一种电压控制电流源的设计与应用

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1、一种电压控制电流源的设计与应用韩静霖1，李国蜂2,张勇2,刘轶轶2,邹云21.天津赛能高科技有限公司,天津300192；2.南开大学信息技术学院,天津3000712009-03-23摘要：基于运算放大誥原理,介绍了一种电压控制电流源的设计,分析了控制电压的输入范围和电流的输出范围,用三极管进行扩流，以满足不同的应用要求。该电路结构简单、性能稳定、可控性好、线性度高、成本低廉。最厉给出了电池充迫电路的应用实例。关键词：压控电流源；运算放大器；电池；充电电流源的用途很务，压控电流源因设计简单，開试方便血得到广泛应用。压控电流源有多种实现方法。文献⑴和

2、文献⑵采用运算放人器做输曲得到的输出电流小；文献⑶是一种比较复杂的应用；文献⑷用于蓄电池恒流充电；文献⑸采用脉宽调制控制器实现了开关恒流源。本文采用运算放大器作为恒流元件，克服了文献⑴和文献⑵的不足，由单片机通过DA进行控制，通过A/D采样进行比较,以得到椿度高.电路稳定的闭环恒流控制。1电压控制电流源的原理设计与分析1.1电路原理电路如图1所赤根据理想运算放大器“虚短”利虚断”的原理，可以得到:(01•I—Ifi+Vo)=—t»o当R»Ro.&时，冇如F近似等式：(4)即输出电流II与输入电压论成线性关系。医1一冲电压控制电流源的原理图1.2改

3、进后的电路图1所示电路要求R»Ro.趾时，(4)式才满足。将电路进行如图2所示的改进。山于理想运馀放人器的输入阻抗为无限人,所以，流过电阻R。和乩的电流相等,可以得到:（5）另外由于“二所以：吩泊厂％厂％)⑻由于叫是反向输入•当^>0时,则％<0J.的电流方向如图所示；当叫=0时，有%=fo,则流过电阻仏的电流为0。但当卜£较大时(Vw>t-o),4^O,互相矛盾，所以要求必须叫>0°对于实际的运算放大器，当叫=0时，有％工必，且O

4、」&(10)即：当叫Wr—时，才存在(6)式的线性关系。1.3进一步扩充电流后的电路由于运并放大器的电流输出能力很小，般为20mA〜40mA,因此当实际应用电流比较大时，要对电路进行扩流，如图3所示。图3扩流后电压控制电流忍同理,可以得到:VDD-fo-Vra=/0(/?0+/?A)=4&十他)(H)(12)式中陷是三极管发射•结电压。所以，对应的输入电压范閑是:J二Rh(13)(14)根据三极管的电流原理，设三极管的电流放人倍数为0,有:I申邙瓷(15)由于受到电源V&的限制，最大输出电流/—要满足：—护(16)A/.因此在实际应用时,要根据输

5、出电流的大小,按照(13)式、(14)式和(15)式的要求,选择合适的电阻R。、肮和电源电压，以保证控制电压在合理的范用I。2电压控制电流源的应用图4所示为电池充电器中充电及控制电路的原理框图。单片机采用AT89C52,AD采用MAX195,DA采用DAC1232,采样放大是用OP177对采样电阻RS仃OOmQ)上的小信号进行差分放大，负载电阻就是电池组，扩流三极管釆用TIP127,压控电流源内的运算放大器采用T1.082,以保证有足够大的输入阻抗。通过单片机进行置数，得到所需耍的充电电流。对电流采样放大后进行比较，若电流偏大,则压控电压控制减1

6、个LSB；若电流偏小，则加1个LSB,以实现稳定电流的闭环控制。在F3.4设备中，电流的范围是0.1mA〜400mA,误差小于2%,满足了实际福:要。图4电池充电话中的允电及控制电路压控电流源的实现有很多种方法.本文所介绍的电路结构简单，理论分析明确。文中详细介绍了输出电流与输入电压的控制关系及动态范田，这对实际应用非常有帮助，这一点在充电电池的化成设备屮得到了验证。