可用于电感负载的精密可调恒流源

第1章绪论 (1)

1.1 课题来源及研究目的和意义 (1)

1.2 国内外研究现状及分析 (1)

1.3 课题主要研究内容及创新点 (2)

第2章恒流源系统设计 (4)

2.1 系统框图 (4)

2.2 精密可调恒流源的实现 (4)

2.3 MSP430最小系统板 (5)

2.3.1 总体结构 (5)

第3章恒流源基本电路 (6)

3.1 基本原理 (6)

3.2 恒流源稳定度影响因素 (8)

3.3 恒流源基本电路主要器件选型 (9)

3.3.1 运算放大器 (9)

3.3.2 调整管 (10)

第4章采样电阻 (11)

4.1 低负荷系数采样电阻 (11)

4.1.1 额定功率与温度系数匹配 (12)

4.1.2 采样电阻装配 (13)

4.1.3 电阻出线端子设计 (14)

4.2 退火老化和功率老化 (14)

4.3 采样电阻测试 (15)

4.3.1 温度系数 (15)

4.4 负载系数 (15)

4.5 长期稳定性 (16)

第5章精密可调电压基准源设计 (18)

5.1 常见电压基准源概述 (18)

5.1.1 电压基准源的结构 (18)

5.1.2 常见电压基准的种类 (19)

5.2 精密可调电压基准源 (20)

5.2.1 7V基准电压电路 (20)

5.2.2 10V基准电压变换电路 (22)

5.2.3 高精度D/A转换模块 (24)

5.3 基准电压稳定性测试 (34)

5.3.1 微分非线性度测试 (34)

5.3.2 稳定性测试 (35)

第6章关键辅助电路 (37)

6.1 调整管压降反馈 (37)

6.2 主电源 (37)

6.2.1 AD5546 (38)

6.2.2 短期稳定性 (38)

6.3 电池管理 (39)

6.3.1 低电保护电路 (39)

6.3.2 充电管理电路 (41)

6.4 电流测试电路 (42)

6.5 负载保护与补偿电路 (42)

第7章恒流源样机主要性能测试 (43)

7.1 试验样机 (43)

7.2 主要性能测试 (44)

7.2.1 电流稳定度 (44)

7.3 输出阻抗测试 (46)

第8章总结与展望 (47)

8.1 成果总结 (47)

8.2 未来展望 (47)

参考文献 (49)

致谢 (52)

第1章绪论

1.1 课题来源及研究目的和意义

本课题是国家重大科学仪器设备开发专项“宽量限超高精密电流测量仪”的子课题。电学计量已经渗透到当今科学的各个领域当中，几乎所有的量都要转化成电学量来处理。然而，电学测量中最常遇到的问题就是电流的测量。因为不论是电动机做功、或是电化学反应等等都是由电流完成的。电流A作为7个SI基本单位之一，是电学计量中研究的最基本问题。但目前还没有一个能经常性地准确维持恒定电流的方法。该项目就是针对这种困境提出的。项目组发明的“低负载效应采样电阻”，负载效应低到10-8量级，从根本上解决了宽量限电流精密测量的难点。配上必要的附件后，就可构成“宽量限超高精密电流测量仪”。该项目包括了“宽量限超高精密电流测量仪”、“采样电阻负载系数校准装置”和“高稳定度恒流电源”三方面的内容。本文主要描述了“可用于电感负载的精密可调恒流源”。

随着现代科技的发展，科研部门和工业企业对恒流源的准确度和稳定性提出了更高的要求。例如，在研究通过量子质量基准以重新定义千克单位的方案中[1]，国际计量局“功率天平方案”中需要用到输出电流1mA、稳定度优于1ppm的恒流源；中国计量科学研究院现阶段正在进行的“能量天平方案”[2]则需要输出电流为50mA稳定度优于1ppm 的恒流源。在超导磁铁系统中，为了产生所需要的磁场，需要给超导线圈提供数十安到上百安的电流源，且电流的稳定性要求在10ppm量级。目前能够满足此种需求的产品被国际上少数的几个厂家所垄断，国内尚无商品化的恒流源能够满足这样的指标要求。因此，研究可用于电感负载的精密1A可调恒流源有着重要的意义。一是为精密电流测量仪提供高稳定、精确的测量基准；二是也为了给能量天平磁场系统的线圈提供数高准确度、高稳定电流源；三是填补国内在精密恒流源方向的空白，实最终现高稳定度精密恒流源的仪器化、产品化。

1.2 国内外研究现状及分析

现如今国内市场上存在着各种型号、各种种类的直流恒流源。这些恒流源输出功率最低至几十瓦，最高可达几千瓦，而且输出电压和电流都可调。但这些恒流源中的大部