一种高稳定性恒流源设计

一种高稳定性恒流源设计　高子淑　，，刘培洲　（１．西北工业大学附属中学，陕西西安７１００７２）　（２．西北工业大学，陕西西安７１００７２）　摘要：设计了一种基于恒压源控制的高稳定型恒流源，通过对元器件的合理选型以及对电路的优　化设计，使得恒流源的稳定性可以达到０．１　Ａ。给出了设计的理论推导和相关电路设计，对工程　应用具有一定的指导意义。　关键词：恒流源；恒压源；高稳定；ＬＭ３９９　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　Ｃｏｎｓｔａｎｔ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｓｏｕｒｃｅ　ＧＡＯ　Ｚｉ—ｓｈｕ　ＬＩＵ　Ｐｅｉ—ｚｈｏｕ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｈｉｇｈ　ｓｔａｂｌｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｏｕｒｃｅ　ｂａｓｅｄ　０ｎ　ｓｏｕｒｃｅ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ．　Ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｏｕｒｃｅ　ｃａｎ　ｂｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｔｏ　ａ　ｍｉｃｒｏａｍｐｅｒｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｒａｔｉｏｎａｌ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｒｅ　ｐｏｓｅｎｔｅｄ．Ｉｔ　ｈａｓ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｇｕｉｄｉｎｇ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅａｄｙ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｏｕｒｃｅ；ｓｔｅａｄｙ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｓｏｕｒｃｅ；ｈｉｇｈ　ｓｔａｂｌｅ；ＬＭ３９９　中图分类号：ＴＰ２７４．２文献标识码：Ａ　文章编号０２１９－２７１３（２０１５）０３—０２１—０４　１　引言　恒流源是一种能向负载提供恒定电流的元件　或者电路。在仪器仪表、电子通信等领域有着广泛　的应用。市场上虽然有比较成熟的恒流源产品，其　计。一个性能优良的恒流源必需具备稳定性好、精　度高等优点，而恒流源的稳定又往往受到环境温度　变化的影响．温度的变化会影响到ＰＮ结的穿透电　流，进而影响到恒流源的稳定性。因此，在实际设计　时。必需采用一定的措施来降低环境对系统整体性　能的不良影响。例如采取温度补偿、采用低温漂的　输出可以达到ｍＡ以及１００　Ａ级。但是在一些对产　品结构、输出电流大小、稳定度以及精度等指标有　严格要求的场合，恒流源电路则必需进行精心设　收稿日期：２０１４—１２—０６　器件等等ｌｌ’２１。本文针对恒流源应用时面临的一些难　题展开研究，设计了一种稳定度可达０．１　Ａ的恒流　源　一２ｌ一　第１Ｉ８卷第３期　鼋涤般　闻　ＰＯＷＥＲ　ＳＵＰＰ１　Ｙｌ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ　ＡＮＤ　ＡＰＰＬＩＣＡＴ１０ＮＳ　Ｖ０１．１８　Ｎｏ．３　Ｍａｒｃｈ．２０１５　２０１５年３月　２　恒流源原理分析　基于恒压源的恒流源是采用运放所具有的虚　短和虚断原理进行设计，具体原理框图如图１所　流　图１压控恒流源原理框图　由图１可知，通过恒压基准源得到固定的电压　值　和　，根据运放的虚短原理　：　。所以有　一　尺　一　尺　＝　（１），　由式（１）可知，　为一个恒定的值。　由此可知．电流的输出除了和恒压基准源相关　外，还与电阻尺密切相关。在实际的应用中，可以根　据电流需求选择合适的电阻Ｒ并进行扩流然后输　出。由于恒流源的设计通常需要考核输出的稳定　性，因此一个低温漂，高精度的电阻和一个低温漂　恒压基准源的选择便是设计的重中之重。　３　系统整体方案设计　本文介绍的恒流源设计方法是一种基于恒压　源的设计方案。即通过设计一个稳定性极高的电压　源进而完成恒流源的设计。众所周知，稳压源从调　整管的工作状态来分可以分为线性电源和开关电　源两大类别。线性电源的主要优点是可以达到较高　的质量指标，它的稳定度和纹波可达到１０　一１０　Ｖ。　而体积小、重量轻、效率高则是开关电源的优点，但　开关电源的纹波相对比较大。因此，本文采用线性　器件设计恒压源。具体设计框图如图２所示。　首先对外部提供的电源进行一级稳压．然后产　生叵压基准源进而产生恒流源。在设计时，可以通　一２２一　图２系统设计框图　过切换不同的电阻值来实现不同的电流档位。最　后，将产生的电流进行扩大，然后再输出。采用先进　行一级稳压然后再产生恒压基准源的架构可以进　一步降低电压噪声，尽可能的减少外部输入电源的　质量对系统产生的不良影响。　３．１一级稳压电路设计　外部电源输入后需要先进行一级稳压来降低　外部噪声的影响。因此，稳压部分电路的质量则显　得非常重要。电压噪声、纹波、稳定性都是必需考虑　在内的因素。本文采用ＬＭ３１７作为第一级稳压电路　的核心元件进行设计。　ＬＭ３１７具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、　纹波抑制比高等优点。同时。ＬＭ３１７是可调节三端　正电压稳压器，在输出电压范围１．２伏到３７伏时能　够提供超过１．５安的电流，此稳压器非常易于使用。　具体电路如图３所示。　图３一级稳压电路　通过ＬＭ３１７的数据手册很容易知道．ＬＭ３１７的　输出电压Ｕ＝Ｉ．２５・（１　：），实际需要＋１２Ｖ的输　出，因此选择Ｒ　＝３．３　Ｖ　：＝３９０　Ｑ。　３．２恒压基准源的设计　恒压基准源的产生是恒流源设计的最关键部　第１８卷第３期　鼋涤艇　阖　Ｐ０ＷＥＲ　ＳＵＰＰＬＹ　ＩＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ　ＡＮＤ　ＡＰＰＬＩＣＡＴ１０ＮＳ　Ｖｏ１．１８　Ｎｏ．３　Ｍａｒｃｈ．２０１５　２０１５年３月　５　结束语　基于恒压源的恒流源，采用ＬＭ３９９作为恒压基　研究【Ｊ］．后勤工程学院学报，２０１１，２７（４）：７８—８１．　【２】　侯冰洲，王宇野，吴涛．对基于恒压源的精密恒流源思考　分析［Ｊ】．数字技术与应用，２０１　１，１２：２３９．　【３】　陈太洪．基于ＬＭ３９９的高精密度稳压电源［Ｊ】．工矿自动　化，２００６，０２：４２－４３．　准源的核心元件，通过选择合适的低温漂．高精度　电阻，实现了高精度，低温漂的恒流源设计。实际精　度可达微安级，此外，通过提高恒压基准源的精度，　采用温漂系数更低的电阻可以进一步提高恒流源　精度和稳定性。　［４］　陈利永，林丹阳，郑忠楷．电路与电子学基础【Ｍ】．北京：　机械工业出版社，２０１２．　作者简介　参考文献　高子淑（１９９７一），就职于西北工业大学附属中学，主要　【１】　沈小东，刘倩，邓安伸，李胜波．基于恒压源的精密恒流源　方向为电子技术。　．＇’’　’　’’’　’’’　’　’’’　’　’’’　’　’　’　’’’　’’’’’　。ｌ’’　’’　、　：　＾　：　＾　ｉ　＾　＾　打造智能配电网分布式电站并网有道　，　■　＾　：　１１月１４日举办的２０１４中国未来能源论坛上，国家电网能源研究院副院长张玮表示，“现在国家电网：　；每年在智能电网上投资３０００亿元”。多位专家在会上指出，智能电网的发展能更有效地接入风光等新能　：源，同时也对电网规划、建设、服务等提供更可靠依据。　智能电网市场前景广阔　参事石定寰在发言时表示，智能电网是推进再生能源的重要技术手段，可以把信息化和能源：　的清洁化、绿色化、低碳化紧密结合。目前能源的供给端有来自风电、太阳能、水电等不同能源系统，发电　：端和用电端都不稳定。智能电网最终要达到将不稳定的两端，通过信息系统有效连接起来，保证整个系统：　的有效平衡。　：　国家电网此前曾表示，国家电网在“十二五”期间预计将投入约１．６万亿元用于坚强智能电网建设。：　而智能电网“十二五”专项规划提出，建立较为完善的智能电网产业链，基本建成以信息化、自动化、互动　ｉ化为特征的智能电网。建成２０—３０项智能电网技术专项示范工程，建设５－１０个智能电网示范城市。　ｉ　；　对于未来的智能电网建设，张玮建议，要网坚强，要把电网连接起来，合理规划，包括与周边国家的联；　网；高度智能，电动汽车也能即插即用；要广泛互联，包括地理范围，也包括和其他能源系统之间的协调。ｉ　：“从国家电网公司来说，我们希望电网的发展跟互联网的发展能相互融合，通过信息技术的发展，包括移　ｉ动终端的采用，加大与用户之间的互动力度。”　：　＾　ｌ‘《《薯《《《ｔｌ《《《‘ｌ《《‘　ｔ‘《　ｔＩ‘《‘　ｔＩｔｔ誓《　ｔｌ　ｔ《　ｔ・　‘《　《ｌ《　ｌ《《‘　ｔｔＩｔ　‘ｔ《ｌ　ｔ‘‘　《‘ｔ　‘‘　《Ｉ‘《ｔ‘　ｔｌ　《ｆ《　‘　：　一２４—