基于运算放大器的压控恒流源

第22卷第3期 2010年3月 强 激 光 与 粒 子 束 HIGHPOWERI。ASERANDPARTICLEBEAMS V01．22。No．3 Mar．，2010 文章编号：loOl一4322(2010)03—0553—04 基于运算放大器的压控恒流源‘ 秦 玲， 赖青贵， 张 良， 王华岑 (中国 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 物理研究院流体物理研究所．四川绵阳621900) 摘要： 针对直线感应加速器校正线圈的供电需求，用悬浮负载法和接地负载法研究了基于功率运算放 大器的电压控制型恒流源。从理论计算、数值模拟和实验方面研究和对比了两种压控恒流源的 工作原理 数字放映机工作原理变压器基本工作原理叉车的结构和工作原理袋收尘器工作原理主动脉球囊反搏护理 、工作 特性和输出结果。试验结果表明，在两种恒流源上都能够得到预定的电流输出，悬浮负载恒流源的输出更加稳 定，能够满足将来的工程运用 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 。 关键词：校正线圈；功率运算放大器；压控恒流源； 印制电路板；纹波 中图分类号：TL506 文献标志码： A doi：10．3788／HPLPB20102203．0553 恒流源(VCCS)的研究历经数十年，从早期的晶体管恒流源到现在的集成电路恒流源，恒定电流在各个领 域的广泛使用激发起人们对恒流源的研究不断深入和多样化。稳恒电流在加速器中的使用是加速器结构改善 的一个标志。从早期的单一依靠磁场线圈到加入匀场环，到校正线圈的使用，束流输运系统的改进有效地提高 了束流的品质[1]。校正线圈是光刻于印制电路板上的导线圈，将其按照方位角放置在加速腔内，通电后，载流 导线产生的横向磁场就可以起到校正偏心束流的作用[2]。显然，稳定可调的恒流源是校正线圈有效工作的必 要条件。针对现在加速粒子能量的提高，对校正线圈提出了新的供电需求，本文就这一需求研究了基于功率运 算放大器的两种压控恒流源，为工程应用做技术储备。 l 设计思路 用于校正线圈的恒流源，供聚焦和补偿时使用，输出功率不大，但要求调节精度高，稳定性好，纹波小。具 体技术参数为：输出电流o～5A；调节范围0．1～5．0A；调节精度5mA；负载电阻3．5Q；纹波稳定度优于1‰ (相对5A)；基准电压模块型号为REF01。而常用作恒流电源的电真空器件稳定电流建立时间长，场效应管夹 断电压高、击穿电压低，恒流区域窄。因此，我们选取了体积小，效率高，电流调节范围宽的放大器恒流源作为 研究方向。 实验基本的设计思路是通过电源板将市电降压、整流、滤波后送入高精度电压基准源得到直流电压，输入 功率运算放大器，在输出端得到放大的电流输出，如图1所示。 Fig．1Layoutofholisticdesign 图1总体设计图 基于功率运算放大器的恒流源电路按其负载是否接地可分为悬浮负载恒流源(负载两端都不接地)和接地 负载恒流源(负载一端接地)[3|。下面分别对这两种电路进行模拟 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 。 2数值模拟 图2和图3分别是悬浮负载恒流源和接地负载恒流源的基本电路图。由图可见，要得到相同的电流输出， ·收稿日期：2009—1卜03；修订日期：2009—12-15 基金项目：国防科技基础研究基金项目 作者简介：秦玲(1979一)，女。硕士研究生，主要从事LIA电源研究qiezil06@sina．120111。 万方数据 强 激 光 与 粒 子 束 第22卷 接地负载恒流源要求输入电阻和反馈电阻有较好的匹配‘4|。使用PSpice模拟两种电路的各项性能‘51，得到了 近似的结果。 Fig．2VCCSforafloatingload 图2悬浮负载恒流源电路图 ☆=☆R-os驴鲁R+只． 3+尺l ⋯ ～R Fig．3VCCSforagroundedload 图3接地负载恒流源电路图 2．1瞬态响应 模拟输入o～2．5V直流电压时，两种电路的电流输出瞬态响应相同，见图4。当功率运放的输入端电压 为0时，输出的电流称为失配电流[6]。模拟得到悬浮负载恒流源的失配电流为0．55mA；而接地负载恒流源的 失配电流为7．5mA。 2．2纹波 电路中的高频信号可以通过并联RC回路过滤掉口]，图5选取了0．05V／50MHz的高频信号进行模拟， 稳定后的输出信号变化范围在0．1％o。但低于RC阈值的工频信号一般难以滤除，只能通过降低输入信号幅度 来达到要求。图6(a)所示为输入2．5V直流叠加0．05V／50Hz交流信号的输出交流曲线；图6(b)所示为输 入2．5V叠加0．001V／50Hz交流信号的输出电流曲线，它的最大变化范围是2mA，满足5‰纹波的要求。 因此输入信号的工频干扰幅度要低于1mV。 6 4 §2 O ·●··l·i，‘ 一一一?寸，I，；；：”翟17}’f了“f?‘?’’?。i．一{I ～+-+i一矗≤麟 -一}"+--4"- 04．{．{一游滔‘ ：：；每弩 j每‘．：弑l—听 ““‘；≯黧 3putvplial16．‘上二．：誓印 5·08 5．04 S5．00 496 4．92 0．5 1．0 1．5 20 2．5 E，v Fig．4DCoutputofVCCS 图4电路的直流工作曲线 }雕{外}{ I’ ^ ■＼：! V 1 0尸～一^—一 眨0 ’i ：： ■ 曩i ：． 一；r，i．⋯叫⋯⋯．，三．，⋯．． D 2 3 4 5 6 7 t／ms Fig．5Outputcurrentwaveformofhighfrequencysignal 图5高频信号的输出电流 4．998 4．997 §4．996 4．995 4．994 {{ot ：I：： ：l：：j： ．：j： ●- !!‘ ：： ；．【i ：： !{{‘： ．二．1 II i I I t』J-It ：t I：ifI I l fI I‘ 1 I 1I¨ l 9 nI n 1‘』 ：～1 ：‘? -- 一：⋯ ● ：一：·。L ： (a)0．05V／50Hznoiseinput (b)0．001W50Hznoiseinput Fig．6Contrastofoutputcurrentsfordifferentnoiseinputs 图6噪声输出对电流的干扰对比 万方数据 第3期 秦玲等：基于运算放大器的压控恒流源 2．3温度漂移 模拟温度在25，55，58，60，65，75℃变化时放大器的输出电流，如图7(a)所示，图7(b)所示为温度对线性 度的影响。当输出电流超过4A时，电路的线性度随温度升高而降低。 5．0 4．6 碗l!j．1，，，⋯ 75℃ 65℃ 60℃ 58℃ 25℃ 55℃ 58℃ 50℃ 55℃ 75℃ t／s u／v Fig．7Effectoftemperatureonoutputcurrentofamplifier 图7温度对放大器输出电流的影响 3实验结果分析 3．1电压线性度 根据实验数据绘得放大器的线性度曲线如图8所示。两种电路的电流输出能力都在5A以上，线性度较 好。 ，， uN v；v (a)linearitycolreoffloating-loadVCCS (b)lmearitycurveofgrounded-loadVCCS Fig．8MeasuredlinearitycurvesoftwoVCCSs 图8两种恒流源线性度的测量曲线 3．2纹波 图9所示为悬浮负载恒流源输出端的纹波，chl是采样电阻上的纹波，ch2是负载上的纹波。可以测得纹 波峰峰值之差约2mV(即0．57mA)，满足低于最大输出电流1‰的要求。而接地负载恒流源的电压输出纹波 较大，且不稳定。输入电压在6．5V之前的输出电压纹波约10mV(2．85mA)，大于6．5V之后纹波增长到最 大17mV(5mA)左右。图10所示为接地负载恒流源的输出电压纹波增长的过程。 r”l一!⋯’y。■一■。。r一‘j⋯y--一⋯ ．艺}ch!-onsanipling’哆i衙‘≯’■≯一 藿■■■_■__■——■州 H i }．i i⋯，j⋯．i0：⋯：⋯．i⋯．i⋯．i⋯．．}’： ：。’：+‘+‘：。’}：‘‘：‘。‘。!’。’：。’’’：⋯” ’ch2OflIoad耋黼■■州■嗍㈣ 蠹卜■■-㈠一-■-■． 1⋯i二一二⋯i ；二⋯j⋯上⋯ ． (a)voltageWavebefore6．5Vmput (b)voltagewaveafter6．5Vinput Fig．9Outputvoltagerippleoffloating-loadVCCSFig．10Growthprocessofvoltagerippleforgrounded-loadVCCS 图9悬浮负载恒流源纹渡 图10悬浮负载恒流源纹波 万方数据 强 激 光 与 粒 子 束 第22卷 这是由电路自激振荡引起的，接地负载恒流源对于电阻的匹配度有较高的要求。通过实验发现当输入电 阻和反馈电阻的个体阻值差异超过5‰时，由输入端耦合进的交流信号的相位变化会通过放大器扩大，从而引 起振荡。电路的工作点选取不恰当也会使系统变成欠阻尼状态，形成振荡。因此，严格挑选匹配度高的电阻和 计算外围电路的取值是解决接地负载恒流源自激振荡的重要手段。 4小结 两种方式的恒流源都能够输出满足要求的电流值正负5A，且纹波小于满量程的1％0。实验中，负载接地 型恒流源的输出能力好，温度漂移小，但由于电阻匹配和工作点的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，其线性度、纹波和稳定性等都不如悬浮 负载恒流源。悬浮负载恒流源能够在安全工作区输出稳定的电流，并且保持较好的线性度，是将来工程应用的 一个较理想的电路方式，但在输出大电流时需要注意功率运算放大器的散热问题。 参考文献： [13BirxD．Inductionlinearaccelerators[M]．NewYork：AmericanInstituteofPhysicsPress，1992． [2J代志勇，章林文，邓建军，等．“神龙一l”直线感应加速器束流输运系统设计[J]．强激光与粒子束，2001，13(6)：781—784．(DaiZhiyong，Zhang Linwen。DengJianjun，eta1．Designofbeamtransportsystemfor“SL—I”LIA．HighPowerLaserandParticleBeams，2001，13(6)：781— 784) [3]陈凯良．竺树声．恒流源及其应用电路[M]．杭州：浙江科学技术出版社，1992．(ChenKailiang，ZhuShusheng．Constantcurrentsourceand itsappliedcircuit．Hangzhou：ZhoiangScienceandTechnologyPress，1992) [4]陈长兴，赵伟光．电路分析基础[M]．北京：国防工业出版社，2006．(ChenChangxing，ZhaoWeiguang．Basiccircuitanalysis．Beijing：Na— tionalDefenceIndustryPress。2006) E53胡寿松，自动控制原理[M]．北京：国防工业出版社，1994．(HuShousong．Automaticcontroltheory．Bering：NationalDefenceIndustry Press。1994) [6]曹作群，曹红，肖红清，等。复合型精密恒流源[J]．电测与仪表。2002。39(443)：36—39．(CaoZuoqun，CaoHong，XiaoHongqing，eta1．Com— binedtypeofpreciseconstantcurrentsource．ElectricalMeasurementandInstrumentation，2002，39(443)，36—39) [7]尉广军，朱宇虹．几种恒流源电路的设汁[J]．电子与自动化，2000，19(1)：45—47．(WeiGuangjun，ZhuYuhong．Severalkindsofconstant currentsourcedesign．ElectronicsandAutomation，2000，19(1)：45—47) Voltage-controlledconstantcurrentsourceswithoperationalamplifiers QinLing，LaiQinggui，ZhangLiang，WangHuacen (InstituteofFluidPhysics，CAEP，P．o．Box919—106，Mianyang621900，China) Abstract：Inthelinearinductionaccelerator，thepowersupplyofrectifierloopisconstantcurrentsources．Thisarticle studiedtwokindsofvoltagecontrolledconstantcurrentsources(VCCS)withoperationalamplifiersbasedonfloatingloadand groundedload．Fromtheory，simulationandexperiment，theirdifferencesinconfiguration，operationcharacterandoutputwere comparativelystudied．TheresultspointoutthatthetwokindsofVCCScanbothproducetheoutputinanticipation，andthe floating-loadVCCScanprovideamoresteadycurrentoutput，fulfillingthefutureengineeringrequirements． Keywords：rectifierloop；operationalamplifier；voltagecontrolledconstantcurrentsource；printedcircuitboard； voltageripple 万方数据 基于运算放大器的压控恒流源 作者： 秦玲， 赖青贵， 张良， 王华岑， Qin Ling， Lai Qinggui， Zhang Liang， Wang Huacen 作者单位： 中国工程物理研究院,流体物理研究所,四川,绵阳,621900 刊名： 强激光与粒子束 英文刊名： HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS 年，卷(期)： 2010,22(3) 被引用次数： 1次 参考文献(7条) 1.尉广军;朱宇虹 几种恒流源电路的设计 2000(01) 2.曹作群;曹红;肖红清 复合型精密恒流源[期刊论文]-电测与仪表 2002(443) 3.胡寿松 自动控制原理 1994 4.陈长兴;赵伟光 电路分析基础 2006 5.陈凯良;竺树声 恒流源及其应用电路 1992 6.代志勇;章林文;邓建军 "神龙-I"直线感应加速器束流输运系统设计[期刊论文]-强激光与粒子束 2001(06) 7.Birx D Induction linear accelerators 1992 引证文献(1条) 1.毛利民.刘强.孙磊.沈明 寻北仪中力矩电流发生器的设计[期刊论文]-现代电子技术 2010(21) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_qjgylzs201003022.aspx