 2 直流可调恒流源系统方案制定 2.1 方案提出 方案一 (1)电网提供交流220V(有效值)频率为50Hz的电压，要获得低压直流输出，首先必须采用 电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。 (2)降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大。 (3)脉动大的直流电压经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留 其直流成份。 (4)滤波后的直流电压，再通过稳压经可调恒流源电路，便可得到可调的恒定直流电流输出， 供给负载R L 。 方案二 (1)将交流电220v 电压转化为可调恒压源输出。包括降压器、整流电路、滤波稳压芯片、 取样电路。 (2)电压电流转换电路。 (3)两电路整合，将220v 电压转化为可调恒流源。 2.2 方案论证 第一种方案是直接设计直流可调恒流源电路，只有一个电路。第二种方案是通过电压电流转换电路，将两个电路整合，要设计的电路比较多。第一种方案比较简单，通过比较选择第一种方案。 3 直流可调恒流源系统方案设计 3.1各单元模块功能介绍及电路设计 直流恒流电源是一种将220V 交流电转换成恒流输出的直流电的装置，它需要变压、整流、滤波、恒流四个环节才能完成。一般由电源变压器、整流滤波稳压电路及恒流电路所组成，基本框图如下： 图1 系统框图 (1) 电源变压器：它的作用是将220V 的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压。变压 器的变比由变压器的副边确定，变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n ，式中n 是变压器的效率。 （2）整流电路：利用单向导电元件，将50HZ 的正弦交流电变换成脉动的直流电路。 T 负 载 数控恒流源实验报告设计 摘要：本系统是以msp430单片机为控制器,由矩阵键盘、液晶显示器、D/A转换电路、恒流源电路、电流采样电路及直流稳压电源电路组成的数控恒流源实验电路。该电流源具有输出电流稳定、可调范围输出电流与输入电压呈线性关系的特点。系统基本工作原理为：键盘设定直流电源的输出电流，单片机通过D/A转换电路控制恒流源的输入电压，由于恒流源输入电压与负载电流的线性关系且负载电流只随输入电压变化而变化从而实现数控恒流的目的，另外单片机通过电流采样电路及A/D转换回检负载电流并通过液晶将采样电流值显示出来。最后经实验验证，本系统输出电流稳定，不随负载变化而变化。。。关键字：键盘、D/A、恒流源、采样电路、A/D 一、方案论证与比较 1.1直流稳压电源 方案一：采用单极开关电源，由220V交流整理后，经开关电源稳压输出。该方案的优点是电路效率高，但是此方案产生的直流纹波和干扰比较大，而且开关电源结构复杂。 方案二：采用交流电压经桥式电路整流滤波输出，直接进入稳压电路。此方案的优点是电路简单、容易实现、方便调试，只是该方案功率损耗较大，但是在小型非连续工作系统中这些功耗可以承受。综合考虑，选择方案二。 1.2恒流源模块 方案一：由运算放大器、大功率场效应管、采样电阻、负载电阻等组成恒流源。此方案既能满足输出电流达到2A的要求，也能较好地实现电压近似线性控制电流。 方案二：可通过由集成稳压器构成开关恒流源来构成恒流电路。通过三端集成稳压器可构成开关稳压源。当把电阻设为一定值时，当回路中负载发生变化时可有集成稳压器进行自动补偿从而使输出电流保持不变，但此电路带负载能力及调节精度存在一定难度。综合考虑，本系统采用了方案一。集成稳压器构成的开关恒流源电路图如下： 二、系统设计 2.1系统方案设计 本系统以直流电流源为核心，msp430单片机为控制器，通过矩阵键盘来设置直流电源的输出电流，由单片机程控输出数字信号，经过D/A转换模块输出模拟量，控制直流电流源的输入电压，随着输入电压的变化而输出不同的电流，设置步进等级可达1mA。再通过电流采样电路实时检测，并将模拟量转换为数据量，单片机再进行分析处理数据，并由液晶显示实际输出电流值和电流设定值。 恒流电路 有很多场合不仅需要场合输出阻抗为零的恒流源，也需要输入阻抗为无限大的恒流源，以下是几种单极性恒流电路： 类型1：特征：使用运放，高精度输出电流：Iout=Vref/Rs 类型2：特征：使用并联稳压器，简单且高精度 输出电流：Iout=Vref/Rs 检测电压：根据Vref不同（1.25V或2.5V）类型3：特征：使用晶体管，简单，低精度 输出电流：Iout=Vbe/Rs 检测电压：约0.6V 类型4：特征：减少类型3的Vbe 的温度变化，低、中等精度，低电压检测 输出电流：Iout=Vref/Rs 检测电压：约0.1V ～0.6V 类型5： 特征：使用JEFT ，超低噪声 输出电流：由JEFT 决定 检测电压：与JEFT 有关 其中类型1为基本电路，工作时，输入电压Vref 与输出电流成比例的检测电压Vs(Vs=Rs×Iout)相等，如图5所示， 图5 注：Is=IB+Iout=Iout(1+1/h FE )其中1/h FE 为误差 若输出级使用晶体管则电流检测时会产生基极电流分量这一误差，当这种情况不允许时，可采用图6所示那样采用FET 管 图6 Is=Iout-I G 类型2，这是使用运放与Vref （2.5V ）一体化的并联稳压器电路，由于这种电路的Vref 高达2.5V ，所以电源利用范围较窄 类型3，这是用晶体管代替运放的电路，由于使用晶体管的Vbe （约0.6V ）替代Vref 的电路，因此，Vbe 的温度变化毫无改变地呈现在输出中，从而的不到期望的精度 类型4，这是利用对管补偿Vbe随温度变化的电路，由于检测电压也低于0.1V 左右，应此，电源利用范围很宽 类型5，这是利用J-FET的电路，改变R gs 可使输出电流达到漏极饱和电流I DSS ， 由于噪声也很小，因此，在噪声成为问题时使用这种电路也有一定价值，在该 电路中不接R GS ，则电流值变成I DSS ，这样，J-FET接成二极管形式就变成了“恒 流二极管” 以上电路都是电流吸收型电路，但除了类型2以外，若改变Vref极性与使用的半导体元件，则可以变成电流吐出型电路。 附图方框内的4个电阻其数值是一样的。因此才有公式：Io=(V3-V2)/R 。由公式可看出：当V32幅度与R的数值恒定不变时，Io恒定输出且与负载电阻Load的数值大小无关（在运放的线性工作区域以内）。可以利用负载电阻为0欧姆和负载电压为1V两种状态，推演出上面运放输出端（PIN6）的电压Vo'会随负载电压Vo等比升降，从而保证定流电阻的端压与通过电流幅度恒定不变的和与输入电压的比例结果。供参考。 双运放恒流源有两个显著特点:1.负载可以接地;2.输出电流可以是双向输出或交流输出(通常以双电源供电为前提条件)。单电源供电时，双运放恒流源的第2个特长也就不存在了--即只能输出单向电流，所用运放也必须是单电源运放。当V2为零，即接地时，根据公式可计算得到输出电流的极性与流向；此时输出电流的大小、极性由V3控制(以双电源供电为前提条件) vi转换和恒流源电路图如下所示:6种最常用恒流源电路的分析与比较
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