恒流技术

2024-08-10

恒流技术（精选9篇）

恒流技术篇1

本文通过介绍恒流源和恒压源的基本概念, 并对其输入特性、输出特性、带负载特性的比较, 着重阐明了他们广泛的应用场合和发展前景。

恒流源和恒压源的基本概念

由于历史的原因, 我们通常把将电网电能转换为其他规格输出电压的装置叫做电源 (Power supply) , 而实际上从字面意义上理解, 只有那些象电池一样的装置才适合被称为电源, 我们称为电源的其实是一种电能量的转换装置 (Power Converter) , 广义上讲, 包括电厂的发电机、太阳能电池板等等都可以被称为电能量转换装置, 只是他们具备将诸如机械能、热能等其他能量形式转换成为电能的能力, 而我们一般指的电能量转换装置或者说电源是限于只在电能范围内的能量转换, 在过于的几十年中, 输出电压规格之间的转换占了主导地位, 如将220V的电网交流电压转换为48V的直流输出电源, 将48V电压的直流电源转换为输出12V 5V 3.3V等输出电压的电源, 学名将这些电源称为直流稳压电源, 所说的“直流稳压”是指这些电源的输出形式, 当然也有被称为逆变电源的交流输出电源, 以及输出频率可变的变频器等等, 他们共同的特点是控制输出电压的输出形式, 而根据负载的特点提供一定的电流, 如果输出电压是一定的, 一般可将这些能量转换器称为“恒压源”, 对于后级负载而言他们具有能量源的特点, 这个能量源的输出电压是恒定不变的, 所谓恒定不变是指不论整个能量供应和消耗系统的其他参数如何变化以及外部不可避免地引入一些干扰, 比如电源的输入电压波动、负载特性波动、雷击浪涌的干扰, 这个输出电压都是恒定不变的。

恒流源的特点与恒压源完全可以类比, 因为也被叫做直流稳流电源, 它将其他电能形式转换为恒定电流输出的形式, 而基本不受其他参数或干扰的影响。

恒流源的应用场合和发展前景

在电视台的许多制作、传输、发射设备中不可避免的要应用到它们, 最典型的就是摄像机电池的应用和管理, 必须采用恒流源来对其充电, 电流流入电池的形式, 导致这种电源被形象地称为充电器, 充电器的应用范围由于各种电池如汽车电池、手机电池的广泛应用而广泛发展, 有大到几十千瓦小到几十豪瓦的充电器, 甚至更加广泛。近年来, 由于超级电容、半导体制冷片等容性负载的发展, 以及LED激光二极管等指数负载的发展, 更加增加了恒流源的应用需求, 新的发展领域还在不断增加着对各种恒流源的需求。

恒流源和恒压源的输入特性比较

我们所指的输入特性, 是指电源的前级供应特性, 通常的AC-DC恒压源的输入, 通过在AC整流之后并联一定的大电容来支撑输入电压, 实际上是构造了一个简单的输入恒压源, 在电源工作时提供相对稳定的恒压供应源, 因此后级阶段也常常被成为DC-DC, 即一个直流电压变换成为另一个直流电压。这与恒压源的工作方式有关, 一个是一般开关电源的工作方式为PWM, PWM的负载往往是感性负载, 其电流不会突变而电压会突变, 为了稳定地控制输出量, 需要一个稳定的输入电压, 另一个是所有控制电路的供电需要一个稳定的电压。

但是在某些特别的场合, 输入恒流源可以构造出独特的优点。在恒流源中, 输入也既可以是恒压源也可以是恒流源, 实现输入恒流源的方法也非常简单, 在输入端串联一个大电感, 导致其电流不能突变即可。输入恒流源的输入特性可以给输出源带来一些独到的优点, 比如非常低的纹波, 以及一定的抗浪涌功能, 能给摄像机等电池带来极大的好处。

恒流源和恒压源的输出特性带负载特性比较

对于恒压源, 最重要的一点就是输出不要短路, 一旦短路就会造成输出电压为零, 这与稳压输出目标有差距, 电路会自动调整向目标靠近, 结果是输出电流越来越大, 直至烧毁一部分元件, 因此对于一个恒压源来说, 增加过流保护和短路保护是非常有必要的。

恒压源可以开路, 这时称做空载工作, 即输出电流为零, 负载等效为无穷大的阻抗。

对于恒流源, 可以短路工作, 这时称做空载工作, 即输出电压为零, 负载等效为一个0欧姆的电阻。但是恒流源不能开路工作, 一旦开路, 由于输出电流为零, 内部电路会不断调整加大输出, 造成输出电压过高击穿某些元件, 因此所有恒流源必须有输出过压保护电路, 保证电源的安全, 一般来说, 过压保护涵盖了开路保护的要求。

通常对于恒压源和恒流源都先考虑带阻性负载的要求, 这个基本的要求是考虑电源的带载能力, 实际上, 很多负载总会呈现一些感性特性或者容性特性, 在恒压源的使用中, 如果容性负载大, 会导致电源在启动时就进入过流保护模式而无法启动, 比如一个电源的负载是很多并联的电容就会导致这种情况的发生, 解决办法之一是给电源输出串联上一个适当的电感。如果恒压源的感性负载大, 有时会造成输出电压过冲大或者一定程度的谐振, 因此要考虑调整电源本身的输出滤波网络来适配负载的感性特征。

对于恒流源, 带容性负载是没有问题的, 但是如让带感性负载, 就极其危险, 很容易造成输出震荡而损坏电源, 因此对此类故障的消除就必须考虑各级电路的输入输出特性, 采取一定措施保护电源和负载。

LED和激光二极管都属于容性负载, 负载有等效并联电容, 用电桥就可以测量出来, 而一般的恒流电源输出端都有串联滤波电感, 这个电感和负载的等效并联电容以及电源本身的输出并联电容很容易构建一个谐振频率, 使得恒流源输出电流震荡起来, 因此设计的电源必须具备比较宽的负载适应性。

双直线电机往复泵恒流控制的研究篇2

关键词：直线电机；模糊PI控制；恒流；MATLAB/SIMULINK仿真

中图分类号：TM359.4 文献标识码：A 文章编号：1006—8937（2012）23—0115—02

传统往复泵一般通过曲柄连杆机构将旋转电机的电能转化为直线运动的机械能，具有效率低，输出流量小，压力脉动大，易损件寿命低的缺点。直线电机可以将电能直接转化为直线运动机械能，将直线电机作为往复泵的动力端可以很好的克服以上问题。直线电机可以将电能直接转换成直线运动机械能而不需要任何中间转换机构，因此双直线电机往复泵与传统的往复泵相比，具备结构简单、冲程长、冲次低、排量波动小、泵压均匀和系统效率高等一系列优点，其发展潜力是巨大的，但是传统的PI控制方式不能更好的满足需要，本文提出了基于模糊PI控制的双直线电机往复泵恒流控制的控制方法，通过建立MATLAB/SIMULINK仿真模型，验证了控制方法的正确性和可行性。

1 直线电机的数学模型建立

直线电机由于其复杂的电磁关系不能建立起精确的数学模型，但它与永磁同步旋转电机的数学模型基本相同，所以我们做一些假设，以方便建立数学模型：忽略铁芯饱和的影响；涡流损耗和磁滞损耗忽略不计；永磁体没有阻尼作用；反电动势波形是正弦的。

基于上面的假设，选用定子电流ia、ib、ic，速度v及位移x为状态变量，由电压方程、机械运动方程和位移方程共同构成了直线电机的数学模型：

可以看出，直线电机数学模型是一个非线性耦合系统。可用坐标变换使各物理量从静止坐标系变换到同步旋转坐标系，从而使各交变的物理量都变成直流量，从而实现d、q两轴的解耦。

2 模糊PI控制器设计

传统的PID调节器整定要求被控对象有精确数学模型。而建立起直线感应电动机的精确动态数学模型是不易的，本文采用模糊控制实现双直线电机往复泵的恒流控制。模糊控制适用于非线性系统，具有响应速度快、动态响应特性好的优点，但模糊控制的动作不够精细，导致其稳态精度较差，因此将模糊控制与PI控制相结合，实现控制的目标，其控制原理图如图2所示。

由图2所示，为了使直线电机具有更好的动静态响应特性，模糊PI调节器根据不同的误差E和误差变化率Ec对参数进行调整，以达到理想的效果。

首先，模糊PI控制的模糊部分需将误差和误差变化率进行模糊化，然后根据模糊控制规则进行推理得到 △Kp和△KI，之后进行去模糊化，得到△Kp和△KI的值，通过以上两步得到PI调节器的PI值为：

Kp=Kp0+△KpKI=KI0+△KI（6）

其中：Kp0为 Kp的基准值，KI0为KI的基准值。PI调节器不断的调整PI参数的值，而使被控对象稳定可靠的运行。在双直线电机的控制系统中，对速度环采用模糊PI控制，以速度值的偏差E，偏差变化率Ec作为输入量，输出为△Kp和△Ki。选取E、Ec的语言值为{负大（NB），负小（NS），零（ZO），正小（PS），正大（PB）}，选取输出变量△Kp和△Ki的语言值为{负大（NB），负小（NS），零（ZO），正小（PS），正大（PB）}。

对PI参数的调整，需要根据一定的原则和经验，最终得到△Kp和△KI的模糊控制规则表如表1、表2所示。

3 系统仿真与结果分析

直线电机采用特定的等加速—匀速—等减速运动规律和120°或60°的运动相位，从而理论上实现系统的恒流量控制。下面利用Matlab进行仿真，本系统采用双闭环控制策略。

首先建立模糊控制器。在命令行输入fuzzy ，就可以进入模糊推理系统编辑器（fiseditor）。利用这个工具可制作一个*.fis文件。如上面所述，本文采用偏差E和偏差变化率Ec两个量作为模糊控制器的输入，接着确定隶属函数。双击黄色和绿色的方框就可以进入隶属函数编辑对话框。设置E， Ec的range为[—2，2]，U的range为[—1，1]。matlab提供了11种隶属函数，第一次使用选择常用的三角形trimf。三角形隶属函数有三个点确定，其实是三角形底边两个端点和中点。最后根据上面的规则表确定模糊控制规则。以E为例，如图3所示。

模糊PI控制模块利用Matlab模糊逻辑工具箱函数中的fuzzy函数，对双直线电机我们采用双闭环的控制策略，实现电机的稳定运行和协调控制，以达到抗干扰和恒流量输出的目的，系统空载的情况下，整个控制系统的仿真图形如图4所示。

对整个系统采用模糊控制后，系统的抗干扰特性得到了加强，图5为电机误差曲线。

图5中曲线1是在常规PI控制下的双直线电机的同步误差，2是采用模糊PI控制的误差曲线，很明显模糊控制的性能要优越常规的PI控制。我们可以得出，模糊控制对直线电机往复泵的控制可以达到更理想的效果。

4 结语

对于直线电机往复泵因为其结构简单有着巨大的发展潜力，在这种背景下本文探索了使用模糊PI控制的实现恒流输出的方法。从仿真的波形来看，模糊控制的优越性比较明显，外界对往复泵的干扰也能得到很好的抑制。为以后双直线电机往复泵的控制提供了理论指导，并能很好的促进往复泵的发展。

参考文献：

[1] 叶云岳.直线电机原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2] 王玉华.基于模糊控制的直线感应电动机控制系统的研究[D].吉林：吉林大学，2007.

恒流技术篇3

关键词：EIT,DPSD,恒流源,负电容补偿

1 引言

电阻抗成像技术(electrical impedance tomography,EIT)是一种能够反映生物体内部结构及组织器官功能的医学影像技术。它的主要原理是:根据人体内不同组织具有不同的电导率这一物理原理,通过注入电极给人体注入小的安全电流,从测量电极测回体表的电位来重建人体内部的电阻率分布或其变化的图像。EIT对胃和肺功能的成像是被证实确实可行的,相关研究表明,EIT技术可以成功运用于肺气肿、脑溢血、发热以及胃肠功能图像的重构,但是至今还没有EIT应用于临床的实例。因为EIT图像重构过程的病态性,测量中细微的误差也会导致最后成像时较大的偏差。实际上,要保证EIT的高精度测量需要克服存在的3个难题,分别是:如何减小电极的接触阻抗,如何抑制放大器的共模增益以及如何提高恒流源的输出阻抗[1]。本文讨论的就是测量和提高恒流源输出阻抗的方法。

经注入电极注入到人体的安全电流由恒流源提供,从图像重构精度及系统校准角度考虑,要求电阻抗成像系统中的恒流源输出电流恒定、温度稳定性好和输出阻抗足够大。其中,输出阻抗(R0,C0)的大小是评价恒流源性能优劣最重要的特性。理想恒流源的输出阻抗为无限大,即保证电流只流过负载,而实际恒流源的输出阻抗是有限的。如图1所示,由于恒流源内阻Zout引起的分流将导致实际流过负载的电流Iload并非恒流源的输出电流Iout。特别在高频情况下,由于印制板材料以及布线等因素引起的杂散电容往往会使恒流源等效输出阻抗变小,从而使得负载电流和输出电流的差值变得很大[2]。由此可知,往往是杂散电容的影响使得EIT系统频率不能做得很高,本文将这些杂散电容等效到恒流源输出电容。

EIT系统设计恒流源时要着重考虑提高其输出阻抗,一般设计为电压控电流源(VCCS),常用的实现电路有Howland电路、电流反射镜电路等。相关文献对这2种电路作了仿真分析和测量比较,文献结果指出,在频率100 kHz以上,2种电路的输出阻抗均可达到100 kΩ[3]。

本文讨论的输出阻抗测量方法和补偿电路设计独立于恒流源的设计,是EIT系统恒流源设计之外的测量和进一步提高其输出阻抗的方法。

2 输出阻抗检测

2.1 DPSD

数字相敏检波(DPSD)是采用高速ADC采集模拟正弦信号,并与生成的参考数字正弦信号作用,用算法实现相敏检波。有文献研究表明[4],与模拟相敏检波(APSD)相比,DPSD对谐波信号和由于有源器件引起的随机噪声具有很强的抑制作用,适合用于微弱信号的精密检测,且具有灵活性大、精度高、线性度好等优点。

如图2所示,令待解调正弦信号为x(t)=Asin(ωt+φ),根据Nyaquist采样定理,用高速ADC采回N点正弦数列x(n)后,可编制算法解调出正弦信号的同向分量Vr和正交分量Vq,以及幅值A和初始相位φ[5]。

2.2 输出阻抗检测

恒流源输出阻抗检测原理如图3所示。

图中R0和C0为恒流源的等效输出电阻和电容。其检测原理为:控制模拟开关选通不同通道,ADC分别采到不同负载时的电压,并用DPSD解调出各自的同向分量Vr和正交分量Vq,它们满足以下关系式[6]:

以此得到等效电容C0和等效电阻R0,最后可获得恒流源的输出阻抗Zout。在实际测量时,为了保证测量的精度,在保证恒流源输出电流恒定的情况下,要协调恒流源输出电流幅值和Rf的阻值大小以有效利用ADC位数。

3 负电容补偿

为了保证EIT系统图像重构精度,有不同的增大恒流源输出阻抗措施。除了在恒流源设计时注意加大输出阻抗外,本文采用并联负电容技术补偿等效输出电容以进一步提高恒流源等效输出阻抗。负电容补偿示意图如图4所示。

补偿前,由于杂散电容等因素的影响,恒流源的等效输出阻抗为:

采用并联负电容方法补偿后,等效输出阻抗增加到:

具体负电容实现电路如图5所示,理想情况下运算放大器的增益A→∞,该电路的等效输入阻抗为与电阻Rx有关的负电容值。

在EIT系统的恒流源输出端并联负电容电路,根据前文方法测量出恒流源等效电阻R0和等效电容C0后,系统再通过调节数字电位器Rx的阻值精确控制补偿电容的值。理想情况下可完全抵消恒流源等效输出电容,避免高频情况下杂散电容的分流,从而提高系统频率和图像重构精度。

4 实验及结果

本文在电阻抗成像系统上实现了恒流源输出阻抗检测及负电容补偿方法。如图6所示,系统采用DSP和FPGA搭建控制和信息处理模块,控制恒流源模块输出正弦电流,并用高速ADC采回输出阻抗检测电路的输出电压信号,在DSP内部与参考数字正弦信号作用实现数字相敏检波,最终得到恒流源等效输出阻抗。之后接入负电容补偿电路,调节数字电位器的阻值后再测量恒流源阻抗。

实际测量是在恒流源输出频率为80 k Hz情况下进行的。未接入补偿电路时,实际测得的恒流源等效输出电阻为1.2 MΩ,等效输出电容为13 p F,此时恒流源等效输出阻抗只有0.1 MΩ左右,之后接入负电容补偿电路并调节数字电位器阻值在1.5~1.0 kΩ范围变化,通过测量可以发现恒流源等效输出阻抗从0.3 MΩ增大到0.6 MΩ左右,如图7所示。

5 结束语

恒流源输出阻抗的大小直接影响着EIT系统的图像重构精度和系统的校准。本文讨论了基于DPSD的恒流源输出阻抗检测方法及负电容补偿技术,并在电阻抗成像系统上实现了这一方法。

本文讨论的测量方法和补偿电路设计独立于恒流源设计,是恒流源设计之外的测量和进一步提高其输出阻抗的方法。通过实验结果可以发现,虽然无法完全抵消恒流源的输出电容,但是负电容补偿技术对恒流源输出阻抗的改善有明显效果,对提高EIT系统图像重构精度以及系统校准有积极的作用。最后应当指出,本文讨论的方法不仅可以很好地应用于EIT系统,在其他对恒流源输出阻抗有较高要求的系统中也可以得到很好的应用。

参考文献

[1]Boone K G,Holder D S.Current approaches to analogue instru-mentation design in electrical impedance tomography[J].PhysiolMeas,1996,17:229-247.

[2]Wang Mi,Ma Yixin,Holliday Nigel,et al.A High-PerformanceEIT System[J].IEEE SENSORS JOURNAL,2005,5(2):289-298.

[3]Filho P B,Brown B H,Wilson A J.A comparison of modifiedHowland circuits as current generators with current mirror typecircuits[J].Physiol Meas,2000,21:1-6.

[4]王晓俊,周杏鹏,王毅.精密阻抗分析仪中数字相敏检波技术研究与实现[J].仪器仪表学报,2006,27(6):592-595.

[5]苏涛,何学辉,吕林夏.实时信号处理系统设计[M].西安:电子科技大学出版社,2006:37-59.

[6]Cook Raymond Douglas.A high-speed,high-precision electricalimpedance tomograph[D].New York:Rensselaer Polytechnic Insti-tute,1992:64.

[7]Ross A S,Saulnier G J,Newell J C,et al.Current source design forelectrical impedance tomography[J].Physiol Meas,2003,24:509-516.

[8]王跃科,叶湘滨,黄芝平,等.现代动态测试技术[M].北京:国防工业出版社,2003:249-252.

恒流技术篇4

关键词：臭氧水葡萄酒灌装工艺

中图分类号：R187 文献标识码：A文章编号：1672-5336（2014）14-0083-02

目前在葡萄酒生产灌装中，要求对灌装空瓶进行清洗杀菌，采用臭氧水进行冲洗杀菌工艺。臭氧水浓度值的高低直接影响臭氧的杀菌能力。目前普遍的工艺控制是按以下方法实施的：臭氧机运行与灌装冲洗机连锁控制，当没有葡萄酒瓶进入灌装冲洗时，设备处于停止运行状态，此时臭氧发生器不工作，管道中的臭氧水浓度会立即降低；当灌装机启动后，臭氧发生器工作，此时进入灌装机的臭氧水浓度不稳定，导致葡萄酒瓶杀菌不彻底，影响成品酒质量。由于臭氧在水中溶解极不稳定，水压、温度、用水量等对臭氧浓度值影响都很大。

臭氧最适用于水质及用水量比较稳定的系统，当其发生变化时应及时调整臭氧的用量。在实际生产中，及时进行调节有一定的困难。臭氧在水中溶解性较差，其溶解能力和半衰期是影响其消毒效果的重要因素。影响臭氧在水中的溶解有以下几点：（1）水质酸碱度（2）水质温度（3）通气流量（4）水的色度。为了能稳定的控制臭氧在水中的溶解，需要从以上几点考虑。

我们采用的是经过除菌过滤后的软化水，水质澄清，PH值稳定在6-8之间，经过处理后的水温也保持在15℃左右。所以目前影响臭氧溶解度的就是臭氧通气流量。只要控制好臭氧出气量，就能控制臭氧的浓度。当臭氧发生量是一定的状态下，通过系统的水量则影响着臭氧水浓度，流量越大，浓度值越低。由于灌装工艺中冲瓶水是断续工作，当喷头阀门关闭后，由于水流量瞬间降低，会导致臭氧水浓度升高，检测仪表上就会提示浓度超过标准报警。等到下一周期喷头阀门打开后，臭氧水浓度仍然在工艺要求标准值外，会对杀菌有一定影响。为了实现臭氧水浓度值的稳定，我对设备进行设计，实现了臭氧水浓度稳定恒压恒流系统。臭氧水浓度稳定恒压恒流系统包括软化水供水系统，臭氧水混合系统，臭氧水恒压恒流系统。软化水供水系统包括软化水供水槽、水泵、0.45um过滤桶。臭氧水混合系统包括制氧机、臭氧发生器、高压水泵、臭氧混合罐、射流器及臭氧浓度在线监测仪。制氧机经过流量计连接至臭氧发生器进气口，出口经管道连接至射流器吸气口，射流器进气口管道上装有单向阀及气动截止阀。高压水泵进口与臭氧混合罐底部进水口连接，高压水泵出水口与射流器进水口连接，射流器出水口经管道连接至臭氧水混合罐上部；高压水泵、射流器、臭氧水混合罐组成循环管道。臭氧水混合罐上部有采样口，供臭氧浓度在线监测仪监测混合罐中臭氧水浓度值。臭氧水恒压恒流系统包括臭氧水回流管道、泄压阀、电磁阀及臭氧水混合罐上部出口管道上的电磁阀。回流管道连接至软化水槽，出口管道通往使用的灌装冲洗机。

臭氧水浓度稳定恒压恒流系统如图1所示。

来自软化水槽1的软化水经过水泵2输送至0.45微米级过滤桶3过滤后，输送至臭氧水混合罐5底部的进水口，提供稳定压力值（0.2MPa）的无菌水，制氧机13产生的氧气经流量计12调节流量后进入臭氧发生器11，产生的臭氧经过管道进入射流器8的吸气口。在臭氧发生器11和射流器8之间的气管上安装有气动截止阀10和单向阀9，防止水压过高逆流至臭氧发生器11，高压水泵7在射流器8两端形成压力差，臭氧发生器11产生的臭氧经过射流器8吸气口进入臭氧水混合罐5的上部，经过循环混合均匀产生稳定浓度值的臭氧水，臭氧水混合罐5靠近出水口的地方有采样孔，臭氧浓度在线监测仪6实时采集臭氧水混合罐中臭氧水的浓度值，达到稳定浓度的臭氧水经臭氧水混合罐5上部的出水口输送至出口供灌装使用，臭氧水混合罐5上部的出水口管道通过回流管道连接至软化水供水槽1，回流管道上的泄压阀14使出水管道上的压力保持恒定，回流管道上的电磁阀15和臭氧水混合罐5上出口管道上的电磁阀16能调节管道中的流量，为使用端提供稳定浓度值恒定压力、流量的臭氧水。臭氧水混合罐5底部管道装有排放阀4，在需要排放臭氧水混合罐5内的臭氧水时可以打开排放底阀4。本系统实现了臭氧机的连续稳定运行，臭氧水的浓度值可控制在0.1ppm级别；恒流恒压系统能能为灌装冲洗机提供稳定压力稳定流量稳定浓度值的臭氧水。解决了原臭氧水混合系统与灌装冲洗机联动时臭氧水浓度无法稳定的问题。

经过实施，臭氧水浓度值、压力值稳定，经质检部门对冲洗杀菌后空瓶检验，无菌检测合格率达100%。灌装后成品一次检验合格率達100%。

SHY-1型数字恒流源篇5

关键词：SHY-1型数字恒流源,输出电流,测量电流

1 概述

本SHY-1型数字恒流源为精密毫安mA信号发生器, 主要用于“输出”或“测量”0mA-24mA直流电流, 也输出直流电压, 可测量0mA-24mA回路电流。可在实验室进行“零点”和“满度”校正, 有“复位”功能。

2 主要技术指标

2.1 输出参数:直流电流0mA-24mA (负载电阻≤1000Ω)

直流电压24V

2.2 被测参数:直流电流0mA-24mA

回路电流0mA-24mA (负载电阻≤1000Ω)

2.3 测量精度:直流毫安0.05级

2.4 测量方式:自动测量显示

2.5 内部充电电池:镍氢电池 (7.2V)

2.6 使用温度:20℃±50℃

2.7 相对湿度:≤85%

2.8 显示方式:六位LED数字显示 (显示小数点后3位) 。

负电流时数字前显示“-”。A/D超限时闪烁显示“OR”。测量值超限时, 闪烁显示测量值。

3 工作原理

本信号源, 由单片计算机、放大、A/D转换、显示、存储、mA信号源、按键、电源等部分组成, 见框表。

3.1 放大

Op07芯片是一种低噪声, 非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压 (对于OP07A最大为25μV) , 所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低 (OP07A为±2nA) 和开环增益高 (对于OP07A为300V/mV) 的特点, 这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。其特点:

超低偏移:150μV最大。

低输入偏置电流:1.8nA。

低失调电压漂移:0.5μV/℃。

超稳定, 时间:2μV/month最大

高电源电压范围:±3V至±22V

3.2 A/D转换

SHY-1型数字恒流源采用ICL7107型A/D转换器。ICL7107是双积型的A/D转换器, 还集成了A/D转换器的模拟部分电路, 如缓冲器、积分器、电压比较器、正负电压参考源和模拟开关, 以及数字电路部分如振荡源、计数器、锁存器、译码器、驱动器和控制逻辑电路等, 使用时只需外接少量的电阻、电容元件和显示器件, 就可以完成模拟到数字量的转换, 从而满足设计要求。显示稳定可读和测量反应速度快, 是本设计的关键。ICL7107的一个周期为用4000个计数脉冲时间作为A/D转换的一个周期时间, 每个周期分成自动稳零 (AZ) 、信号积分 (INT) 和反积分 (DE) 3个阶段。内部逻辑控制电路不断地重复产生AZ、INT、DE3个阶段的控制信号, 适时地指挥计数器、锁存器、译码器等协调工作, 使输出对应输入信号的数值。而输入模拟量的数值在其内部数值上等于计数数值T, 即:VIN的数值=T的数值或Vin=Vref (T/1000) 式中:1000为积分时间 (1000个脉冲周期) :T为反积分时间 (满度时间为2000) 。

3.3 显示

当“输出”内部mA信号时, 输入电路接入内部0mA-24mA电流进行测量, 放大、A/D转换, 由单片计算机进行标度变换、BCD变换, 送到六位LCD进行数字显示。

当“输入”外部mA信号时, 输入电路接入外部0mA-24mA电流进行测量, 显示。

当测量“回路24V”时, 输入电路接入外部回路0mA-24mA电流进行测量, 显示。

内部有电源电压测量电路, 当电源电压低可能影响精度时, 自动关闭显示器, 不进行显示。

在实验室校验时, 接入0mA电流进行零点校正, 接入24mA电流进行满度校正。

3.4 储存

本系统以89C52单片机为主控制器, 实现将语音信号经脉冲编码调制、增量调制、“插值法”后压缩存储与回放的系统, 用户可以通过按键选择录、放音的模式, 同时液晶显示屏显示提示信息、录、放音的时间长度信号。

4 校验与调整

4.1 需要在实验室重新校准时, 先关闭电源, 按住[设置]键不放的情况下开电源, 直至显示“CK”为止, 便进入自动“标准零”状态, 释放后闪烁“00.000”。在本信号源“输出”端, 接万分之一精度的mA表, 调节其输出电位器为00.000mA, 待稳定后, 按[设置]键, 直到显示“OK”为止, 零点校准结束。释放后闪烁显示“24.000”。调节器输出电位器, 使其输出为24.000mA, 待稳定后, 按[设置]键, 直到显示“OK”为止, 满度校准结束。

4.2 如果由于某种原因, 本仪器工作不正常, 则可进行“复位”:先关闭电源, 按住[设置]键不放的情况下开电源, 直止先显示“CK”后又显示“RS”为止, 释放按键后进入复位状态, 将显示“OK”, 后自动转入测量显示状态。

4.3 如果进行了复位操作, 则需要按1步骤重新进行零点和满度校正。

5 维护及故障修理

5.1 维护

(1) 仪表应尽可能远离强电磁场和振动源。 (2) 仪表的输入信号线要远离交流电源线。 (3) 仪表每过半年或一年要重新校正一次。

5.2 故障修理

当今社会, 数控恒压技术已经很成熟, 但是恒流源方面特别是数控恒流源的技术才刚刚起步有待发展, 高性能的数控恒流源器件的开发和应用存在巨大的发展空间。本数控直流恒流源系统输出电流稳定, 不随负载和环境变化, 并且有很高的精度, 输出电流误差范围很小, 输出电流可在一定范围内任意设定, 因而可实际应用于需要稳定度小功率恒流源的领域。

参考文献

[1]沙占友, 沙占文, 高俊岭.新型数字万用表原理与维修[M].北京:电子工业出版社, 1994 (8) .

多机组恒流供水系统篇6

关键词：冲排水泵房,离心泵,分数阶PID控制器,恒流供水

随着社会经济的快速发展, 水对人民生活与工业生产的影响日益加强, 人们对供水的质量和安全可靠性的要求不断提高。而用户对供水的方式的要求是多种多样的, 因此如何满足用户日益增长需求, 成为设计工作者的当务之急。随着电力电子及计算机技术的发展, 多机组恒流供水系统的实现成为了可能。该系统具有造价低、施工简单、节能效果显著、全自动控制等优点, 为水利供水项目提供了新的设计方案。

目前国内供水设计方案中多为恒压控制方式, 而恒流控制方式很少见, 特别是多机组恒流控制系统在供水工程中鲜有应用。本文根据吉林市生态景观工程多台机组恒流供水系统的运行数据, 论证了多机组恒流供水系统可作为成熟的设计模型应用到以后类似水利供水项目中。

1 松花江北岸的冲排水泵房恒流供水系统试验

1.1 北岸冲排水泵房恒流供水系统

北岸冲排水泵房主要功能是给松花江内4个橡胶坝袋充、排水。如图1所示。

系统由5台离心泵、输水总管、4个橡胶坝袋组成。水泵机组的工作方式为4台工作1台备用。每台水泵电动机配有变频器, 共用一台可编成控制器 (PLC) 。水泵可工频运行和变频运行。首先, 操作人员应根据前池液位和需要充、排橡胶坝袋的数量, 来选择投入的机组工作台数, 并设定输水总管流量参数。再由P L C向即将投运的水泵电机变频器统一送出启动信号和频率参数。并实现联调, 以避免多台水泵同时工作时, 由于各水泵出水口压力不同所造成的系统失衡问题。其次P L C根据出水总管的实测流量和工作机组出口压力, 改变变频器频率, 微调当前水泵转速, 使实测流量快速接近预先设置值, 并稳定。

1.2 试验

1.2.1 试验条件

前池水位已知, 5台水泵机组停机, 输水管内充水。

1.2.2 实验数据

试验一、模拟前池水位变化。启动3台机组, 输水总管流量参数设定值3000。机组启动, 频率给定为3 0 H Z, 以冲开机组出水侧液控止回阀。2 min后输水总管流量实际测量值3000左右稳定运行。待系统稳定后, 调节进水阀门, 模仿低水位运行。系统随之发生响应, 很快输水总管流量实际测量值再次稳定在3000左右。流量最大波动值△Q约为2 0 0。再待系统稳定后, 再调节进水阀门, 模仿高水位运行, 系统依旧快速响应, 并达到稳定。△Qmax约为1000。

实验二、增加 (减少) 1台机组的动态运行。启动4台机组, 输水总管流量参数设定值4500。机组启动, 待系统稳定运行后, 停止1台水泵工作, 系统随之发生响应, 很快输水总管流量实际测量值再次稳定在4500左右。流量最大波动值△Qmax约为1000。再待系统稳定后, 再增加投入1台水泵工作, 系统依旧快速响应, 并达到稳定。△Q m a x约为1500。

2 试验结论

本次试验共选取4组工作状态进行实验。根据实验情况分析如下:该套恒流系统在外部工作条件发生变化后, 系统能够围绕参数设定做出快速响应, 稳定性强。存在过补偿, △Q m a x较大。

3 存在问题及建议

3.1 软件操作画面

系统人机操作画面友善, 但有些粗糙。建议操作画面采用3D技术, 数据表格精度应进一步提高。

3.2 流量变化大, 水捶问题

该套恒流系统反应较快, 即系统工作状态发生改变时, 系统能快速发生响应, 不可避免的出现过补偿, △Q较大。本工程属低水压宽稳定度类型, 系统响应完全满足要求, 如果推广到其他供水项目, 需要水保计算时提供△Q的允许范围及其一阶导数和二阶导数作为系统的限定条件。

3.3 自动操作停机

该套恒流系统因坝袋内压力变化不能反应其内充水情况, 故通常采用的压力设定作为机组停机条件已经不能在用, 考虑各橡胶坝袋前分别设有流量计, 可根据坝袋总体积来计算充满坝袋所需要的水量作为关机条件。

3.4 为保证工程安全在设计前应做仿真实验

目前仿真实验和工程设计是对矛盾:即仿真实验的数学模型需要工程实施后, 才能较为精确的建立起来。而设计工作的开展往往需要仿真实验的成果作为指导。随着吉林市生态景观工程的竣工, 可将其作为一个供水项目模型基地, 为水利设计工作提供大量、必要的设计数据。

参考文献

[1]蒋绍阶, 左智敏.小城镇供水系统存在的问题及对策[J].重庆大学学报 (自然科学版) , 2005 (11) :118-121.

[2]陈清, 徐娅, 李昌湖, 等.活性炭-超滤-紫外线组合工艺用于公共直饮水的实践[J].膜科学与技术, 2012 (3) :91-94.

一种数控直流恒流源的设计篇7

直流恒流源一般采用线性恒流式和开关恒流式两种,开关式恒流源的效率高,一般只适用固定输出或电流调节范围小的场所,输出纹波大,且稳流精度低;线性式恒流源的优点是:稳流精度高、输出纹波小,输出电流调节范围大,便于数字控制,电路简单,可靠性高,成本低等,但效率不高。采用一定的控制技术,能实现恒流源的电压调整管的压降达到较低值,从而提高恒流源的效率。

1 用三端输出可调集成稳压器构成恒流源

采用LM317型三端输出可调集成稳压器构成的恒流源如图1所示。

LM317的输出端(OUT)与调整端(ADJ)的基准电压为1.25V,其稳定度较高,优于0.07%,Iadj仅50μA,用LM317构成恒流源其最小输出电流可达1mA,因此能满足系统的最小输出值,D1、D2为保护二极管,采用1N4001～4003。

IL=Iout+Iadj .

undefined

因此,undefined

RW采用1/2W多圈线绕电位器,调节RW能使IL达到设计要求值。

设R=R1+RW,恒流源输出电流与R的选择参见表1。

在设计时,RW的取值为R1的1/10左右,尽量减小电位器的功耗。

对于256mA、512mA和1024mA的三种恒流电波,为了提高LM317的可靠性,采用扩流技术或采用5A的LM317。

1mA的恒流可以选用输入电压>40V,恒压为2.5V的电压基准构成,其方法同LM317构成恒流源。

2 恒流源输出电流的合成控制方式

将1mA、2mA、4mA、8mA、16mA、32mA、64mA、128mA、256mA、512mA、1024mA、1024mA共12个独立的恒流源通过单片机进行控制,实现1mA～3071mA范围内和任一电流预置,步进增减,步长为1mA。

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对输出电流合成控制的传统方法是在恒流源加到负载上采用继电器控制,其缺点是控制速度慢,一般为20ms,可靠性低,继电器工作会产生输出干扰,另外当不提供输出电流的恒流源处于悬浮状态,容易损坏恒流源,特别是LM317容易损坏。本设计中采用光电耦合器进行输出电流的合成控制能克服上述继电器控制的缺陷。

光电耦合器的控制速度快,一般在μs级,能实现无触点控制,小于32mA的电流控制可以直接用光电耦合器4N35,大于32mA的电流控制采用光电耦合器和外接三极管(或场效应管)构成达林顿管进行控制,如图2所示。主电路由1mA～1024mA等十二个独立单元恒流源组成,a0～a11受单片机控制。当一个单元恒流源的光电耦合器a端加上5V电压时,该单元恒流源的LM317的输入加上电源电压Ui,并给负载RL提供一个设定的电流,用程序控制,负载RL能得到1mA～3071mA的任意值的恒定电流,其电流稳定度能达到0.1%,精度可达1%,采用单片机能实现输出电流数显,预置和步进等功能。

光电耦合器所外接的三极管,64mA、128mA、256mA单元采用2N5551或1A的场效应管,512mA、1024mA单元采用3DD01或3A的场效应管。

3 提高系统效率

LM317是各单元恒流源的核心,为了提高系统的电源转换效率,其主要就是提高LM317的电源转换效率,降低LM317的输入输出压降,采用低压差的LM317系列产品,其最小输入输出压差可达0.7V,并能正常工作,普通的LM317一般要求输入输出压差大于3V才能正常工作。

恒流源的特点是随负载电阻增大时输出电压增高,恒流源输入电压=恒流值×负载电阻+恒流源压降,例如输入电压为40V,当输出电流设置在3A时,恒流源的压降最小为3V,则负载电阻最大为12Ω左右,当在同样条件下,负载电阻为1Ω时,则恒流源的压降为34V,此时的LM317会因功耗过大而损坏。因此可将电源变压器设计成次级为多抽头变压器,通过检测恒流源的输入与输出的压差来控制变压器的抽头切换,可以实现恒流源的输入与输出的压差在3V～6V范围内。另外,也可以采用开关电源作输入,利用输入与输出压差的大小来控制开关电源的占空比,从而实现恒流源的输入与输出的压差为3V～6V范围内,降低其功耗,提高系统的效率。

4 小结

采用LM317作恒流源,成本低,功耗小,方便调节,光电耦合器控制速度快,实现控制系统与恒流源隔离,克服了数字信号对恒流源的干扰,系统的恒流精度高,输出纹波小,易于集成化生产。

参考文献

[1]《中国集成电路大全》编写委员会.中国集成电路大全[M].北京:国防工业出版社,1989.

恒流技术篇8

在电路设计中, 实际元件的参数值和标称之间总存在着随机误差, 了解和掌握各个元件参数值对电路性能的影响程度, 是电路设计人员所关心的。因此在电路设计时, 需考虑容差问题, 并进行容差分析。所谓容差分析是为设定方案确定电路元器件的容许变化范围, 即元件的容差。它可分为两类:一是分析问题, 给定元器件、电路及温度的容差, 计算电路特性的容差, 以验证是否符合设计要求;二是设计问题给定电路特性指标的范围, 求出所用元器件及电源等的容差, 验证设计方案等是否适宜。但容差设计问题没有惟一解, 所以在电路模拟中要解决这一问题, 往往通过容差分析问题进行反求, 对电路进行容差分析。

目前, 在电子电路的可靠性设计中, 蒙特卡罗分析法是进行容差分析的主要方法之一。

介绍蒙特卡罗方法在发动机点火电力系统可靠性评估中的应用。根据评估内容的不同, 电力系统可靠性评估可以分为充裕度和安全度评估两大部分, 均可归结为线性规划问题的数学模型。

1系统组成及工作原理

恒流源电路组成框图如图1所示。整体设计方案采用深度负反馈原理, 通过高速运放实现PID控制[1], 驱动大功率MOSFET管器件, 从而获得最低的电流偏差和最好的横流稳定输出。

整个恒流源由电压基准电路、PID控制电路、电压电流转换电路和单稳态电路组成。电压基准包括5 V的基准电压和一个放大电路, 该电压基准产生一个稳定的基准电压, 并经过适当地放大后送入运放的同相端, 该运放控制大功率MOSFET的导通程度, 从而获得相应的横流电流输出, 输出电流在取样电阻上产生取样电压, 该取样电压经放大后作为反馈电压反馈回电压放大器的反相输入端, 并与同相输入端的电压 (即由电压基准产生并经过前级放大的电压) 进行比较, 对输出电压进行调整, 进而对跨导放大器的输出电流进行调整, 使整个闭环反馈系统处于动态的平衡中, 以达到稳定输出电流的目的[2,3]。

输出电流I0与控制电压Vr的关系可用负反馈原理推到, 电流控制器原理如图2所示。

$Ι_{0} = \frac{R_{2}}{R (R_{1} + R_{2})} V_{r}$ (1)

式中Vr为控制电压, R1、R2为反馈网络中电阻, R为取样电阻, 在理想条件下R1、R2、R都是恒定不变的。由式 (1) 可知, 输出电流I0与控制电压Vr呈线性关系[4]。

但在实际情况下电阻的温度系数和电压基准的温度系数将影响输出电流的稳定性。对式 (1) 进行全微分并化简可得电流稳定度的表达式:

$\begin{array}{l} \frac{d Ι_{0}}{Ι_{0}} = \frac{1}{Ι_{0}} [\frac{R_{2}}{R (R_{1} + R_{2})} d V_{r} - \frac{R_{2} V_{r}}{R^{2} (R_{1} + R_{2})} d R - \\ \frac{R_{2} V_{r}}{R (R_{1} + R_{2})^{2}} d R_{1} + \frac{R_{1} V_{r}}{R^{2} (R_{1} + R_{2})} d R_{2}] = α_{1} d V_{r} - \\ α_{2} d R - α_{3} d R_{1} + α_{4} d R_{2} (2) \end{array}$

式中包括4项, 其物理意义分别是:

$α_{1} = \frac{1}{Ι_{0}} \frac{R_{2}}{R (R_{1} + R_{2})}$ ,

表示由电压基准不稳定而产生的影响;

$α_{2} = \frac{1}{Ι_{0}} \frac{R_{2} V_{r}}{R^{2} (R_{1} + R_{2})}$ ,

表示由取样电阻温度系数产生的影响;

$\begin{array}{l} α_{3} = \frac{1}{Ι_{0}} \frac{R_{2} V_{r}}{R (R_{1} + R_{2})^{2}} ‚ \\ α_{4} = \frac{1}{Ι_{0}} \frac{R_{2} V_{r}}{R (R_{1} + R_{2})^{2}} ‚ \end{array}$

表示由反馈网络中电阻的温度系数产生的影响。

系统选取的取样电阻R为0.1Ω, 而 (R1+R2) 为105数量级, 因此有α2>α1, α3≈α4, 这说明影响输出电流稳定度的主要因素是取样电阻的温度系数和电压基准的稳定度。

2 蒙特卡罗 (Monte Carlo) 分析

蒙特卡罗分析方法的基本原理为, 当所求解问题是某种随机事件出现的概率, 或者是某个随机变量的期望值时, 通过某种“实验”的方法, 以这种事件出现的频率估计这一随机事件的概率, 或者得到这个随机变量的某些数字特征, 并将其作为问题的解。

电子电路中的蒙特卡罗分析法是一种基于概率统计模拟方法, 它是在给定电路元器件参数容差的统计分布规律的情况下, 用一组组伪随机数求得元器件参数的随机抽样序列, 对这些随机抽样的电路进行直流、交流小信号和瞬态分析, 并通过多次分析结果估算出电路性能的统计分布规律, 如电路性能的中心值、方差, 以及电路合格率、成本等。应用蒙特卡罗方法求解实际电子电路问题的流程, 一般有以下几步:

(1) 给出电子电路的拓扑结构、元器件参数及元器件参数的统计分布规律;

(2) 产生均匀分布的伪随机数抽样序列;

(3) 由均匀分布的伪随机数抽样序列, 建立电子电路元器件参数所指定分布的随机抽样序列;

(4) 用电路模拟工具对N组随机重组的电路元器件参数所构成的电路依次进行模拟;

(5) 对模拟结果进行统计分析, 计算出电路的统计规律:电路性能的中心值、方差及合格率等。

在进行分析时, 首先进行电路的标称值分析, 然后在该数值的基础上, 加减一个值进行运行, 该值取决于所选定的误差分布类型。Monte Carlo分析中数字器件被视为高阻接地。

3 实验数据

在恒流源中, 选用的取样电阻精度是±1.0%, 温度系数是±2.5×10-5/℃, 电压基准的温度系数小于1×10-6/℃, 长期稳定度是2×10-5。所述的驱动器输出电流范围可选, 当输出电流范围是15 A时, 控制电压与输出电流如表1所示, 其电压-电流关系如图3所示。

将实验数据曲线拟合, 得到图3电压-电流关系曲线。

图3中的曲线从图形上看是一条直线, 符合电压与电流的正比例关系。

4 误差分析

应用Monte Carlo分析方法对恒流源电流进行误差和稳定性分析[5]。建立电路输入文件参数V1为8 V;R7, R6, R5, R2, R12, R11, R12为10 KΩ;R3, R4为47 KΩ, R8为203 KΩ;R1为100 mΩ;R9为2 Ω;高速高精度运放为OP07。实际恒流源仿真电路如图4所示。

应用Monte Carlo分析MOSFET参数在10%范围内容差变化, 初始状态为Set to zero时, 蒙特卡罗分析5次变化, 15A横流源输出曲线的结果如图5所示。

应用Monte Carlo分析MOSFET参数在10%范围内容差变化, 初始状态为initial conditon时, 蒙特卡罗分析5次变化, 15 A横流源输出曲线的结果, 如图6所示。

应用Monte Carlo分析电容参数在10%范围内容差变化, 蒙特卡罗分析5次变化, 15 A横流源输出曲线的结果, 如图7所示。

应用Monte Carlo分析取样电阻参数在5%范围内容差变化, 蒙特卡罗分析5次变化, 15 A横流源输出曲线的结果, 如图7所示。

从Monte Carlo分析曲线中可以看出, 当MOSFET参数、电容参数和取样电阻参数不同变化时, 输出的恒流源会有一定的误差。尤其是MOSFET参数对电流影响波动较大, 但经过200 μs稳定时间后, 电流基本恒定。在给定元器件参数误差的情况下, 通过蒙特卡罗分布的输出波形, 可以验证恒流源电路的相关参数符合设计要求。

5 小结

介绍了恒流源系统的设计原理和电路实现, 通过蒙特卡罗方法分析了电路由于器件参数的精度带来的系统误差。

系统已经成功应用于某发动机点火电路的工作中。系统设计的主要特点包括: (1) 输出电流上升时间小于200 μs; (2) 横流流0 A～15 A连续可调; (3) 可连接0.5 Ω～4 Ω小负载; (4) 工作稳定性优良; (5) 稳定度高, 线性度好。

参考文献

[1]Bishop R H, Dorf R C.Teaching modern control system design deci-sion and Control, 1999.Proceding of the38th IEEE Conference on Phoenix.1999;1:364—369

[2]Teng Zhaoshen, Zhang Hongchuan, Jin Shesheng.Influence of meat water holding capacity on rap id moisture testing and techniques of improvement.Journal of Hunan University, 2005;32 (1) :15—19

[3]High voltage regulators and linear circuits using DN25.http://www.supertex.com/pdf/app-notes/AN—D18.pdf

[4]于复生, 艾兴, 逢东庆.大功率半导体激光器驱动电源设计.应用激光, 2000;20 (6) :257—260

[5]Zhou Yinggang, Jiang Xue, Xie Yangen.Research on large power computer controlled constant current power source technologies.Elec-tronic Measurement&Instruments, 2009.ICEMI'09.9th Interna-tional Conference on.Aug2009:2—591—2—59416—19

恒流技术篇9

恒流源就是一个能输出恒定电流的电源, 即使负载在一定范围内发生变化, 输出的电流也能维持不变或变化量非常小。LM317是应用最为广泛的电源集成电路之一, 它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式, 又具备输出电压可调的特点。此外, 还具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。LM317的调整输出电流小于100μA, 对于m A级的恒流源完全可以忽略不计。构成恒流源的方法多样, 如集成稳压芯片、集成运放、晶体管、稳压二极管、场效应管等均可构成恒流源, 这些方法通过与D/A、单片机配合就可以构成数控式恒流源电路。因LM317本身价格不高, 可靠性好, 使用它构成高精度的数控恒流源电路, 具有一定的可行性。

1 LM317恒流源的输出方式

恒流源部分主要采用LM317构成, 以数字合成累加方式输出。将基准量分别设置为1 m A、2 m A、4 m A、8 m A、16 m A、32 m A、64 m A、128 m A、256 m A、512 m A组合累加的满程值为1A, 上述超过100 m A的恒流值均需加上散热片, 电流值越大散热装置也就越大, 以免烧坏芯片。将上述基准量进行适当的组合叠加, 便能得到我们想要输出从0-1 A的任何值, 步进为1 m A。

2 恒流源设计方法

LM317构成恒流源比较简单方便, 电路图如图1所示。实测LM317的输出脚和调整脚之间的基准电压VREF=1.25±0.01 V, LM317的调整电流IADJ≤100μA。设IL为负载输出电流, 基准量电流取样电阻为RF, 则通过下式可以得到所要求的上述电流基量IL。

由上式 (1) 计算可得电阻值R0和电位器RF的取值, 分别制作了上述10组基准量恒流源, 然后将这10组恒流源负载进行并联, 再通过控制电路控制, 就可以得到想要的输出电流值。

3 恒流源的叠加控制方式

如图2, 恒流源叠加主要由单片机AT89C2051控制ULN2003来驱动光电耦合器对LM317输入电源进行开关控制。选择光电耦合器作为开关器件, 是因为它具有体积小、功耗低、压降小、无噪声等优点, 本系统选择常用的4N33。

以上电路图中, 因基准电流较大, 因此使用5551达林顿管驱动, 同时加上散热片防止烧坏光电耦合器, 32 m A, 64 m A, 80m A都是采用这种方式;32 m A以下的基准电流, 则没有使用5551和散热片。RG电阻应根据不同的基准电流数值进行调整, 以使LM317的压降维持在5 V左右。

4 恒流源测试

在1~200 m A的范围内, 选取18个固定理论恒流数值, 使用4位半高精度数字电压表进行抽样测量。测量的结果及误差见表1。

测试分析:从测试数据来看, 本设计已经完全达到题目的技术要求, 且精度已经高于题目要求。其最大测量误差率为1%, 当电流达到40 m A以上时误差都控制在0.5%以下。

误差分析:调整电阻存在一定的温度系数, 该系数会导致阻值随环境温度的变化而改变, 从而引起误差。LM317的基准电压和调整电流也会引起一定的误差。

参考文献

[1]康华光, 陈大钦.电子技术基础[M].北京:高等教育出版社, 2001 (6) .

[2]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2009 (8) .

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