一種壓控恒流源的研究

1 恒流源的組成和工作原理

恒流源電路如圖1 所示。圖中A 是高精度運放，Q1、Q2 是功率MOSFET ,負載為感性。由NE555P 構成脈位調制器，工作于無(wú)穩態(tài)方式，其振蕩頻率受⑤腳輸入的信號調制。控制端⑤腳加入調制信號VΩ (該端允許外加0~ EC 的電壓) ,使定時(shí)器的閾值電平Vth1和觸發(fā)電平Vth2均隨VΩ 而變，即：

因而定時(shí)器電容C2 的充電時(shí)間和放電時(shí)間均受調制信號VΩ 的控制; ③腳輸出正脈沖的位置及脈沖寬度將隨調制信號VΩ 的變化而變化，實(shí)現脈沖的位置及寬度的雙重調制。

圖1 　恒流源電路

控制電壓Vi 經(jīng)R1、R2 分壓后加到運放A 的輸入端， 運放的輸出信號作為NE555P 的調制信號。

NE555P ③腳輸出的PWM信號控制Q1 ,驅動(dòng)Q1、Q2 交替工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài);Q1 的工作頻率和占空比等于NE555P ③腳輸出電壓信號的頻率和占空比。Q2 導通時(shí)，D 處于截止狀態(tài)，直流電壓EC 加在D 的兩端，經(jīng)LC濾波后對負載供電;Q2 截止時(shí)，輸入電壓為0 ,D 在回路電感的作用下導通，構成續流回路，D 還可以削弱輸出信號電壓從高電平跳變到低電平時(shí)在感性負載兩端產(chǎn)生的反電動(dòng)勢。RS 為取樣電阻。所以，控制電壓經(jīng)運放后，控制脈位調制器輸出脈沖信號的占空比，改變Q1、Q2 的開(kāi)關(guān)時(shí)間，從而控制輸出電流的大小。

由圖1 ,根據運放的特性知：

取RS = 1Ω , R1 = 24k , R2 = 16k 時(shí)，得I0 =0. 4Vi .當輸入電壓Vi 從0~5V 變化時(shí)，輸出電流I0 將在0~2A 變化。由此可見(jiàn)，輸出電流主要由R1 、R2 和RS 決定，與負載大小無(wú)關(guān)。

2 試驗結果

為了測試恒流源的性能，筆者對其進(jìn)行了實(shí)驗研究。電源選用直流12V 2A 的高精度穩壓電源，在元件選擇上，A 選用高精度運放，電阻選用千分之一精度的精密電阻器，取樣電阻選用溫度穩定性好的無(wú)感線(xiàn)繞電阻，實(shí)驗采用的負載為感性，其電感量為180mH、靜態(tài)電阻為4Ω ,MOSFET的參數見(jiàn)表1.

表1 MOSFET的參數

2. 1 輸出電流與輸入電壓的關(guān)系

當RS = 1Ω , R1 = 24k , R2 = 16k ,輸入電壓Vi 從0~5V 變化時(shí)，理論計算和實(shí)際測量的輸出電流I0 隨輸入電壓Vi 的變化關(guān)系如圖2 (吻合) ,輸出電流與輸入電壓成線(xiàn)性關(guān)系。

圖2 輸出電流與輸入電壓的關(guān)系