[原創(chuàng)]基于LD1117D12的固定式恒流源電路設(shè)計(jì) Proteus仿真

恒流源是一種能向負(fù)載提供恒定電流的電源裝置，它具有響應(yīng)速度快，恒流精度高、能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，適合各種性質(zhì)負(fù)載（阻性、感性、容性）等優(yōu)點(diǎn)。主要用于檢測(cè)熱繼電器、塑殼斷路器、小型短路器及需要設(shè)定額定電流、動(dòng)作電流、短路保護(hù)電流等生產(chǎn)場(chǎng)合。常用的穩(wěn)流電源通常利用一個(gè)電壓基準(zhǔn)，在電阻上形成固定電流。本項(xiàng)目用LD1117D12實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的固定式穩(wěn)流電源，且輸出值不隨負(fù)載的變化而變化。

用LD1117D12設(shè)計(jì)一個(gè)固定式恒流源電路，使其輸出1A左右的恒定電流。

* 能夠提供穩(wěn)定的1A恒流輸出。

*恒流精度≤±0.2%。

*負(fù)載變化范圍在0~10Ω內(nèi)電流輸出穩(wěn)定。

恒流源的實(shí)質(zhì)是利用器件對(duì)電流進(jìn)行反饋，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)備的供電狀態(tài)，從而使得電流趨于恒定。本項(xiàng)目中的電壓基準(zhǔn)由LD1117D12產(chǎn)生。其設(shè)計(jì)思路主要是令電路產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)電壓輸入到運(yùn)算放大器的輸入端，通過(guò)負(fù)反饋?zhàn)饔茫�保持輸出電流恒定�?/p>系統(tǒng)組成

固定式恒流源電路整個(gè)系統(tǒng)主要分為以下兩個(gè)部分：

• 基準(zhǔn)電壓輸出電路：產(chǎn)生恒流源需要利用一個(gè)電壓基準(zhǔn)，在電阻上形成固定電流，這里利用LD1117D12產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓。
• 恒流源產(chǎn)生電路：利用電壓跟隨器，產(chǎn)生恒定輸出電壓，恒定電壓除以固定電阻產(chǎn)生恒定電流。
  

系統(tǒng)模塊框圖如圖2-1所示。

圖2-1 系統(tǒng)模塊框圖

• 基準(zhǔn)電壓輸出電路
  

基準(zhǔn)電壓VREF（1.2V）由LD1117D12產(chǎn)生， LD1117D50屬于低壓差線性穩(wěn)壓器，輸出電壓為+1.2V，最大輸出電流為800mA，穩(wěn)壓器的最小標(biāo)準(zhǔn)值壓差達(dá)為1V，即輸入端電壓應(yīng)該在2.2V以上。

在穩(wěn)壓器輸入端接入電容C1=100nF用于改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，在輸出端接入電容C2=10uF用于減小電壓紋波。這個(gè)基準(zhǔn)電壓由R1和R2分壓后輸出設(shè)置out1點(diǎn)電位，來(lái)調(diào)節(jié)恒流源所需輸出電流。

基準(zhǔn)電壓輸出電路仿真圖如圖2-2所示�；鶞�(zhǔn)電壓輸出端out1用圖表顯示，輸出波形如圖2-3所示。

圖2-2 基準(zhǔn)電壓輸出電路仿真圖

圖2-3 基準(zhǔn)電壓輸出仿真

如圖2-3所示，可以在基準(zhǔn)電壓輸出電路輸出端out1處，得到穩(wěn)定的直流電壓Vout1，大小約為1.0A。

• 恒流源產(chǎn)生電路
  

基準(zhǔn)電壓輸出電路的輸出端out1處輸出穩(wěn)定的1.0V基準(zhǔn)電壓至運(yùn)算放大器的輸入端。根據(jù)虛短關(guān)系，LM_in+端的電壓與FB端電壓相等，電壓值為1.0V。則當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)，電流Iout根據(jù)（2-1）式計(jì)算。

                        Iout=Vout1/R4                          （2-1）

則輸出電流可計(jì)算，大小為1.00A。

當(dāng)運(yùn)算放大器同相輸入端電壓不變時(shí)，其輸出電壓亦保持恒定，顯然，流過(guò)負(fù)載的電流即場(chǎng)效應(yīng)管Q1的漏源電流Ids亦保持恒定，當(dāng)某種原因?qū)е仑?fù)載電流增大時(shí)，Ids在R4上的壓降也增大，由于電壓負(fù)反饋的作用，使得運(yùn)算放大器的輸出電壓降低Ids減小，反之亦然，這就是該電路恒流的基本原理。

電路中場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)選擇IRF840，IRF840屬于第三代Power MOSFETs，特點(diǎn)是噪聲低、輸入阻抗高、開關(guān)時(shí)間短。典型應(yīng)用為：電子整流器、電子變壓器、開關(guān)源等。IRF840是絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管中的N溝道增強(qiáng)型。N溝道增強(qiáng)型的工作條件是：只有當(dāng)柵極電位低于漏極電位時(shí)，才趨于導(dǎo)通。

恒流源產(chǎn)生電路空載仿真圖如圖2-4所示。

圖2-4 恒流源產(chǎn)生電路空載仿真圖

由圖2-4可知，實(shí)際電流輸出為1.00167A，經(jīng)計(jì)算，恒流精度為0.16%，滿足設(shè)計(jì)要求。

恒流源產(chǎn)生電路空載輸出波形如圖2-5所示。

    圖2-5 恒流源產(chǎn)生電路空載輸出波形

在電路輸出端加入2Ω負(fù)載進(jìn)行測(cè)試，其仿真圖如圖2-6所示，測(cè)試此時(shí)的輸出電流為1.00167A，經(jīng)計(jì)算，恒流精度為0.16%，滿足設(shè)計(jì)要求。加入負(fù)載后，恒流源產(chǎn)生電路輸出波形如圖2-7所示，圖中可見(jiàn)恒流源電路輸出值一直穩(wěn)定在1.00A，即電源此時(shí)具有較好的穩(wěn)定性。

圖2-6 恒流源產(chǎn)生電路加負(fù)載圖（一）

圖2-7 恒流源產(chǎn)生電路加負(fù)載輸出（一）

之后，調(diào)整負(fù)載大小，將負(fù)載調(diào)整為9Ω，其輸出結(jié)果如圖2-8所示，測(cè)試此時(shí)的輸出電流為1.00166A，經(jīng)計(jì)算，恒流精度為0.16%，滿足設(shè)計(jì)要求。圖2-9為輸出波形仿真圖，圖中可見(jiàn)恒流源電路輸出值一直穩(wěn)定在1.00A，即電源此時(shí)具有較好的穩(wěn)定性。

圖2-8 恒流源產(chǎn)生電路加負(fù)載仿真圖（二）

圖2-9 恒流源產(chǎn)生電路加負(fù)載輸出（二）

注意：

設(shè)計(jì)中，場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通條件為柵極電位低于漏極電位時(shí)，才趨于導(dǎo)通。所以當(dāng)負(fù)載過(guò)大時(shí)，由于流過(guò)的電流為恒流，會(huì)導(dǎo)致柵極電位與漏極電位逐漸相等，最終導(dǎo)致場(chǎng)效應(yīng)管截至。此時(shí)則不會(huì)輸出穩(wěn)定恒流。

為了測(cè)得輸出電流穩(wěn)定時(shí)可承受負(fù)載的范圍，在電路輸出端接一最大阻值為100Ω的滑動(dòng)變阻器作為負(fù)載進(jìn)行測(cè)試，如圖2-10所示。

圖2-10 測(cè)試恒流源電路可承受負(fù)載范圍（一）

經(jīng)測(cè)試，當(dāng)負(fù)載在0~10Ω范圍內(nèi)，恒流源電路輸出為1A（±0.2%）電流，滿足設(shè)計(jì)要求。

當(dāng)負(fù)載大于10Ω時(shí)，由于柵極電位與漏極電位逐漸相等，導(dǎo)致場(chǎng)效應(yīng)管截至，此時(shí)則不會(huì)輸出穩(wěn)定恒流。如圖2-11所示，此時(shí)負(fù)載為11Ω，輸出電流為0.963656A，經(jīng)計(jì)算，恒流精度為3.6%，不滿足恒流電路輸出要求。

圖2-11 測(cè)試恒流源電路可承受負(fù)載范圍（二）

固定式恒流源電路的整體電路原理圖如圖2-12所示。

圖2-12 整體電路原理圖

本項(xiàng)目任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)基于LD1117D12的恒流源電路，使其輸出1A左右的恒定電流。恒流源是一種寬頻譜，高精度交流穩(wěn)流電源，具有響應(yīng)速度快，恒流精度高、能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，適合各種性質(zhì)負(fù)載（阻性、感性、容性）等優(yōu)點(diǎn)。主要用于檢測(cè)熱繼電器、塑殼斷路器、小型短路器及需要設(shè)定額定電流、動(dòng)作電流、短路保護(hù)電流等生產(chǎn)場(chǎng)合。設(shè)計(jì)電路首先利用LD1117D12產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)電壓輸入到運(yùn)算放大器的輸入端，通過(guò)負(fù)反饋?zhàn)饔�，保持輸出電流的恒定�?/p>思考與練習(xí)

（1）如何驗(yàn)證電路是否為恒流源電路？

答：在電路輸出端串聯(lián)不同阻值電阻或可變電阻器來(lái)實(shí)現(xiàn)。觀察當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，輸出電流（即負(fù)載兩端電流）是否變化，若保持不變，則說(shuō)明該電路為恒流源電路。

（2）如何測(cè)定恒流源電路可承受的負(fù)載變化范圍？

答：在恒流源電路輸出端串聯(lián)一個(gè)可變電阻器，通過(guò)改變電阻器阻值，觀察電路輸出電流（即負(fù)載兩端電流）是否改變。當(dāng)阻值超出某個(gè)范圍電流開始變化而不能保持恒流輸出時(shí)，得到恒流源電路可承受的負(fù)載變化范圍。

完整的Word格式文檔51黑下載地址：

電源設(shè)計(jì)2.rar (92.22 KB, 下載次數(shù): 37)