显示页面 讨论 修订记录 反向链接 本页面只读。您可以查看源文件,但不能更改它。如果您觉得这是系统错误,请联系管理员。 ### 12. 电流源模块 #### 模块描述 电流源模块提供恒定电流输出,负载变化时保持电流稳定。采用运放+功率MOS构成压控电流源,或专用恒流芯片(如LM334、LT3092)。输出电流可调,范围从mA到A级,精度高、稳定性好。广泛应用于LED驱动、电池充电、传感器激励、电化学测试等场合。在电赛中用于恒流负载、精密测量、特性曲线测试等题目,是精密电源的重要组成部分。 #### 工作原理 ``` [输入电压] → [电流调节电路] → [恒流输出] → [负载] ↓ ↓ [电流采样] [电流Iout] (采样电阻Rs) ↓ ↓ [负载电压变化] [运放比较器] ↓ ↑ [电流保持恒定] [基准电压Vref] 基本原理: Iout = Vref / Rs 调节Vref → 调节Iout 反馈环路保持Rs两端电压=Vref 典型电路(运放+MOS): Vref → [运放+] → [MOS栅极] → [MOS漏极] → Iout ↑ ↓ └──── [Rs采样] ←────────┘ ``` #### 技术指标 - **电路方案**: 运放+MOS / LM317改恒流 / LT3092恒流源 - **输出电流**: 1mA-5A可调 - **电流精度**: ±0.5% (运放方案), ±5% (LM317) - **电流稳定度**: <0.01%/V (负载调整率) - **输入电压**: 5-36V (取决于方案) - **输出电压范围**: 0 至 (Vin-3V) - **最大功率**: 取决于散热,通常10-50W - **温度系数**: <50ppm/°C - **纹波**: <0.1% (高精度方案) - **响应时间**: <1ms #### 接口管脚定义(运放方案) | 接口 | 名称 | 功能 | 说明 | |------|------|------|------| | VIN+/- | 输入 | 电源输入 | 12-36V | | IOUT+/- | 输出 | 恒流输出 | 可调电流 | | ISET | 电流设定 | 电位器 | 调节输出电流 | | Rs | 采样电阻 | 电流采样 | 0.1-1Ω精密电阻 | | Vref | 基准电压 | 参考 | 2.5V或可调 | | EN | 使能 | 开关控制 | 高电平输出 | #### 板上设置和信号指示 - **调节电位器**: 10圈精密电位器,细调电流 - **电流表**: 数字电流表显示输出电流 - **电压表**: 显示负载两端电压 - **功率MOS**: IRF540N或同等,加散热片 - **采样电阻**: 0.1Ω/5W精密取样电阻(温漂<50ppm) - **基准源**: TL431或LM4040提供稳定Vref - **运放**: OP07低失调运放 - **保护**: 过压、过流、过温保护 #### 电气指标 - **输入电压**: 12-36V DC - **输出电流**: 10mA-5A连续可调 - **电流设定**: 电位器或DAC设定 - **电流精度**: ±0.5% ±2mA - **负载调整率**: ΔI/I < 0.01%/V - **线性调整率**: ΔI/I < 0.05%/V - **输出电压**: 0 至 (Vin-Vdropout), Vdropout≈3V - **最大功耗**: Pdiss = (Vin-Vload) × Iout - **温度系数**: <50ppm/°C - **纹波电流**: <0.1% rms - **稳定时间**: <100μs #### 使用说明 1. **电流设定**: 计算Rs值或调节电位器,Iout=Vref/Rs 2. **输入电压选择**: Vin > Vload + 3V,保证调节余量 3. **负载连接**: 串联在负载回路中 4. **功耗计算**: P=(Vin-Vload)×Iout,选择散热器 5. **精度校准**: 用精密电流表校准,调节Vref 6. **动态测试**: 阶跃负载,示波器观察电流稳定性 7. **温漂测试**: 加热电路,测量电流变化 8. **保护测试**: 短路、开路测试保护功能 #### 全国大学生电子设计竞赛相关赛题 - **2019年C题**: 线路负载及故障检测装置(恒流源负载) - **2021年E题**: 简易电路特性测试仪(恒流输出) - **2017年E题**: 远程幅频特性测试装置(恒流驱动) - **2015年**: 直流电子负载(恒流模式) - **2007年C题**: 电动车跷跷板(LED恒流驱动) #### 应用技术要点总结 1. **高精度设计**: 使用低温漂基准+精密运放+低温漂采样电阻 2. **散热设计**: 大功率时必须加散热器,计算热阻 3. **宽范围调节**: 多档切换Rs,实现mA到A级宽范围 4. **负载匹配**: 确保Vload < Vin-3V,避免饱和 5. **稳定性**: 补偿电容防止振荡,输出并联电容 6. **保护电路**: 过压保护防止负载开路,过流保护防止短路 7. **镜像扩展**: 威尔逊电流镜提高输出阻抗 8. **数字控制**: DAC替代电位器,MCU精确控制电流 ---