恒流源电路在实践中的应用有哪些
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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。恒流源的设计方法有多种 ,*简单的恒流电路是 FET或恒流二极管 ,但其电流值有限且稳定度也较差。分别论述线性恒流源、开关恒流源和集成稳压器恒流源电路的结构原理及特点。
1、采用集成运放构成的线性恒流源
电路构成如图2.3.1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。
IL=R2×Uref/[(R2+R3)×RS]图2.3.1 采用集成运放的线性恒流源
2、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。 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。
3、采用集成稳压器构成的开关恒流源
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。