一文读懂恒流源电路模块设计
时间：2021-09-29 15:15:22
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[导读]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。集成运放构成的线性恒流源采用集成运放构成的线性恒流源电路构成如图所示，两个运放（一片324）构成比较放大环节，BG1、BG2三极管构成调整环节，RL为负载电阻，RS为取样电阻，RW...
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。
集成运放构成的线性恒流源
采用集成运放构成的线性恒流源 电路构成如图所示，两个运放（一片324）构成比较放大环节， BG1、BG2三极管构成调整环节， RL 为负载电阻， RS为取样电阻， RW为电路提供基准电压。工作原理：如果由于电源波动使Uin降低，从而使负载电流减小时，则取样电压US必然减小，从而使取样电压与基准电压的差值（US- Uref）必然减小。由于UIA为反相放大器，因此其输出电压Ub=（R5/R4）×Ua必然升高，从而通过调整环节使US升高恢复到原来的稳定值，保证了US的电压稳定，从而使电流稳定。当Uin升高时，原理与前类同，电路通过闭环反馈系统使US下降到原来的稳定值，从而使电流恒定。调整RW，则改变Uref，可使电流值在0～4A之间连续可调。
采用开关电源的开关恒流源
采用开关电源的开关恒流源电路构成如图2.3.2所示。BG1为开关管，BG2为驱动管， RL为负载电阻， RS为取样电 阻， SG35 24为脉宽调制控制器， L1、E2、E3、E4为储能元件， RW提供基准电压Uref。图采用开关电源的开关恒流源工作原理：减小开关器件的导通损耗和开关损耗是提高电路效率的关键。为此，器件选择饱和压降小、频率特性好的开关三极管和肖特基续流二极管。
扼流圈L1的磁芯上再绕一个附加线圈，利用电磁反馈降低开关三极管的饱和压降，并采用合理的结构设计，使电路的分布参数得到有效的控制。当电源电压降低或负载电阻RL 降低时，则取样电阻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，从而使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，原理与前类同，电路通过闭环反馈系统使U0下降到原来的稳定值，从而达到稳定负载电流IL 的目的。
采用集成稳压器构成的开关恒流源
采用集成稳压器构成的开关恒流源 电路构成如图所示。MC7805为三端固定式集成稳压器，RL 为负载电阻，RW为可调电阻器。工作原理：固定式集成稳压器工作在悬浮状态，在输出端2和公共端3之间接入一电位器RW，从而形成一固定恒流源。调节RW，可以改变电流的大小，其输出电流为：IL=（ Uout/RW） Iq式中Iq 为MC7805的静态电流，小于10m A。当RW较小即输出电流较大时，可以忽略Iq。当负载电阻RL 变化时，MC7 8 05用改变自身压差来维持通过负载的电流不变。
RW 的确定：RW 的值可由RW=Uout/IL 确定。因Uout=5 V，IL=0.5～2A，因此确定的取值范围为2.5～10Ω。输出电压和负载变化范围的确定：根据设计要求，本例的输出电压U0=10V。由于恒流源的输出电流可调范围为0.5～2A，因此相应的负载变化范围为5～20Ω。以上几种恒流源结构简单，可靠性高，调整方便，在科研中已得到了应用。其中线性恒流源适用于蓄电池的恒流放电，开关恒流源适用于蓄电池的恒流充电，集成稳压器构成的恒流源适用于电阻测量等。
压控恒流源电路设计
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2.4.3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1、硬件设计。
电路中调整管采用大功率场效应管IRF640。采用场效应管，更易于实现电压线性控制电流，既能满足输出电流最大达到2A的要求，也能较好地实现电压近似线性地控制电流。因为当场效应管工作于饱和区时，漏电流Id近似为电压Ugs控制的电流。即当Ud为常数时，满足：Id=f（Ugs），只要Ugs不变，Id就不变。在此电路中，R2为取样电阻，采用康铜丝绕制（阻值随温度的变化较小），阻值为0.35欧。运放采用OP-07作为电压跟随器， UI=Up=Un，场效应管Id=Is（栅极电流相对很小，可忽略不计） 所以Io=Is= Un/R2= UI/R2。正因为Io=UI/R2，电路输入电压UI控制电流Io，即Io不随RL的变化而变化， 从而实现压控恒流。同时，由设计要求可知：由于输出电压变化的范围U〈=10V，Iomax=2A，可以得出负载电阻RLmax=5欧。
电源电路设计
本系统对电源有较高的要求。设计电源时既要保证电源的高稳定度，也要保证电源能输出大于2A的电流，故本系统采用三级管1264来扩流而且在使用电源时必须充分考虑电源的效率。电源电路如图所示，此电源电路采用了LM317和LM337，其输出电压是连续可调的，输出电压调到为＋15V和－15V来供给硬件电路使用，其中－15V的电源是供运放使用的，不需要扩流；而＋15V的电源的负载电流要求不低于2A，所以采用三级1264来扩流。另外用LM7805产生＋5V的电压供凌阳SPCE061A单片机使用。
线性恒流源、开关恒流源，可靠性高，调整方便，在科研中已得到了应用。其中线性恒流源适用于蓄电池的恒流放电，开关恒流源适用于蓄电池的恒流充电，集成稳压器构成的恒流源适用于电阻测量等。SPCE061A单片机作为中央控制器，本系统有功能强、性能可靠、体积小、电路简单的特点。本系统最小可步进1mA ，精度也比较高。输出电流范围较宽。，硬件部分中采样电阻的热稳定性要较好，硬件中的核心模块为压控恒流源，其核心元件采用场效应管其性能和稳定性均高于三极管。
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集成运放构成的线性恒流源
采用集成运放构成的线性恒流源 电路构成如图所示，两个运放（一片324）构成比较放大环节， BG1、BG2三极管构成调整环节， RL 为负载电阻， RS为取样电阻， RW为电路提供基准电压。工作原理：如果由于电源波动使Uin降低，从而使负载电流减小时，则取样电压US必然减小，从而使取样电压与基准电压的差值（US- Uref）必然减小。由于UIA为反相放大器，因此其输出电压Ub=（R5/R4）×Ua必然升高，从而通过调整环节使US升高恢复到原来的稳定值，保证了US的电压稳定，从而使电流稳定。当Uin升高时，原理与前类同，电路通过闭环反馈系统使US下降到原来的稳定值，从而使电流恒定。调整RW，则改变Uref，可使电流值在0～4A之间连续可调。
采用开关电源的开关恒流源
采用开关电源的开关恒流源电路构成如图2.3.2所示。BG1为开关管，BG2为驱动管， RL为负载电阻， RS为取样电 阻， SG35 24为脉宽调制控制器， L1、E2、E3、E4为储能元件， RW提供基准电压Uref。图采用开关电源的开关恒流源工作原理：减小开关器件的导通损耗和开关损耗是提高电路效率的关键。为此，器件选择饱和压降小、频率特性好的开关三极管和肖特基续流二极管。
扼流圈L1的磁芯上再绕一个附加线圈，利用电磁反馈降低开关三极管的饱和压降，并采用合理的结构设计，使电路的分布参数得到有效的控制。当电源电压降低或负载电阻RL 降低时，则取样电阻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，从而使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，原理与前类同，电路通过闭环反馈系统使U0下降到原来的稳定值，从而达到稳定负载电流IL 的目的。
采用集成稳压器构成的开关恒流源
采用集成稳压器构成的开关恒流源 电路构成如图所示。MC7805为三端固定式集成稳压器，RL 为负载电阻，RW为可调电阻器。工作原理：固定式集成稳压器工作在悬浮状态，在输出端2和公共端3之间接入一电位器RW，从而形成一固定恒流源。调节RW，可以改变电流的大小，其输出电流为：IL=（ Uout/RW） Iq式中Iq 为MC7805的静态电流，小于10m A。当RW较小即输出电流较大时，可以忽略Iq。当负载电阻RL 变化时，MC7 8 05用改变自身压差来维持通过负载的电流不变。
RW 的确定：RW 的值可由RW=Uout/IL 确定。因Uout=5 V，IL=0.5～2A，因此确定的取值范围为2.5～10Ω。输出电压和负载变化范围的确定：根据设计要求，本例的输出电压U0=10V。由于恒流源的输出电流可调范围为0.5～2A，因此相应的负载变化范围为5～20Ω。以上几种恒流源结构简单，可靠性高，调整方便，在科研中已得到了应用。其中线性恒流源适用于蓄电池的恒流放电，开关恒流源适用于蓄电池的恒流充电，集成稳压器构成的恒流源适用于电阻测量等。
压控恒流源电路设计
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2.4.3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1、硬件设计。
电路中调整管采用大功率场效应管IRF640。采用场效应管，更易于实现电压线性控制电流，既能满足输出电流最大达到2A的要求，也能较好地实现电压近似线性地控制电流。因为当场效应管工作于饱和区时，漏电流Id近似为电压Ugs控制的电流。即当Ud为常数时，满足：Id=f（Ugs），只要Ugs不变，Id就不变。在此电路中，R2为取样电阻，采用康铜丝绕制（阻值随温度的变化较小），阻值为0.35欧。运放采用OP-07作为电压跟随器， UI=Up=Un，场效应管Id=Is（栅极电流相对很小，可忽略不计） 所以Io=Is= Un/R2= UI/R2。正因为Io=UI/R2，电路输入电压UI控制电流Io，即Io不随RL的变化而变化， 从而实现压控恒流。同时，由设计要求可知：由于输出电压变化的范围U〈=10V，Iomax=2A，可以得出负载电阻RLmax=5欧。
电源电路设计
本系统对电源有较高的要求。设计电源时既要保证电源的高稳定度，也要保证电源能输出大于2A的电流，故本系统采用三级管1264来扩流而且在使用电源时必须充分考虑电源的效率。电源电路如图所示，此电源电路采用了LM317和LM337，其输出电压是连续可调的，输出电压调到为＋15V和－15V来供给硬件电路使用，其中－15V的电源是供运放使用的，不需要扩流；而＋15V的电源的负载电流要求不低于2A，所以采用三级1264来扩流。另外用LM7805产生＋5V的电压供凌阳SPCE061A单片机使用。
线性恒流源、开关恒流源，可靠性高，调整方便，在科研中已得到了应用。其中线性恒流源适用于蓄电池的恒流放电，开关恒流源适用于蓄电池的恒流充电，集成稳压器构成的恒流源适用于电阻测量等。SPCE061A单片机作为中央控制器，本系统有功能强、性能可靠、体积小、电路简单的特点。本系统最小可步进1mA ，精度也比较高。输出电流范围较宽。，硬件部分中采样电阻的热稳定性要较好，硬件中的核心模块为压控恒流源，其核心元件采用场效应管其性能和稳定性均高于三极管。
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