高稳定度可调恒流源的设计与实现

发布时间：2021-10-31 16:46

　　针对影响恒流源稳定性的因素,制定相应的改进解决方案以确保输出电流的稳定,通过设计基于场效应管和运算放大器组成的串联反馈电路来保证电流的稳定性。实验测试的结果表明,串联反馈电路中加入运放的隔离电路使得前后级的电路更加稳定,同时基准电压越稳定,恒流源的输出电流越稳定,在市电供电情况下,经过预热可以产生更加稳定的基准电压。通过实验测试,恒流源样机达到10-6量级稳定度以及输出电流范围在0～1 A可调的设计要求。 

【文章来源】：中国测试. 2020,46(03)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

图1 串联反馈型恒流源总体结构

针对电路中电压改变会影响电路稳定的问题，设计了反馈补偿电路如图2所示，选用两个运放OPA277组成运放电路，将第一级的OPA277设计为电压跟随器，基准电压作为输入，输出电压与输入的基准电压极性相同，高输入阻抗的电压跟随器相当于把电路前后级断开，起到了“隔离”的作用，使后级电路在进行基准电压和反馈电压的比较时不会因为负载的突然变化影响到前级电路，也就不会影响基准电压的稳定性。将第二级OPA277设计为比较器。理想恒流源的内阻无限大，这样电流才能尽可能多的输出到负载上，两个运算放大器的串联在一定程度上增加了恒流源的内阻，进而提高电源的恒流保持能力。设计电路时还在电压跟随器、反馈电压端等多个地方设置了测试点，便于调试和数据采集。图中Id表示漏极电流，Rds表示场效应管的近似输出阻抗，IS表示负载电流。MOSFET中的输出阻抗通常比输入阻抗小得多，采样电阻比负载电阻小得多，因此可以假设开环增益、低频跨导和Rds特别大，而RL、RS、补偿电压、场效应管供电电压及阈值电压都足够小，就可以认为流过采样电阻的电流等于由负载、MOS管、测试电阻以及采样电阻所组成支路的电流。即为采样电阻的高低电势差，理想情况下，根据欧姆定律可以得到负载上的理想电流方程，如下式所示：

在电压控制电流源（voltage controlled current source,VCCS）中如果要得到稳定度为10-6量级的恒流源，基准电压的稳定度要优于10-6，所以本文在基准电压的产生中使用了一款20位高精度DA芯片AD5791。为了防止在数据传输中对稳定性造成二次影响，将数控模块和电压产生模块做成了4部分，分别是可以设置电流值的触摸屏、进行数据传递的光耦电路、接收光耦信号并发送电压值的89C51单片机以及产生基准电压的组合电路，这4部分的数字电路和模拟电路都各自经电容去耦接地，去除电源干扰，并进行了电气隔离避免彼此互相干扰。基准电压产生电路如图3所示。稳定度计算公式：


本文编号：3468493