恒流源電路在實踐中的應用有哪些
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恒流源是能夠向負載提供恒定電流的電源 ,因此恒流源的應用范圍非常廣泛 ,并且在許多情況下是必不可少的。例如在用通常的充電器對蓄電池充電時 ,隨著蓄電池端電壓的逐漸升高 ,充電電流就會相應減少。為了保證恒流充電 ,必須隨時提高充電器的輸出電壓 ,但采用恒流源充電后就可以不必調(diào)整其輸出電壓 ,從而使勞動強度降低 ,生產(chǎn)效率得到了提高。恒流源還被廣泛用于測量電路中 ,例如電阻器阻值的測量和分級 ,電纜電阻的測量等 ,且電流越穩(wěn)定 ,測量就越準確。恒流源的設計方法有多種 ,*簡單的恒流電路是 FET或恒流二極管 ,但其電流值有限且穩(wěn)定度也較差。分別論述線性恒流源、開關恒流源和集成穩(wěn)壓器恒流源電路的結構原理及特點。
1、采用集成運放構成的線性恒流源
電路構成如圖2.3.1所示 ,兩個運放 (一片 324)構成比較放大環(huán)節(jié) , BG1、BG2三極管構成調(diào)整環(huán)節(jié) , RL 為負載電阻 , RS為取樣電阻 , RW為電路提供基準電壓。工作原理 :如果由于電源波動使 Uin降低 ,從而使負載電流減小時 ,則取樣電壓 US必然減小 ,從而使取樣電壓與基準電壓的差值 (US- Uref)必然減小。由于 UIA為反相放大器 ,因此其輸出電壓Ub=(R5/R4)×Ua 必然升高 ,從而通過調(diào)整環(huán)節(jié)使 US升高恢復到原來的穩(wěn)定值 ,保證了 US的電壓穩(wěn)定 ,從而使電流穩(wěn)定。當 Uin升高時 ,原理與前類同 ,電路通過閉環(huán)反饋系統(tǒng)使 US下降到原來的穩(wěn)定值 ,從而使電流恒定。調(diào)整 RW,則改變 Uref,可使電流值在 0～ 4A之間連續(xù)可調(diào)。
IL=R2×Uref/[(R2+R3)×RS]圖2.3.1 采用集成運放的線性恒流源
2、采用開關電源的開關恒流源
電路構成如圖2.3.2所示。 BG1為開關管 ,BG2為驅(qū)動管 , RL 為負載電阻 , RS為取樣電阻 , SG35 24為脈寬調(diào)制控制器 , L1、E2、E3、E4為儲能元件 , RW提供基準電壓 Uref。 采用開關電源的開關恒流源工作原理 :減小開關器件的導通損耗和開關損耗是提高電路效率的關鍵。為此 ,器件選擇飽和壓降小、頻率特性好的開關三極管和肖特基續(xù)流二極管。
扼流圈 L1的磁芯上再繞一個附加線圈 ,利用電磁反饋降低開關三極管的飽和壓降 ,并采用合理的結構設計 ,使電路的分布參數(shù)得到有效的控制。
當電源電壓降低或負載電阻 RL 降低時 ,則取樣電阻 RS 上的電壓也將減少 ,則SG3524的 12、13管腳輸出方波的占空比增大 ,從而使 BG1導通時間變長 ,使電壓 U0回升到原來的穩(wěn)定值。 BG1關斷后 ,儲能元件L1、E2、E3、E4保證負載上的電壓不變。當輸入電源電壓增大或負載電阻值增大引起 U0增大時 ,原理與前類同 ,電路通過閉環(huán)反饋系統(tǒng)使 U0下降到原來的穩(wěn)定值 ,從而達到穩(wěn)定負載電流 IL 的目的。
3、采用集成穩(wěn)壓器構成的開關恒流源
MC7805為三端固定式集成穩(wěn)壓器 ,RL 為負載電阻 ,RW為可調(diào)電阻器。
工作原理 :固定式集成穩(wěn)壓器工作在懸浮狀態(tài) ,在輸出端 2和公共端 3之間接入一電位器 RW,從而形成一固定恒流源。調(diào)節(jié)RW,可以改變電流的大小 ,其輸出電流為 :IL=( Uout/RW) +Iq式中 Iq 為 MC7805的靜態(tài)電流 ,小于 10m A。當 RW較小即輸出電流較大時 ,可以忽略 Iq。當負載電阻 RL 變化時 ,MC7 8 05用改變自身壓差來維持通過負載的電流不變。
RW 的確定 :RW 的值可由 RW=Uout/IL 確定。因 Uout=5 V,IL=0.5～ 2A,因此確定的取值范圍為2.5～ 10Ω。
輸出電壓和負載變化范圍的確定 :根據(jù)設計要求 ,本例的輸出電壓 U0=10V。由于恒流源的輸出電流可調(diào)范圍為 0.5～ 2A,因此相應的負載變化范圍為 5～ 20Ω。
以上幾種恒流源結構簡單 ,可靠性高 ,調(diào)整方便 ,在科研中已得到了應用。其中線性恒流源適用于蓄電池的恒流放電 ,開關恒流源適用于蓄電池的恒流充電 ,集成穩(wěn)壓器構成的恒流源適用于電阻測量等。