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            大功率高精度恒流源的設計
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            大功率高精度恒流源的設計

            作者:admin   發布日期:2019-08-23 22:06   信息來源:http://www.rodneyssteakhouse.com/

            最常用的恒流源是FET或恒流二極管,但是電流值有限且穩定度差,所以不做考慮。如果我們設計十幾瓦的電流源就不能采用上面的方案了。
             
            本恒流源方案叫做:串聯調整型穩流電源。
             
            框圖如下: 
             
            首先這個電路之所以穩定就是因為兩個字:閉環。 
            通過采樣電阻將輸出電流轉換成電壓,然后與基準電壓進行比較,比較后的誤差經過放大器推動調整管對輸出電流進行調節,最后保持電流調節在設定值并保持不變。然后我們通過調節基準電壓的大小還可以自己設定恒流源的輸出。
             
            把上面的框圖稍微具體化一下就是下面的一個最基本的穩流電源的電路圖: 
             
            圖中 R0 為采樣電阻, Eg 為參考電壓,則輸出電流 I0=Eg/ R0,說明穩流電源的輸出電流由基準電壓 Eg 和采樣電阻 R0 決定,當 Eg和 R0一經確定,穩流電源的輸出電流不受輸出電源電壓和負載影響而保持穩定。由此可知,要想獲得一個穩定的輸出電流,必須要提供一個高精度的基準電壓和采樣電阻。 在這里選擇 LM399 來提供基準電壓,其自帶內部溫度穩 
            定器和熱保溫罩,能將芯片溫度自動調節到 90℃,具有很好的溫度穩定性(1ppm/0C)和長期穩定性(20ppm/kH,并且可以在很大范圍的電壓(9~40V)、電流(0.5~10mA)和溫度(0~700C)范圍內工作,反向擊穿電壓為 6.95V,可以通過小電流分壓器(一般可以用兩個串連的精密電阻來實現)對其分壓,從而得到不同的基準電壓值。另外 LM399 的儲藏溫度范圍為-650C~1500C,也可以滿足我們儀器對于低溫和高溫檢驗的要求。對于采樣電阻而言,通常影響其發生變化的主要是溫度,所以應選擇低溫度系數的高精度采樣電阻,例如錳銅絲或錳銅板材制成的電阻,溫度系數約 5ppm/0C。另一方面由于采樣電阻與負載串連這樣流過的電流通常比較大,因此溫度也會隨之上升,此時應減小電流密度和增加散熱面積從而避免因溫度過高導致阻值發生變化同時也防止過熱損壞。 
            調整管的選擇,由于穩流電源的輸出電流全部流過調整管,因此調整管上的功耗也很大,必須選擇大功率的晶體管,為了使放大器能夠推動,在這里采用復合管結構,由一只達林頓三極管 TIP122 和功率管 UC508A 復合而成, UC508A 的最大輸出電壓可以達到 8A。通常流過調整管的電流和承受的電壓是變化的,在極限情況下即最小輸出電壓和最大輸出電壓時,為了防止調整管功率損耗不致過大又要防止它進入飽和狀態,最好采用穩流電源的輸入電壓隨其輸出電壓的改變而進行調節,使調整管的集—射電壓保持不變。比較簡單的辦法是采用調壓變壓器用人工的方法參與調節,這就要求對輸入電壓和輸出電壓進行監視,隨時調節,增加了勞動強度,最好的方法是能夠自動調節,在這里輸入電壓采用集成穩壓芯片LM723,通過它可以自動調節。 
            誤差電壓放大器,電流穩定度與放大器有直接關系,在大功率電源里基本上是倒數關系,例如,若要求電流源的穩定度要達到小于 10-4,則放大器的放大倍數要大于一萬倍,現有的集成運算放大器基本上都能夠滿足這一要求,這里選用 LT1014 作為誤差放大器,其具有 1.2V/μV(RL=2KΩ), 0.5V/μV(RL=600Ω)的高增益, 300μV 的低輸入失調電壓和1.5nA 的低失調電流, 2.5μV/oC 的低溫漂和 0.55μV 的低噪聲電壓。此外還要注意防止放大器進入飽和。圖 2 所示的穩流源電路中, Eg 取值愈大,穩定性愈好,但是隨著取值的增大 R0 上的功耗也會隨之增加,如果基準電壓取 6V,調整管采用 復合管結構,則復合管的基—射電壓 1.4V,如果要求穩流電源輸出電壓 12V,那么就要求運放輸出電壓 19.4V,如果運放用 15V 電壓供電,顯然不能輸出這么高的電壓。 
            可以看出在圖 3 中,負載和采樣電阻已不處于同一支路中。流過采樣電阻 R0的電流比流過負載 RL的電流 I0 多了復合管的基極電流 Ib,一般情況下, Ib 遠小于 I0,因此可以忽略不計。因此只要提高輸入電源電壓,不使調整管飽和就可得到較高的輸出電壓。
             
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