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恒流電路在電源模塊中的應(yīng)用

2020-08-06

隨著工業(yè)智能化的不斷發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)對供電的要求越來越高,對輸入電壓范圍也越來越寬,對輸出電流精度要求日益提高。那么,如何保持寬電壓輸入而供電電流能夠保持穩(wěn)定?

 

嵌入式系統(tǒng)的強大處理能力對電源模塊的要求越來越高,寬電壓輸入就會導致供電電流隨輸入電壓變化而變化。因此,為了全電壓輸入范圍的情況下,保證電源模塊啟動能力的一致性,增加一個恒流電路給控制芯片供電。實際中的恒流電路跟理想的恒流源存在差距,要根據(jù)實際應(yīng)用選取合適的恒流源電路。下面介紹下常見的電源恒流電路。

 

電路1:由兩個同型號的三極管,根據(jù)三極管Vbe電壓相對穩(wěn)定,以及三極管的基極電流相對集電極電流較小的特點,組成一個電流相對恒定的恒流源,電流Io=Vbe/R1。這個恒流源沒有用到特殊器件,兩個三極管和兩個電阻組成,成本低,電流Io可調(diào)。缺點是Vbe的大小會隨電流及溫度的變化而變化,電流大Vbe大,溫度低Vbe大,所以不適合用在精度要求高的地方。

 

電路2:該恒流電路主要是運用了穩(wěn)壓二極管上的電壓較穩(wěn)定特性,以及三極管Vbe的穩(wěn)定性,組成的恒流電路,Io=(Vd-Vbe)/R3。優(yōu)點是成本低,電流可調(diào),缺點是溫度特性差,穩(wěn)流精度不高,適用于對精度要求不高的場合。

 

電路3:三端穩(wěn)壓器提供一個恒定電壓Vout,組成一個恒流源,Io=Vout/R1。

 

上面都是一些比較常見的簡單的恒流源,并且有一個共性,穩(wěn)壓精度都不高,電流Io也不大。其他類似的恒流源,也都是以一個恒壓源為基準組成,在這里就不一一列舉。在應(yīng)用過程中,如果需要高精度、大電流的恒流源,可以使用一個運放,組成一個高精度、大電流的恒流源。

 

電路4:使用運放組成的恒流源,Io=Vref/R1

 

在模塊電源中,小功率電源的短路保護一般不外接短路保護電路,這種模塊的特點是功率小,體積小,成本低,適合當前競爭激烈的市場。但是它們本身存在一個致命的特點,短路保護功能和啟動能力存在矛盾,啟動能力強,短路保護就會變差。短路保護變強,啟動能力就會變?nèi)酢L貏e是在需要超寬電壓范圍輸入的情況下,啟動能力跟短路能力更不好兼容。

 

電路5:例如18-72VDC輸入,15W輸出的模塊電源,如果是用電阻加電容組成RC啟動電路,電阻R1電流會隨輸入電壓的變化,低壓和高壓短路時,打嗝周期會相差很大,短路功率高壓輸入時會較大。調(diào)好低壓啟動能力和短路保護后,高壓短路保護就會變差,啟動能力超強,反過來調(diào)好高壓啟動和短路能力,低壓的短路保護能力很好,但是啟動能力很差,會出現(xiàn)啟動不良現(xiàn)象。為了解決以上矛盾,把啟動電路改為用一個恒定電流的電路替代,輸入電流基本不會隨輸入電壓的變化而變化,在高低壓輸入的情況下,電源模塊輸出短路時的短路周期較近。

 

電路6:采用了恒流電路,測試的短路波形圖,用恒流電路替代電阻啟動解決了啟動和短路的矛盾。如下圖所示:

 

恒流源的實現(xiàn)可以通過對輸出電流進行處理,或?qū)斎腚娏鬟M行處理保證輸出能夠?qū)崿F(xiàn)恒流。對于前者主要作用為使輸出電流保持平穩(wěn),可以通過三極管、三端穩(wěn)壓等器件進行穩(wěn)流,成本較低,電路簡單,但整體效果不是很理想。對于后者輸入電流基本不會隨輸入電壓的變化而變化,可以使輸出從而實現(xiàn)恒流。

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