高精度宽范围程控直流恒流源的设计与实现

３ １ 减 小 调 整 管 功 耗 的方 法 ． 如 何 降低 调 整
管 的功耗 ， 是 恒 流 源设 计 必 须考 虑 的重要 因素 ．
根据输 出功率 的计算公式 Ｐ 。 ＝ ／ Ｒ 。 ＝ 启 Ｒ 。 可知 ， 降 低 调 整 管 功耗 的 途 径 有 ３ 种： ① 采 用 多
第２ ７ 卷 第４ 期
２ ０ １ ３ 年０ ８月
空 军 预 警 学 院 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ａｉ ｒ Ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ Ｅａ ｒ ｌ ｙ Ｗａ ｍｉ ｎ ｅ Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍ
、 ， ０ １ ． ２ ７ Ｎｏ． ４ Ａｕ ｇ． ２ ０１ ３
摘
要： 针 对 串联 负反馈 恒 流 源 功耗 大、 效 率低 的 问题 ， 详 细分 析 了影 响 恒 流源 输 出 电流精 度 的 各种 因素 ， 提
出 了一 种 基 于 功 率调 整 管 漏 源 电压 随输 出 电流 自动 改 变原 理 的 以 Ａ Ｄ ｕ Ｃ ８ ４ １ 单 片 机 为控 制 核 心 的 恒 流 源控 制 方
是 影 响恒 流 源 输 出 电流 精 度 的 主要 因素 ； 其 他 则
是 次 要 因素 ， 可 不考 虑 ．
２ ） 控 制 方 式 ． 串联 负 反 馈 直 流 恒 流 源 的 控
制 方 式 有 误 差 放 大 器 负 反 馈 和 Ｐ Ｉ 调 节 控 制
２ 种 ．前 者 虽 然 能 实 现 输 出 电流 的恒 定 ， 但输 出 电流 稳定 性 和 负 载动 态 性 能差 ； 后 者 则 电 流稳 定 性 和负 载 动 态 性 能 均 较 好 ． Ｐ Ｉ 调 节 控 制 又 分 为 模拟 Ｐ Ｉ 调节控 制和数字 Ｐ Ｉ 调节 控制 ， 两 者 的 恒 流 控 制原 理 一 致 ， 都 是 将 给 定 电流 值 与 输 出 电流 反 馈 值 比较 ， 电流 差 值 经 过 Ｐ Ｉ 运 算 后 控 制 调 整 管 栅 源之 间 的 电压 ， 从 而 改 变调 整 管 漏 源 问 的输 出 电流 ， 最 终 实 现输 出反 馈 电 流与 给 定 电 流 的无
误差．
１ 串联负反馈直流恒流源
串 联 负 反 馈 直 流 恒 流 源 是 依 据 负 反 馈 和 晶 体 管 集 电极 电 流输 出较 平坦 原 理 ， 当误 差放 大器 同、 反 相 端 电压 不 相 等 时 ， 电 压 差 值 经 误 差 放 大 器放大后 ， 通 过改 变 线 性 调整 管 栅 源 之 间 的 电压
只 调整 管 并 联 均 流方 式 ； ②采 用 调 整 管 与 电阻 并
联 再 串联 分 压 方 式 ； ③控制输 入电压 ， 使 调 整 管
漏 源 电压 恒 定 的 方 式 ．文 献 ［ ６ ］ 采用 第 １ 种 方 式 Байду номын сангаас实 现 大 电流 恒 流 ， 但 须 保 证并 联 调 整 管参 数 完 全
直 流 恒 流 源 广 泛 应 用 于 电测 仪 表 、 激光 、 传
感 器 等 领 域 ， 其 实 现 方 式有 串联 负 反馈 调 整 和开 关 变 换 ２ 种 ． 串联 负反 馈 直 流 恒 流源 输 出 电 流较 小 （ ＜ ３ ０ Ａ ） ， 功耗较大， 效率低 （ ＜７ ０ ｏ ／ ｏ ） ， 但 输 出电流精度高 、 电磁 兼 容 性 较 好 ； 开 关 变 换 直 流
来 改 变 流 过 调 整 管 漏 源 间 的 电流 厶 ， 最 终 实
现误差放大器同、 反 相 端 基准 电压 与 取样 电 阻两
端 电压 相 等 ， 从 而实 现 输 出 电流 的恒 定 ．其 典 型 电路 如 图 １ 所 示 ． 恒 流源 输 出 电 流为
， ０ ＝Ｕ ｓ ／ Ｒｓ （ １ ）
恒 流源 输 出电 流较大 （ ＞ ３ ０ Ａ ） 、 开关 损耗 较小， 效
出 电流精 度 的 因数 包括 ： 基 准 电压 的稳 定 度 、 取 样 电 阻 阻值 随 温 度 的 变 化 、 误 差 放 大 器 输 入 端 电压 漂 移 及 噪声 电压 、 误差 放 大 器 本身 参 数 的变 化 、 误 差 放 大 器输 入 端 内 阻 漂 移 、 负 载 电阻 的变 化 及 输 入 端 直 流 电压 纹 波 等 ． 其 中 ， 基 准 电压 的稳定 度 、 取 样 电阻 Ｒ 阻值 随温 度
的变 化 、 误 差 放 大器 输 入 端 电压 漂 移 及 噪声 电压
率 高（ ９ ０ ％） ， 但 输 出 电流 精 度 不 高 、 电磁 干 扰 较 大 ． 本 文 设 计 了一 种 功 率 调 整 管 漏 源 电 压 随输 出 电流 自动 改 变 的恒 流 源控 制 方 式 ， 分 析 了其 工 作 原 理 ． 实 验结 果 表 明 ， 该恒 流 源 具 有 输 出 电流 范 围宽 、 精 度 高及 功 耗 低 等优 点 ．
案， 并进行 了相关的实验．实验结果表明 ， 通过改变输入 电压， 采用数字Ｐ Ｉ 调节和调整管负反馈双重闭环控制， 可
使 输 出电流 精 度 明显提 高 ， 功 耗 明显 降低 ．
关键 词 ： 恒流源； Ａ Ｄｕ Ｃ ８ ４ １ 单 片机 ； Ｂ ｕ ｃ ｋ 变换 器 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｍ４ ６ 文献 标 志 码 ： Ａ 文 章编 号 ： ２ ０ ９ ５ — ５ ８ ３ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ － ０ ２ ９ ３ — ０ ３
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ２ ０ ９ ５ — ５ ８ ３ ９ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ４ ． ０ １ ６
高精度宽范 围程控 直流恒流源 的设计 与实现
刘 卫 华 ， 祁 承 超 ， 王 荣
（ １ ． 西安六三一研 究所 ， 西安 ７ １ ０ ０ ６ ８ ； ２ ． 空军预警学院 五系， 武汉 ４ ３ ０ ０ １ ９ ； ３ ． 空军预警学院 科研部， 武汉 ４ ３ ０ ０ １ ９ ）