程控隔离恒流电源在仪器仪表中的应用

　　0　引言

　　在实际应用中,许多地方需要有一个恒定的电流提供电源【1】。例如,测量某确定电流点上二极管的正、反向电压;测试某恒定基极电流时三极管的输出特性;可充电电池的恒流充电、各类传感器的恒流供电等。在各类电子仪器和测试系统中,恒流电源也得到了广泛的应用。如在电机的型式试验中,有一个重要的试验项目即温升试验,它表明电机在特定的工作状态下温度的上升速率和程度。电机的温升通常是通过测量其绕组的冷、热态电阻来获得的【2】。采用电阻法测量绕组电阻时,就需要一组高精度、高稳定性的直流恒流电源。电机热态电阻的理想检测方法是不断开主电源的带电测试,但这将给其它电子电路及控制电路,尤其是CPU这类器件带来严重威胁。这种场合下使用的恒流电源,不仅需要程序可控,而且更需要隔离。鉴于这类应用,本文将介绍一种采用光电耦合器件实现的恒流源电路,其电流覆盖范围可达到1~30mA,同时为了实现自动测量,我们利用单片机和D/A转换器来实现恒流电源的程序控制。它具有隔离、输出电流稳定、可程控等特点。

　　1　隔离型恒流源电路的工作原理

　　采用光电耦合器构成的恒流源电路如图1所示。图1中采用了国产DH902型三端可调恒流源,电流范围为1~100mA,其中A为阳极,C为阴极,G为控制极。通过实验测得,在一定的电源电压条件下,其输出电流IH与控制极电阻RG之间的关系曲线如图2所示。

　　同时,由于光电耦合器的输出端与标准电阻RN串联,若设光耦输出端的等效电阻为RX,则DH902的控制极电阻为RG=RN+RX。在光耦输入端加入一定的电压V时,用数字万用表分别测出标准电阻RN上的电压UN和光耦输出端的电压UX,由于

　　当式(1)中的控制极电流I保持不变时,可得到:

　　根据式(2),由UX、UN和标准电阻RN,便可计算出光耦输出端的等效电阻RX。改变输入电压V,可以求得相对应的等效电阻RX,于是得到V与RX之间的关系曲线如图3所示。

　　通过对图2和图3的综合,以及关系式RG=RN+RX,可以得知恒流源输出电流IH与光电耦合器输入电压V之间存在一定的关系:

　　I_H= f₁( V) (3)

　　式(3)的关系曲线如图4所示。

　　2　程控恒流源的实现

　　为了实现隔离型恒流源电路的程序化控制,利用8031单片机和8位D/A转换器DAC0832来得到光电耦合器的输入电压V,其电路原理图如图5所示。

　　从图5可以得到,DAC0832的电压输出即光电耦合器的电压输入V有:

　　式中N= -RfVR/R为标度系数, VR为DAC0832的参考电压,Rf是反馈电阻,R为T形R-2R电阻网络的特征电阻。