高稳定大直流电流源电路设计及实验校准研究

1、高稳定大直流电流源电路设计与实验校准研究胡云现（西南林业大学 机械电子工程专业2012级，云南 昆明，650224）摘要：高稳定大直流电流源研制与校准是基于云南省计量测试技术研究院在ZWL-B直流稳流电源的基础上，针对400A高稳定大直流恒流源开展研制。随着工业和科技的发展，高稳定、高精度、调节范围大的恒流源已成为一种非常重要的检测装置。并已广泛应用于国民经济、国防、民用轨道交通、电动汽车、风力发电、太阳能等科研领域。设备的准确计量关系到工业生产管理、产品质量、公共安全、节能等方面。因此，输出高稳定的电流就显得非常重要。设备最终实现400A直流稳定输出，稳定度优于0.002%（每分钟），交流纹

2、波小于1%，恒流源设备经过试验测试各项任务指标均达到要求。关键词：大直流、直流电流比较仪、高稳定、恒流源High Stability DC Current Source Circuit Design and Calibration Experiment ResearchHu Yunxian(Mechatronic Engineering 2012, Southwest Forestry University, Kunming Yunnan, 650224)Abstract ：High Stability DC Current Source Circuit Design and Cal

3、ibration Experiment Research is based on the ZWL-B DC constant current source, which is the Research Institute of Metrology and testing technology of Yunnan province, it aims at the development of 400A high stable and large DC constant current source.With the development of industry and te

4、chnology, high stability, high precision, large range of constant current source has become a very important detection device, and has been widely used in the national economy, national defense, civil rail transit, electric vehicles, wind power, solar and other research areas The stability of DC cur

5、rent is the main parameter of DC current source, and its accurate measurement is closely related to industrial production management, product quality, public safety, energy conservation and other aspects of precision measurement or the needs of calibration. Therefore, the stable output current

6、is very important. This topic develop on the basis of products with high accuracy and high stability constant current source, proceed from the sampling circuit, after using DC current comparator let each current be converted to the normalized current, the Stability is better than 0.002% (per mi

7、nute), the AC ripple is less than 1%.Constant current sources various tasks are meet the requirements through the test.Key words: Large DC, DC current comparator, high stability constant, current source目 录摘要lAbstractll1 绪论11.1 课题背景11.2 研制工作的目的和意义11.3 研制恒流源任务目标21.4 恒流源产品技术指标31.5 课

8、题中我承担的工作32 恒流源的概述42.1 恒流源的定义42.2 恒流源的构成43 单元硬件电路设计及工作原理63.1 总体设计方案63.2 可调直流基准电压83.3 磁调制式直流电流比较仪93.4 直流反馈电路113.5 功率放大电路143.6 供电电路183.7 恒流源电路图203.8 样机组装244 样机调试与数据测试274.1 恒流源测试流程图274.2 恒流源输出电流稳定度指标测试284.2.1 实验目的284.2.2 实验仪器设备294.2.3 测试环境294.2.4 测试原理294.2.5 测试内容314.3 恒流源输出交流纹波测试394.4 恒流源输出端电压测试404.5 恒流

9、源测试总结415 总结435.1 研制重点、难点及解决方案435.2 课题研制创新点445.3 课题研制待解决问题455.4 课题设计总结45参考文献47指导老师简介48致 谢49附 录50IVError! No text of specified style in document.1 绪论1.1 课题背景随着技术和经济的发展，各类新型仪表在更新换代。在企事业单位、国防、科研和新能源等计量领域越来越多应用到高稳定度的恒流源。恒流源又被广泛应用在冶金、化工、铁路机车等领域，国内同类产品无法同时满足大量程与高稳定输出电流，很多科研机构与企业都对于该设备有迫切的需求，如高铁系统，军工领域等大直流设

10、备就急需高稳定的设备来进行效率转换、能效测试检测。而恒流源最初电源由交流提供，输出的却是直流，在传输过程中难免会存在交流纹波和谐波，在研制过程中要控制好各个量的输出，使被控量达到被测试设备检测的需要。由于恒流源最初电源由交流提供，经过变压、整流、滤波稳压的直流电流通过功放单元放大后电流值高达400A，其温度变化所引起的不稳定性是难以避免的,因此很难获得较高的精度和稳定度。该课题研制的技术关键点是在采样反馈环节中使用直流电流比较仪和功率放大部分用达林顿管进行电流输出量值扩展。在采样反馈环节，比较仪能够将大电流归一化为小电流，直流电流比较仪避免了传统电路温度系数高和功耗大的缺点，电路受环境温度影响

11、小，变换精度高，稳定性能好等特点。在采样环节中使用直流电流比较仪，它是一种高精度的电流检测装置，其转换精度可达10-510-6数量级。设备的准确计量关系到工业生产管理、产品质量、公共安全、节能降耗的指标和准确评价。在电动车充电的效率、国防、电力机车以及各种大电流直流仪表的检测中，大电流高稳定恒流源是必不可少的设备。1.2 研制工作的目的和意义恒流源作为稳定电源，在电子研究领域具有非常重要的地位。所谓的恒流源是相对恒定，而不是绝对不变的，只是在其变化范围内能够满足用电设备的要求，在正常工作时，恒流源既要输出较大的恒定电流，又要使输出电流具有较高稳定性，才能满足企事业单位、国防和新能源电动汽车充电

12、等科研领域检测需求。近年来计量院已研制出ZWL-B直流稳流电源，它的最大输出电流为200A，稳定度<0.005%（每分钟）,直流信号的交流纹波1%。ZWL-B直流稳流电源产品能够满足目前企事业单位、工业生产、铁路机车和科研等领域效率转换、能效测试检测需求。随着科学技术的进步，我国对高铁、航空及新能源产品的快速发展，这些领域的检测精度要求更高，ZWL-B直流稳流电源并不能满足这些领域的检测，所以研制输出电流200A以上，更高稳定度的恒流源产品来进行高精度高稳定大电流检测就非常必要和迫切。要解决上述技术难题，满足不同领域对高稳定大直流恒流源的需求，就必须研制输出电流大于200A以上的作为标准

13、源的恒流源，稳定度0.002%（每分钟）的恒流源，但目前国内尚无此产品，而国外的同类产品虽然在精度和稳定度能达到相应的要求，但昂贵的进口价格却制约着许多企业和科研单位的发展，因此，该项目的研究成果将满足不同领域对高稳定大直流恒流源的需求，具有非常重要的现实意义。在研制直流电流的输入采样反馈环节过程中，采用磁调制式直流电流比较仪。直流电流比较仪避免了传统电阻采样温度系数和功耗大的缺点，使其具有几乎不受环境温度影响、变换精度高和稳定性好等优点。它可将各档电流变换成归一化小电流进行采样，具有采样信号幅值高，信噪比高，温度漂移小，能够做到大电流档和小电流档都有较高的稳定度。在研制功率放大电路过程中，设

14、备要输出高稳定的电流400A，而通过直流电流比较仪采样将各档电流变换成归一化小电流，要让其转化为高稳定大直流输出，功率放大单元采用达林顿管进行电流放大，由于它的耐压特性很好，最终使设备输出稳定电流。1.3 研制恒流源任务目标在云南省计量测试技术研究院所研制的ZWL-B直流稳流电源的基础上对课题成果进行二次开发，将成果产品“极低负载效应分布式采样电阻”引用ZWL-B恒流源设备中进行应用，全面提升现有产品的功能、性能，并通过二次开发和集成创新过程，开发出新的仪器仪表设备，以此提高产品的性能及利用领域。（1） 提高恒流源产品稳定性。开发数百乃至数千安培，稳定度达10-5量级以下的恒流电流源装置；（2

15、） 提高电流测量仪表测量准确度。开发出测量不确定度达10-5量级以下的电流测量装置。（3） 400A高精度高稳定恒流输出。1.4 恒流源产品技术指标该课题要达到的技术指标如下所述：（1） 直流电流输出范围：0至400A，分100A和400A两档连续可调；（2） 直流电流输出稳定度（额定值时）0.002%（每分钟） ；（3） 直流信号的交流纹波1%；（4） 输出最大功率：>800W；在满足上述技术指标的前提下，直流电流源还应具备以下功能：（1） 恒流输出，输出电流不随负载变化，负载特性好；（2） 具有面板键盘操作及电位器微调和外控调节功能；（3） 有过载、开路自动报警、保护、处理功能。设计

16、完成的恒流源装置最佳使用温度为（23±5），一般在（040）的温度下都能正常使用。1.5 课题中我承担的工作课题研制中我承担的任务是硬件电路的制作。滤波电路、放大电路、直流电流比较仪和功率放大等部分的焊接与制作，按照设计要求对样机进行组装、排线和设备调试及测试记录。2 恒流源的概述恒流源在当今社会发展进步中扮演着重要的角色，许多企事业单位和科研领域都需要恒流源提供稳定精度高的直流输出，在科技进步的历程里，恒流源的开发与研制一直是科研探索中重要的一部分。恒流源输出的电流虽然是相对稳定的，但在实际运用中并非恒定，只是它的变化量很小且在合理的变化范围内。而恒流源的影响因素有多种，主要因素有

17、：电网在传输过程中不稳定；负载变化导致输出变化，因为负载电阻的微小（温度或湿度）变化也会引起稳定电源输出电量的变化。2.1 恒流源的定义恒流源是为负载提供稳定电流的电路，输出电流不随负载和外界因素干扰而改变，能够向负载提供恒定电流的电源称作恒流源。恒流源是输出电流不受外界因素影响的电流源，由此得出理想的恒流源具备的特点：（1） 不受负载变化而变化；（2） 不受环境温度变化而改变；（3） 内部电阻无穷大（使其电流可以全部流出到外面）。但在实际应用操作过程中，大多数恒流源是用电子电路实现的，只有当外部条件在一定范围内变化的情况下，才能使其输出电流基本保持不变。2.2 恒流源的构成恒流源电路主要由输

18、入和输出两部分构成。输入部分主要提供参考电流，而输出部分则输出负载所需要的恒定电流。恒流源电路是提供一个稳定的电流，要确保其它电路稳定工作，就需要恒流源电路能够输出稳定的电流，因此输出级的器件具有饱和输出电流的伏安特性要求。根据电路理论，一个独立电源的端钮电压或端钮电流是不变的，它与外部影响无关。但从属电源并非如此，其本身没有输出，只有在独立电源驱动网络时才会被激发，并且其端电压或电流取决于独立电源在电路的其他元件中所建立的电压或电流。一个网络至少需要一个的独立电源来激励，否则网络中的所有响应都为零，无电压、电流输出。独立电源有电压源和电流源两种，四种从属电源：电压控电压源、电压控电流源、电流

19、控电压源、电流控电流源。常用的实际电流源只有一种电压控制电流源。3 单元硬件电路设计及工作原理硬件设计关系到整台设备的稳定性、可靠性、安全性以及生产成本等一系列重要问题。因此，硬件设计一旦完成，不会像程序设计那样随时可以对程序进行修改，它决定了控制系统设计是否成功的关键。在整个设计工作中，硬件部分是整台设备的执行部件，也是开始到完成整个项目的重点问题之一。该恒流源的硬件电路主要包括可调直流基准电压、直流电流比较仪、反馈电路、功率放大电路及供电电路等部分构成。3.1 总体设计方案恒流源装置主要由变压、整流、滤波稳压、前置放大、功率放大、采样输出、反馈回路、控制电路等部分组成。基本工作原理:当设备

20、供电时，变压器将交流电压380V变压为符合整流需要的交流电压10V,整流器把交流电压整流成单向脉动的电压，滤波稳压电路通过电容和稳压器将整流出的电压滤波稳压成直流输出，单片机调节基准电压输出，控制功率放大电路部分向负载输出电流，对输出电流进行采样是通过串联在回路中的直流电流比较仪获得电压信号，误差放大器将电压信号与基准信号多次进行比较后放大，放大后的误差信号对电流功放的输出电流进行偏差补偿校正，使输出电流稳定在给定范围内，当设备有故障时单片机调动故障保护程序，停止执行并报警。原理如图3-1所示，整体电路原理见附件。图3-1 整机原理框图各部分的工作情况如下所述：电源变压器：将交流电源的电压变换

21、为符合整流需要的交流电压； 整流电路：将交流电压波形转换为单向脉动的电压，其原理就是利用二极管的单向导电性；滤波电路：将单向脉动的电压的脉动程度减小，变为接近直流波形的电压输出；稳压环节：当电源的电压变动时或者负载变动时，保证输出的电压基本不变。单片机：单片机调节基准电压输出，控制功率放大电路部分向负载输出电流，对输出电流进行采样是通过串联在回路中的直流电流比较仪获得电压信号；基准电压：提供基准电压，在反馈电路环节中与反馈电压进行比较；功率放大：通过功率三极管（达林顿管）进行电流放大，利用三极管的放大作用，将输出电流放大到所需要量值；比较仪：比较仪将各挡电流变换成归一化电流后，采集反馈的信号给

22、反馈回路中所需电压，并与基准电压作比较，输出稳定的信号； 直流输出：通过直流接触器控制电流量程输出，将功率放大的电流输出至显示表，实时显示输出电流值；故障保护：当处于过载、开路或出现紧急情况时语音报警却报警指示灯亮。3.2 可调直流基准电压恒流源的幅值调节在本课题中采用的是美国BURRBROWN公司生产的16位高速数/模转换芯片DAC702KH作为主控调节直流基准电压，双级性输出±10V，最大增益温度漂移为10ppm，最大非线性误差±0.0015%。它作为主控调节的基准电压，该芯片具有低增益漂移小和高精度等优点， DAC702的引脚图如图3-2所示。图3-2 DAC702引

23、脚图该芯片在数字波形转换，提供可调精密电压参考基准等方面有着重要用途。DAC702芯片是双级性输出±10V，通过多次实验测试，在研制中当基准电压为6V，此时最高调节细度为0.005%，而此调节细度在量程低端（10%）将下降为0.05%。设置了粗、中、细3档调节，分别为满度的1%、0.1%、0.01%；更细的调节通过回路中的精密多圈电位器（10圈）实现，范围为3%。因此，通过键调节及电位器保证了调节细度优于0.002%，直流基准电路结构如图3-3所示。图3-3 直流基准电压图中R1、R2是具有低噪声、低温度系数的精密电阻。电位器Rp并联R1上调节，保证调节细度和稳定性，且可将Rp通过电

24、缆外接，置于外控调节器中，当不外接控制器时，也无需将其短路，使用十分方便。通过数据测量和相应调试得出结论：该部分可调直流基准电压稳定性高于0.002%（每3分钟），直流基准电压的稳定性直接影响到输出的稳定性。在此基础上，恒流源输出的稳定性才得以保证。3.3 磁调制式直流电流比较仪磁调制式直流电流比较仪的输出稳定性取决于误差放大倍数K及反馈信号的漂移。在放大倍数固定的情况下，采样电压的漂移、放大器输入及失调电压漂移成为影响稳定性的主要因素。而磁调制式直流比较仪可以克服以上缺陷。采样电阻RL采用项目第一承担单位（中国计量科学研究院）已研制成功负载系数很小的“极低负载效应分布式采样电阻”。将“极低负

25、载效应分布式采样电阻”进行级联应用于直流恒流源作为反馈采样电阻，应用“分布式采样电阻负载系数的自校验方法”确定应用于仪表中电阻的负载系数，对级联电阻的负载系数进行校验，实现大直流电流的高精密测量，用于直流比较仪二次电流的测量，从而降低安匝比，实现比较仪的扩展量程。极低负载系数精密电阻如图3-4所示。图3-4 极低负载系数精密电阻恒流源的采样环节是该课题研制的难点。传统采样环节用电阻采样，电阻耗散温升引起的不稳定性是难以避免的，而电阻采样稳定性<10-4数量级，要想达到更高的精度和稳定度则几乎不可能。所以，要想达到更高的稳定度，在采样环节使用磁调制式直流电流比较仪，它是一种高精度的电流检测

26、装置，其转换精度可达到10-510-6数量级。磁调制式直流电流比较仪原理如图3-5所示。直流电流比较仪的激励信号是通过振荡器输出的脉冲信号使触发器触发输出的信号，见附件图部分。图3-5 直流比较仪基本工作原理：通过激励两只重叠放置的铁芯、至饱和状态，检测绕组W1、W2分别绕制在铁芯、上，两铁芯重叠后再绕制初次级。当绕组W初不通电流时，铁芯、饱和状态相同，处于平衡状态。峰差值检测器经输出放大器也无输出（即2=0、V0=0）。当W初通电流时，由于对于W1、W2的作用呈相反的状态。W1饱和加深，W2饱和减轻，形成峰差值，V0为峰差检测器检出差值信号，经过放大器输出反向的2，经W次恢复平衡状态；反之W

27、初通入反向电流时，则出现相反状态。这种平衡为动态平衡状态，初次级通过相等的电流安匝数达到平衡状态，具有较高的精度。电流比较仪在实际应用中，往往不是改变恒流源的电流，而是改变初级线圈的匝数，因为改变恒流源的输出电流，无论是调节采样电阻，还是调节基准电压，都不可避免地引入电阻效应，这样会使电流比较仪的匝比高稳定优点丧失。只要恒流源有足够大的内阻，改变初级线圈匝数、实际上不影响恒定电流值，可靠地保证了传递线性。通过次级采样电阻RL采样出的电压U0相对于输出电流具有较高的精度，可用作反馈和测量采样。3.4 直流反馈电路恒流源的反馈信号是由直流电流比较仪采样输出的信号，与反馈信号Uf做比较的电压信号Vs

28、，是由DAC702HK芯片提供的一个高精度基准电压。所以，可把U3看做是比较放大器在反馈信号Uf和可调直流基准电压信号Vs两者在其G点做比较求和。由于两者极性相反，当它们大小相等时就会相互抵消，对功放单元无影响，达到输出稳定的直流电流。由于恒流源反馈信号是由直流电流比较仪采样输出的电压信号，基于直流电流比较仪可将各档电流变换成归一化小电流进行采样，具有采样信号幅值高，信噪比高，温度漂移小，能够做到大电流档和小电流档都有很高的稳定度，使得稳定度得以提高。这种反馈电路具有的特点是：输出电流与反馈电流成正比关系，输出电流趋于恒定，达到提高电流输出稳定的效果。直流反馈控制电路如图3-6所示。图3-6

29、直流反馈控制直流反馈电路中各运算放大器计算过程如下：由下式计算反向比例运算电路输出电压与输入电压的关系uo=- ui （3-1） U1：反向器根据式（3-1）计算，得反向输入虚地原则由于虚地 id » 0 因为 i1=if+idif 又因为 i1= if=-所以 uo=- ui即 u10=- Vf把数值代入上式，得 u10=-·6V =-6VVf为直流电流比较仪采样输出的电压（Vf=6V）结论： 1） 输出电压与输入电压反相2）比例系数为 RF / R1 由下式计算反向比例运算电路输出电压与输入电压的关系uo=（1+）ui （3-2） U3：同相跟随器根据式（3-2）计算，

30、得当 R1=或RF=0时uo=ui因为 RF=0所以u30=Vs即 u30=6V U2：误差放大器（反向比例加法运算）由下式计算反向比例运算电路输出电压与输入电压的关系uo=- (ui1+ ui2) （3-3）根据式（3-3）计算，得由虚短路 id=0 得KCL方程i1+i2=if由虚地i1= i2= if=-所以 uo=- (ui1+ ui2)即 u20=- (u10+ u30)把数值代入上式，得u20=- (·(-6V)+ ·(6V) u20=0运算器U2上电容C1、电阻R8的作用是滤波，把不平衡的信号滤波成稳定的信号。 U4：反向器根据反向输入虚地原则由于虚地 id

31、» 0 因为 i1=if+idif 又因为 i1= if=-所以 uo=- ui即 u40=-V30把数值代入上式，得u40=-·6V=-6V U5：误差放大器（反向比例加法运算）根据式（3-3）计算，得由反向比例加法运算uo于ui的关系，得据 uo=- (ui1+ ui2)u50=- (u20+ u40)把数值代入上式，得u50 =- (·(-0V)+ ·(-6V)=12.941V运算放大器U5输出的电压为功率放大电路提供基级所需电压，确保功放管稳定工作。3.5 功率放大电路功率放大电路也是该课题研制的难点，设备要求输出400A大电流。功率放大的工作电

32、压和工作电流都比较大，所以功率也很大，导致功率管发热严重，容易损害，所以，选用耐压较高的达林顿管（MJ11032G）作为功率放大器件，为了保护功放管稳定工作，除了采用并联管以扩大输出电流并采用铝板散热片和风洞式一体化散热器进行散热，在实际电路中，通常会要求放大电路的输出级（即末级）输出一定的功率，以此来驱动负载。该课题功率放大电路采用互射极跟随器功率放大输出。采用NPN管和PNP管构成的复合管形式，图中第一、二级三极管的两极反相放大与第三级管相连接，提供电压放大，将前置放大器的信号放大以保证足够的输出幅度，第三级三极管的发射极并联的NPN型达林顿管96个，发射极端均通过0.3的线绕电阻（RX2

33、1-8W）与输出端连接，此级作为电流放大，将输出电流放大至输出400A。功率放大部分电路如图3-7所示。图3-7 功率放大部分电路功率放大电路前半部分为电压放大，将电压放大到功率放大电路所需电压，确保功放管正常工作。放大电路射极输出器（共集电极放大电路）根据放大电路静态分析方法，把电路画成微变等效电路如图3-8所示。查阅资料功放管（MJ11032G放大倍数25<<1000）。根据基尔基霍夫定律得功率管的基本放大电路计算如式（3-4）VCC= IB （RB+(1+) ·RE ）+UBEIE=(1+) ·IB （3-4）UCE=VCC-IE·RE +VCC

34、 RB IB UCE 510 UBE RE IE 0.3 图3-8 直流通路据（3-4）计算 IB=13.69mA0.013AIE=(1+) ·IB=（1+380）·0.013=5AUCE=VCC-IE·RE=10-5·0.3=8.5V通过上式计算每个功放管输出的电流为5A，由于恒流源要达到400A输出，功率放大电路的制作采用96个NPN型达林顿管并联进行电流放大，为了达到设备参数要求，功放管的基极接510电阻，在每个功放管的发射极串接0.3 线绕电阻作为限流输出。恒流源要达到400A大电流输出，功率很大，导致功放管发热严重，这样容易损坏功放管，对此采用

35、四组风洞式一体化散热器对功放管合理布局散热，一组由6片铝板散热片组成，每片上并联4个达林顿管，并把达林顿管进行级联，以此达到设备输出要求，这样也可进行有效的散热，确保功放管稳定工作，输出稳定度才得于保证。制作实物如图3-8（a）所示；把制作实物进行级联，每6片组成一组，每组再级联，最终功率放大电路组成四组进行放大，整体功率放大如图3-8（b）所示。图3-8（a） 功放管制作实物图图3-8（b） 功率放大电路实物图功率放大电路要求输出一定不失真（或失真度很小）的功率，通常在高信号状态下工作，因此功率放大包含一系列问题。具体的问题是：（1） 输出功率尽可能大。要获得输出功率大，要求功率管的工作电压

36、和工作电流足够大，但功率管损坏的可能性也较大，所以对功率管的保护电路要充分考虑，因此功率管工作在接近极限运用状态。（2） 效率要高。由于输出功率大，直流电源消耗的功率也大，效率就受到限制。为了提高效率，选用耐压较高的器件、注意通风散热。（3） 非线性失真要小。功率放大器是在高信号状态下工作，不可避免的会产生非线性失真，同一功率管输出功率越大，非线性失真越严重，使输出功率和非线性失真成为主要矛盾，所以工作点的选择非常重要。（4） 功放管的散热问题。在功率放大器中，有相当大的功率消耗在管子的集电结上，使结温和管壳温度升高，为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率，管子的散热问题就成为一个重要

37、问题。3.6 供电电路恒流源所需要电压主要为四部分：5V、15V、10V、30V。其中，5V为显示模块提供电压，15V为控制电路提供电压，10V为功率三极管输出400A档提供电压，30V为功率三极管输出100A档提供电压，档位切换通过直流接触器 控制。为了获得较平稳的信号，采用桥式整流电容滤波，利用电容器的储能作用，当电源供给的电压升高时，电容能把部分能量存储起来，当电源电压降低时，电容就可以把存储的能量释放出来，从而得到较平稳的电压信号。具体桥式整流电容滤波稳压电路如图3-9所示。图3-9 桥式整流电容滤波稳压电路桥式整流电容滤波稳压电路具体工作原理：当电路为正半周期时，给D1、D3加正向电

38、压，D1、D3导通；给D2、D4加反向电压时，D2、D4截止，电路中构成通电回路，在RL上形成上正下负的半波整流电压；电路负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止，电路也构成通电回路，同样在RL上形成上正下负的另外半波的整流电压。如此循环下去，在RL上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半。经过桥式整流出来的电压不稳定，达不到设备供电电源所需，对此整流出来电压用电容进行滤波稳压，以此来用稳定电压给设备供电。3.7 恒流源电路图恒流源电路图包括变压电路

39、、整流电路、滤波电路、稳压电路、直流电流比较仪电路、直流反馈控制、功率放大电路和电流输出显示表等部分组成。直流恒流源电路图如图3-10所示。图3-10 直流恒流源电路图恒流源电路图的基本工作原理：当设备供电时，变压器将交流电压380V变压为符合整流需要的交流电压10V,整流器把交流电压整流成单向脉动的电压，滤波稳压电路通过电容和稳压器将整流出的电压滤波稳压成直流输出，振荡器NE555输出矩形波给触发器CD4013脉冲信号，触发器输出的信号激励直流电流比较仪，直流电流比较仪输出信号与可调基准电压作比较，经过运算放大器输出13V给功率放大供电，功率放大电路应用达林顿管进行电流放大，通过直流接触器控

40、制电流输出至电流监视表。恒流源电路图的元器件清单如下表3-1所示：表3-1 恒流源电路图的元器件清单数量 型号 阻值 封装 Resistors（147）15 R1,R2,R5,R6,R9-R14, 5.1k R21-R24,R422 R3,R4 3.6k 1 R7 100k 2 R8,R16 250 1 R15 30k 6 R17-R19,R31,R32,R40 10k 2 R20,R30 1k 1 R25 470 1 R26 330 D330R 96 R27,R28X96 0.3 Digikey 311-27GDKR-ND 2 R29,R33 100k M100K 3 R34,R35,R41

41、 1k M1k 2 R36,R37 33/2w D68R 1 R38 10 Digikey P10XCT-ND 1 R39 50 Digikey P10XCT-ND 24 R43X24 5.1 Capacitors（16）3 C1,C9,C11 0.1u 1 C2 2u 2 C3,C15 334 1 C4 47u 7343-31 TAWD476M010R0500 续表数量 型号 阻值 封装1 C7 102 2 C8,C17 10000u/50v 7343-31 TAWD685K050R0700 1 C10 12H/50v 7343-31 TAWD685M050R07002 C12,C13 1u

42、 Maplin KR78K 1 C14 1000u/50v 7343-31 TAWD685K050R0700 Integrated Circuits（8）8 U1-U8 OP07C Transistors（105）3 Q1,Q2,Q7 BU806 3 Q3,Q6,Q12 A940 3 Q4,Q5,Q11 C2073 96 Q8-Q10 X96 MJ11032 Diodes（8）1 D1 DIODE-LED 5 D2,D3,D6-D8 1N4004 2 D4,D5 1N4148 Miscellaneous（14）1 BR1 GBPC800 1 BR2 GBPC3501 1 RT1 10k 1 R

43、T2 30k 5 SW1-SW5 SW-SPST-MOM 1 SW15 SW-DPST 2 TR1,TR2 TRSAT2P2S 1 电流显示表1 直流电流比较仪3.8 样机组装ZWL-400直流稳流电源由变压器、整流、滤波稳压、放大电路、采样和功率放大等元器件组成。具体元器件清单如表3-1所示。表3-2 样机组装元器件元器件名称规格型号变压器S7-6.6/0.4整流CCD320N16(6B95/0626)滤波50V10000uF(M) 12个电容并联和并联2颗780电阻放大电路包括控制电路、显示模块的变压及反馈电路等直流接触器MZJ-100A/006M和MZJ-400A/006M功率放大电路9

44、6个NPN型MJ11032G(BM1034)ME并联、基级接5.1、发射极串联0.3线绕电阻（RX21-8W）极低负载采样电路型号：LLCR-WK 阻值：1 ohm 负载效应：<1X10-6(1V/0.1V)可调基准电压16位高速数/模转换芯片DAC702KH散热器AA1282HS-AT AC220-240V50/60Hz 0.12/0.10AZWL-400直流稳流电源安装框架根据各部分硬件结构设计长120cm，宽80cm，高80cm的立方体作为框架，直流稳流电源安装位置结构示意图如图3-11所示。图3-11 ZWL-400直流稳流电源安装位置其他电路部分根据电路设计而制作，对各部分零部

45、件按电路设计进行焊接与制作，按照各个部分电路设计进行整体组装。ZWL-400直流稳流电源的内部结构如图 3-11（a）所示。图3-11（a） ZWL-400直流稳流电源的内部结构控制面板包括输出电流（%）、准备/保护、总开关、量限100A和400A档位及相应微调输出调节和外控调节器。这对用户使用起来很方便，可根据输出选择相应档位，而输出电流在控制面板上实时显示，当输出电流接近需要值选择相应微调输出调节以达到所需电流，微调有粗、中、细三挡，分别为1%、0.1%、0.01%。面板如图 3-11（b）所示。图3-11（b） 控制面板4 样机调试与数据测试在试验测试中，直流恒流源输出电流要达到输出电流

46、达400A课题参数要求，在功率放大电路中采用NPN型达林顿管三极管进行电流放大。由运算放大电路原理知，随着放大极的电压增大，电流就不会均分到三极管的发射极与放大极，引起电流漂移，从而影响恒流源的稳定性。通过多次实验和调试，当三极管管压降为15V，三极管正常工作，三极管两端的电流几乎达到均分，便可使装置稳定工作。对于测试数据主要测试恒流源输出电流稳定度、交流纹波、端电压。4.1 恒流源测试流程图基本流程是：首先进行初始化，包括I/O口、D/A串行口、中断、各电流档位和电流试验点的初始化，然后进行键盘扫描，判断有无按键按下，通过直流接触器控制量程输出，则控制部分根据键盘扫描的结果，确定是那个键按下

47、后，便执行该键所标注的功能，完成设定预置电流量程值，步进加减，并显示输出电流值，待执行完该功能后，返回键盘扫描，再次判断有无键按下，若没有键按下继续执行，有键按下便执行相应程序。恒流源执行流程如图4-1所示。图4-1 恒流源执行流程图ZWL-400直流稳流电源采用数字化技术，数字化输出调节，全键盘化操作、自动换挡，在操作使用起来比较方便，具有输出保护报警。直流电流比较仪将各档电流变换成归一化电流后，采样形成反馈信号和显示信号，可精确显示输出电流。4.2 恒流源输出电流稳定度指标测试4.2.1 实验目的1）恒流源输出0至400A，分100A和400A两档连续可调；2）测试恒流源输出稳定度；3）测试恒流源交流纹波，计算交流纹波系数；4）测试恒流源输出端电压。4.2.2 实验仪器设备标准电阻 型号：BZ3 厂家：上海电表厂电阻：0.001、0.01、0.1、1、10 等级：0.01级数字多用表 型号：1281 厂家：迪特朗公司 8位测量范围：电流（01）A 电压（01000）V数字多用