恒流源電路在實(shí)踐中的應(yīng)用有哪些
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恒流源是能夠向負(fù)載提供恒定電流的電源 ,因此恒流源的應(yīng)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(duì)蓄電池充電時(shí) ,隨著蓄電池端電壓的逐漸升高 ,充電電流就會(huì)相應(yīng)減少。為了保證恒流充電 ,必須隨時(shí)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(dòng)強(qiáng)度降低 ,生產(chǎn)效率得到了提高。恒流源還被廣泛用于測(cè)量電路中 ,例如電阻器阻值的測(cè)量和分級(jí) ,電纜電阻的測(cè)量等 ,且電流越穩(wěn)定 ,測(cè)量就越準(zhǔn)確。恒流源的設(shè)計(jì)方法有多種 ,*簡(jiǎn)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(guān)恒流源和集成穩(wěn)壓器恒流源電路的結(jié)構(gòu)原理及特點(diǎn)。
1、采用集成運(yùn)放構(gòu)成的線性恒流源
電路構(gòu)成如圖2.3.1所示 ,兩個(gè)運(yùn)放 (一片 324)構(gòu)成比較放大環(huán)節(jié) , BG1、BG2三極管構(gòu)成調(diào)整環(huán)節(jié) , RL 為負(fù)載電阻 , RS為取樣電阻 , RW為電路提供基準(zhǔn)電壓。工作原理 :如果由于電源波動(dòng)使 Uin降低 ,從而使負(fù)載電流減小時(shí) ,則取樣電壓 US必然減小 ,從而使取樣電壓與基準(zhǔn)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(fù)到原來(lái)的穩(wěn)定值 ,保證了 US的電壓穩(wěn)定 ,從而使電流穩(wěn)定。當(dāng) Uin升高時(shí) ,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(lái)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(yùn)放的線性恒流源
2、采用開關(guān)電源的開關(guān)恒流源
電路構(gòu)成如圖2.3.2所示。 BG1為開關(guān)管 ,BG2為驅(qū)動(dòng)管 , RL 為負(fù)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(chǔ)能元件 , RW提供基準(zhǔn)電壓 Uref。 采用開關(guān)電源的開關(guān)恒流源工作原理 :減小開關(guān)器件的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗是提高電路效率的關(guān)鍵。為此 ,器件選擇飽和壓降小、頻率特性好的開關(guān)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(gè)附加線圈 ,利用電磁反饋降低開關(guān)三極管的飽和壓降 ,并采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ,使電路的分布參數(shù)得到有效的控制。
當(dāng)電源電壓降低或負(fù)載電阻 RL 降低時(shí) ,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(dǎo)通時(shí)間變長(zhǎng) ,使電壓 U0回升到原來(lái)的穩(wěn)定值。 BG1關(guān)斷后 ,儲(chǔ)能元件L1、E2、E3、E4保證負(fù)載上的電壓不變。當(dāng)輸入電源電壓增大或負(fù)載電阻值增大引起 U0增大時(shí) ,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(lái)的穩(wěn)定值 ,從而達(dá)到穩(wěn)定負(fù)載電流 IL 的目的。
3、采用集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的開關(guān)恒流源
MC7805為三端固定式集成穩(wěn)壓器 ,RL 為負(fù)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(dāng) RW較小即輸出電流較大時(shí) ,可以忽略 Iq。當(dāng)負(fù)載電阻 RL 變化時(shí) ,MC7 8 05用改變自身壓差來(lái)維持通過負(fù)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(fù)載變化范圍的確定 :根據(jù)設(shè)計(jì)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(yīng)的負(fù)載變化范圍為 5～ 20Ω。
以上幾種恒流源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,可靠性高 ,調(diào)整方便 ,在科研中已得到了應(yīng)用。其中線性恒流源適用于蓄電池的恒流放電 ,開關(guān)恒流源適用于蓄電池的恒流充電 ,集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源適用于電阻測(cè)量等。