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(gòu)成脈位調(diào)制器，工作于無穩(wěn)態(tài)方式，其振蕩頻率受⑤腳輸入的信號調(diào)制。控制端⑤腳加入調(diào)制信號VΩ (該端允許外加0~ EC 的電壓) ,使定時器的閾值電平Vth1和觸發(fā)電平Vth2均隨VΩ 而變，即：

因而定時器電容C2 的充電時間和放電時間均受調(diào)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(diào)制信號VΩ 的變化而變化，實現(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 分壓后加到運放A 的輸入端， 運放的輸出信號作為NE555P 的調(diào)制信號。

NE555P ③腳輸出的PWM信號控制Q1 ,驅(qū)動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腳輸出電壓信號的頻率和占空比。Q2 導(dǎo)通時，D 處于截止?fàn)顟B(tài)，直流電壓EC 加在D 的兩端，經(jīng)LC濾波后對負載供電;Q2 截止時，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電壓從高電平跳變到低電平時在感性負載兩端產(chǎn)生的反電動勢。RS 為取樣電阻。所以，控制電壓經(jīng)運放后，控制脈位調(diào)制器輸出脈沖信號的占空比，改變Q1、Q2 的開關(guān)時間，從而控制輸出電流的大小。

由圖1 ,根據(jù)運放的特性知：

取RS = 1Ω , R1 = 24k , R2 = 16k 時，得I0 =0. 4Vi .當(dāng)輸入電壓Vi 從0~5V 變化時，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，與負載大小無關(guān)。

2 試驗結(jié)果

為了測試恒流源的性能，筆者對其進行了實驗研究。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)定性好的無感線繞電阻，實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(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，理論計算和實際測量的輸出電流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性關(guān)系。

圖2 輸出電流與輸入電壓的關(guān)系