淺談高精度可調(diào)恒流源的設(shè)計

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恒流源在現(xiàn)代檢測計量領(lǐng)域中發(fā)揮了極其重要的作用。在浙江虎王公司開發(fā)的“線纜自動化檢測設(shè)備”系統(tǒng)中，恒流源是重要的組成片面。只有開發(fā)出精度高、輸出功率大、可調(diào)范圍廣的高精度恒流源，“線纜自動化檢測設(shè)備”才能得志“精準、快速、智能地檢測各類線纜”的技術(shù)要求。因此，本文著重探討該系統(tǒng)中高精度可調(diào)恒流源的設(shè)計問題。

一、系統(tǒng)設(shè)計

高精度可調(diào)恒流源主要由兩片面組成：一是電流源主電路，二是操縱電路。其中主控電路主要由兩塊場效應管產(chǎn)生輸出所需的大電流，操縱電路主要由PWM操縱芯片SG3525及運放構(gòu)成閉環(huán)負反應。系統(tǒng)布局圖如圖1所示。

恒流源主電路由整流濾波、MOS管驅(qū)動、電流輸出等三片面電路模塊組成。其中MOS管驅(qū)動電路如圖2所示，圖中開關(guān)管Q1、Q4是電壓驅(qū)動全控型MOSFET，具有輸入阻抗高、驅(qū)動電路簡樸、驅(qū)動功率小、開關(guān)速度快及安好工作區(qū)大等優(yōu)點。半橋式逆變電路一個橋臂由開關(guān)管Q1、Q4組成，另一個橋臂由電容C6、C9組成。通過調(diào)理開關(guān)管的占空比，就能變更變壓器二次側(cè)整流輸出平均電壓Vo，經(jīng)全波變換和電感去噪后，對外輸出電流。

場效應管選擇2SK2648型芯片，它的最大漏極電流9A，最大功耗150W。由于流過場效應管的電流較大，場效應管的發(fā)熱對比嚴重，為保證恒流源的穩(wěn)當工作，可以給場效應管加裝適合大小的散熱片。

恒流源操縱電路由信號采樣、對比放大、PWM操縱、推挽等電路模塊組成，是穩(wěn)定恒流輸出、提高調(diào)理精度的關(guān)鍵所在，操縱環(huán)節(jié)的好壞直接影響電路的整體性能。如圖3所示，本設(shè)計采用以SG3525芯片為核心的恒頻脈寬調(diào)制操縱方式。

SG3525芯片的腳5和腳7間串聯(lián)一個電阻Rd，可以在較大范圍內(nèi)調(diào)理死區(qū)時間。SG3525的振蕩頻率可表示為：

式中CT，RT分別是與腳5、腳6相連的振蕩器的電容和電阻，Rd是與腳7相連的放電端電阻值。取值分別為2200p、10k、150，即頻率為61khz。11和14腳輸出采用圖騰柱輸出，本設(shè)計采用推挽驅(qū)動隔離電路，鞏固了驅(qū)動才能和電源的穩(wěn)當性。推挽驅(qū)動隔離電路如圖4所示。

二、誤差分析

誤差放大器的輸入信號是電壓反應信號，反應信號由采樣電阻采樣，并經(jīng)小信號放大及電壓對比、跟隨電路得到。設(shè)采樣電阻大小為R，二級運放放大電阻分別為R1、R2，外部輸入調(diào)整電壓為Vr，得：

在夢想處境下R1，R2都是恒定不變的，可知輸出電流與基準源電壓成線性關(guān)系但在實際處境中電阻的溫度系數(shù)和電壓基準源的溫度系數(shù)將影響輸出電流的穩(wěn)定性，對公式舉行全微分后可得：

由于R1與R2都是千歐級電阻值，而R是毫歐級電阻值，Vr是0~5V的電壓值，由公式可知，經(jīng)過倒數(shù)運算后，輸出電流不穩(wěn)定的影響因素主要是由R與Vr產(chǎn)生。本設(shè)計中，R采用18毫歐的大功率高精度低溫漂的細致金屬殼散熱電阻，而Vr取自系統(tǒng)外部由下位機經(jīng)過12位D/A變換后得到的高精度可調(diào)電壓信號，其精度達成0.001V，得志系統(tǒng)的要求。

三、實測結(jié)果

高精度可調(diào)恒流源產(chǎn)品實物圖如圖5所示：

圖6是恒流源工作在1歐姆負載，輸出電流調(diào)整為1A時，示波器的實測波形圖。

由圖可知，恒流源輸出紋波系數(shù)為4.0%，得志技術(shù)指標的要求。

四、結(jié)論

高精度可調(diào)恒流源是“線纜自動化檢測設(shè)備”系統(tǒng)的重要組成片面，為測試系統(tǒng)供給了精度高、穩(wěn)定性好、電流可調(diào)范圍大、調(diào)整回響時間短、負載才能強的測試所需恒流，得志系統(tǒng)的各項指標要求。假設(shè)進一步采取選擇精度更高、溫度系數(shù)更好的電阻及運放器件、保證系統(tǒng)的輸入基準電壓精度等級更高、引入細致可調(diào)變阻器對系統(tǒng)的局部參數(shù)舉行