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1、一种双极性输出大功率压控恒流源的设计贾宏志1，姜博实1，李倩倩1，夏桂珍1,2（ 1.上海理工大学 光学与电子信息工程学院，上海 200093；2. 武警上海政治学院，上海 200435）摘要：本文介绍了一种双极性输出的大功率压控恒流源的设计方法。 该恒流源采用简单的运放系统，经过电压扩展和电流扩展，可提供25V、02A的可调恒定电流，既达到了提 供大输出电流的目的，而且电路结构简单，成本较低，精度较高。 经测试该恒流源有较高 的负载稳定度和较低的纹波。关键词：大功率恒流源；电压扩展；电流扩展中图分类号：TM89文献标识码：B文章编号：1001-1390（ 2008） 09-0062-03De
2、sign of a high-power bipolar output voltage-controlledcurrent sourceJIA Hong-zhi1, JIANG Bo-shi1, LI Qian-qian1 , XIA Gui-zhen1,2(1. College of Optical and Electronic Information Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China.2. Armed police Shanghai Politics
3、Institute, Shanghai 200435, China)Abstract: This article introduces a design method of a high -power bipolar output voltage -controlled current source. Using simple operational amplifier system, with voltage and current expansion, this current source can provide 25V, 0 2A adjustable constant current
4、. This method not only reach the purpose of providing large output current, but also has simple circuit structures with lower cost and higher precision. This constant current source has higher load stability and lower ripple.Key words: high-power constant current source, voltage expansion, current e
5、xpansion引 言在电子仪器设备中经常要用到压控电流源，并且 要求在负载变化时具有很好的稳定性。 传统的恒流源 制作方法可以是利用二极管、三极管、集成稳压源的 特性制作的参数稳流器、 串联反馈调整型稳流电源、 开关稳流源等等。 参数稳流器的输出电流范围小、稳 流精度不高； 串联反馈调整型稳流电源的输出电流 小，效率较低；开关稳流源不仅电路复杂、元器件数量 多，而且输出纹波大、可靠性较差。 考虑到以上缺点， 本设计采用了普通的运放，配合三极管进行电压扩展 和电流扩展，既达到了提供大输出电流的目的，而且电路设计图1是本设计的原理框图， 由外部的控制电压信 号输入到运放构成的恒流模块中。 输出的
6、电流经电压 扩展模块和电流扩展模块后提供给负载。 电流经过采 样电阻进行电流采样，获得的采样信号经由电压反馈 系统模块反馈到恒流模块中进行恒流。 其中由功率模 块对电压扩展模块和电流扩展模块进行供电。（ ） 功率模块选择市面上常用的开关电源对电流扩展模块提 供功率输出，在其输出端并接电容以消除干扰。 由于 要求双极性输出，所以选用双极性输出的开关电源可01图1设计原理图图2恒流及电压反馈模块图3电压扩展模块总第 45 卷 第 513 期2008 年 第 09 期电测与仪表Electrical Measurement &InstrumentationVol.45 No.513Sep. 2008出
7、电压进行比较放大，形成最后的输出电压。 系统中的三极管选择对管，以达到双极性输出的目的，此系 统开环放大倍数仅由R17与R14的比值决定， 但经R25和 R24分压反馈后，相当于放大器，其放大倍数由R25与R24 的比值决定。图4所示为电流扩展电路。 使用简单常用的图腾 柱式电流扩展方法，注意功率三极管的选择，并加上 散热片，保证功率输出。 这样，经过电流扩展后V1计算 公式为：为1%的开关电源。 使用78、79系列三端稳压器降压后提供给电压扩展模块以提高运放的输出电压。（ ） 运放恒流及电压反馈模块图2是运放恒流模块及电压反馈模块。 由图2可见 由电流输出端采集到的经分压处理后的采样反馈信
8、号经由运放组成的跟随器及反向器后，被送到反向加 法器U4的反向端与电压控制信号相加得到运放的输 出电压V3。 V3计算公式为：V1=nV3（ ）式中n=1+R /R。25 24图4中的Rs为采样电阻，在电流源电路中，取样电阻的精密程度直接影响电流输出的稳定性。 在实验 中，我们使用温漂小于 510-6/ 、额定功率为10W的2精密金属膜电阻。 分别从采样电阻的两端对电压采样，这样通过采样电阻的电流I为：I=(V2-V1)/2由以上电路分析式(1)、(2)得：（ ）V3=-(Vi-V2/m)式中m=1+R22/R23。（ ） 电压扩展及电流扩展模块 图3所示是电压扩展模块电路图。（ ） V2 V
9、1-= Vi（ 4）实验中nm由运放构成差调整R 、R 、R、R 的电阻值，使m=n=l。22232425动放大器，将恒流系统生成的信号与分压处理后的输图 4电流扩展模块实验中我们使用普通电压源作为控制信号的输入， 使用大功率的50可变电阻盘作为模拟负载，经测量，本恒流源的输出电流纹波约为0.8%。其主要影响纹波的原因为控制信号的稳定度，如使用更好精度的数字电压信号则会有更高的输出精度。 图5是在电 流为1A时本装置的负载电流稳定度曲线， 可发现恒 流效果很好。 由于使用36V的电源提供功率输出，当 负载电阻大于30时电流开始有衰减。结 论本设计采用简单的运放及三极管恒流电路制作 了一种电路简
10、单、有较高负载电流稳定度和较低纹波 的恒流原。独特的电压扩展电路和电流扩展电路实现 了使用普通运放的大功率输出，克服了普通运放电路 输出功率低的弱点。并使用对称结构实现了同一电源 的双极性输出。如使用数字控制信号作为电流控制信 号则可实现输出电流的数字控制。参 考 文 献1 常玉燕，吕光. 日本电子电路精选M.电子工业出版社，1989.2 陈凯良，竺树声. 恒流源及其应用电路M. 浙江科学技术出版社 ，1992.3 林 咏 海 等 . 一 种 半 导体激光器驱动电源的设计 J. 激 光 杂 志 ，2006，12(1)：25-27.作者简介：贾宏志（ 1968-） ，男，汉族，河北邯郸人，光学博
11、士，副教授，主要从事光 纤传感与半导体激光器供电电源的研究制作工作。Email: hzjia收稿日期：2008-03-15（ 常会敏 编发）3选择l=4，则：I=4Vi /2（ 5）得出通过采样电阻的电流仅与输入的控制电压有关，则可得知整个电路达到可控恒流的效果。实验测量结果2（ 上接第58页）6J.M.Carrasco, J.M.Quero and F.P.Ridao. Sliding mode control of a DC/ DC PWM converter with PFC implemented by neural networks, IEEE Trans. Circuits and
12、 Systems -1:fundamental theory and applications, vol.44, pp.743-748,August 1997.7R.Leyva, L.M.Salamero and B.Jammes, Identification and control of power converters by means of neural networks. IEEE Trans. Circuits and Systems-1: fundamental theory and applications, vol.44, pp.735-741, August 1997.8
13、韦 岗 ， 贺 前 华. 神 经 网 络 模 型 、 学 习 及 应 用M. 电子工业出版社 ，1994.9胡守仁，余少波，戴葵. 神经网络导论M. 国防科技大学出版社，1993. 10H.Sira -Ramirez. Switched control of bilinear converters via pseudolineatization. IEEE Trans. Circuits and Systems, vol.36, pp.858 -865,June 1989.11K.Narendra and K.Parthasarathy. Identification and control
14、ofdynamical systems using neural networks. IEEE Trans. Neural Networks, vol.1,pp.4-27,March 1990.作者简介:姜学东(1970-), 男, 汉族, 安徽大学电路与系统专业博士研究生, 研究 领域为非线性电路与功率电子学。 Email: jxd周宇飞(1973-), 男, 汉族, 博士, 教授, 硕士生导师, 研究领域为非线性 电路与功率电子学, 控制理论。 Email: zhouyf王诗兵(1976-), 男, 汉族, 安徽大学电路与系统专业博士研究生, 研究 领域为非线性电路与功率电子学。陈军宁 (1953-), 男, 汉族, 博士, 教授, 博士生导师, 研究领域为VLSI系统与设计, 深亚微米MOS 器件物理, 高压功率器件和电子学。收稿日期：2008-02-15（ 常会敏 编发）
