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(yùn)放，Q1、Q2 是功率MOSFET ,負(fù)載為感性。由NE555P 構(gòu)成脈位調(diào)制器，工作于無(wú)穩(wěn)態(tài)方式，其振蕩頻率受⑤腳輸入的信號(hào)調(diào)制。控制端⑤腳加入調(diào)制信號(hào)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(diào)制信號(hào)VΩ 的控制; ③腳輸出正脈沖的位置及脈沖寬度將隨調(diào)制信號(hào)VΩ 的變化而變化，實(shí)現(xiàn)脈沖的位置及寬度的雙重調(diào)制。

圖1 　恒流源電路

控制電壓Vi 經(jīng)R1、R2 分壓后加到運(yùn)放A 的輸入端， 運(yùn)放的輸出信號(hào)作為NE555P 的調(diào)制信號(hào)。

NE555P ③腳輸出的PWM信號(hào)控制Q1 ,驅(qū)動(dòng)Q1、Q2 交替工作在開關(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(hào)的頻率和占空比。Q2 導(dǎo)通時(shí)，D 處于截止?fàn)顟B(tài)，直流電壓EC 加在D 的兩端，經(jīng)LC濾波后對(duì)負(fù)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(dǎo)通，構(gòu)成續(xù)流回路，D 還可以削弱輸出信號(hào)電壓從高電平跳變到低電平時(shí)在感性負(fù)載兩端產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)。RS 為取樣電阻。所以，控制電壓經(jīng)運(yùn)放后，控制脈位調(diào)制器輸出脈沖信號(hào)的占空比，改變Q1、Q2 的開關(guān)時(shí)間，從而控制輸出電流的大小。

由圖1 ,根據(jù)運(yùn)放的特性知：

取RS = 1Ω , R1 = 24k , R2 = 16k 時(shí)，得I0 =0. 4Vi .當(dāng)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，輸出電流主要由R1 、R2 和RS 決定，與負(fù)載大小無(wú)關(guān)。

2 試驗(yàn)結(jié)果

為了測(cè)試恒流源的性能，筆者對(duì)其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。電源選用直流12V 2A 的高精度穩(wěn)壓電源，在元件選擇上，A 選用高精度運(yùn)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(wěn)定性好的無(wú)感線繞電阻，實(shí)驗(yàn)采用的負(fù)載為感性，其電感量為180mH、靜態(tài)電阻為4Ω ,MOSFET的參數(shù)見表1.

表1 MOSFET的參數(shù)

2. 1 輸出電流與輸入電壓的關(guān)系

當(dāng)RS = 1Ω , R1 = 24k , R2 = 16k ,輸入電壓Vi 從0~5V 變化時(shí)，理論計(jì)算和實(shí)際測(cè)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性關(guān)系。

圖2 輸出電流與輸入電壓的關(guān)系