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隨著(zhù)工業(yè)智能化的不斷發(fā)展,嵌入式系統對供電的要求越來(lái)越高,對輸入電壓范圍也越來(lái)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定?
嵌入式系統的強大處理能力對電源模塊的要求越來(lái)越高,寬電壓輸入就會(huì )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(dòng)能力的一致性,增加一個(gè)恒流電路給控制芯片供電。實(shí)際中的恒流電路跟理想的恒流源存在差距,要根據實(shí)際應用選取合適的恒流源電路。下面介紹下常見(jiàn)的電源恒流電路。
電路1:由兩個(gè)同型號的三極管,根據三極管Vbe電壓相對穩定,以及三極管的基極電流相對集電極電流較小的特點(diǎn),組成一個(gè)電流相對恒定的恒流源,電流Io=Vbe/R1。這個(gè)恒流源沒(méi)有用到特殊器件,兩個(gè)三極管和兩個(gè)電阻組成,成本低,電流Io可調。缺點(diǎn)是Vbe的大小會(huì )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壓二極管上的電壓較穩定特性,以及三極管Vbe的穩定性,組成的恒流電路,Io=(Vd-Vbe)/R3。優(yōu)點(diǎn)是成本低,電流可調,缺點(diǎn)是溫度特性差,穩流精度不高,適用于對精度要求不高的場(chǎng)合。
電路3:三端穩壓器提供一個(gè)恒定電壓Vout,組成一個(gè)恒流源,Io=Vout/R1。
上面都是一些比較常見(jiàn)的簡(jiǎn)單的恒流源,并且有一個(gè)共性,穩壓精度都不高,電流Io也不大。其他類(lèi)似的恒流源,也都是以一個(gè)恒壓源為基準組成,在這里就不一一列舉。在應用過(guò)程中,如果需要高精度、大電流的恒流源,可以使用一個(gè)運放,組成一個(gè)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(diǎn)是功率小,體積小,成本低,適合當前競爭激烈的市場(chǎng)。但是它們本身存在一個(gè)致命的特點(diǎn),短路保護功能和啟動(dòng)能力存在矛盾,啟動(dòng)能力強,短路保護就會(huì )變差。短路保護變強,啟動(dòng)能力就會(huì )變弱。特別是在需要超寬電壓范圍輸入的情況下,啟動(dòng)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(dòng)電路,電阻R1電流會(huì )隨輸入電壓的變化,低壓和高壓短路時(shí),打嗝周期會(huì )相差很大,短路功率高壓輸入時(shí)會(huì )較大。調好低壓?jiǎn)?dòng)能力和短路保護后,高壓短路保護就會(huì )變差,啟動(dòng)能力超強,反過(guò)來(lái)調好高壓?jiǎn)?dòng)和短路能力,低壓的短路保護能力很好,但是啟動(dòng)能力很差,會(huì )出現啟動(dòng)不良現象。為了解決以上矛盾,把啟動(dòng)電路改為用一個(gè)恒定電流的電路替代,輸入電流基本不會(huì )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(shí)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(dòng)解決了啟動(dòng)和短路的矛盾。如下圖所示:
恒流源的實(shí)現可以通過(guò)對輸出電流進(jìn)行處理,或對輸入電流進(jìn)行處理保證輸出能夠實(shí)現恒流。對于前者主要作用為使輸出電流保持平穩,可以通過(guò)三極管、三端穩壓等器件進(jìn)行穩流,成本較低,電路簡(jiǎn)單,但整體效果不是很理想。對于后者輸入電流基本不會(huì )隨輸入電壓的變化而變化,可以使輸出從而實(shí)現恒流。