恒流电源的设计与研究文献综述

 2022-08-13 09:08


  1. 文献综述

(一)国内外研究现状

恒流源在日常生活中起着非常重要的作用,许多电子设备需要在电流稳定的情况下工作。我们把可以保证向工作中负载提供恒定电流的电源称为恒流源。恒流源有许多用途,它可用于脉冲或差分放大电路,也可用作其有源负载,还可以提供偏置电流的放大电路,使其静态工作点处于稳定状态。在阻抗的测量过程中,为了提高测量的信噪比,通常使用高稳定的恒流源。

高稳定的恒流源体系发展到今天的规模时间并不长。在二十世纪六十年代之前都普遍采用蓄电池供电的方式,但是蓄电池的使用、运输、维护都不方便,更主要是其容量有限,传输损耗大,放电曲线不理想,大电流使用不稳定。显然蓄电池这种传统的供电方式在许多方面已经越来越不适应了,所以在二十世纪六十年代后恒流源得到了飞速发展,而数控电流源真正发展起来的时间是二十世纪八十年代,电子电力系统理论在此期间开始建立。基于这一系列理论为数控恒流源提供了一个良好的发展空间。但其数控程度还是没有达到要求,有着精度低、分辨率低,可靠性差等缺点,所以数控恒流源朝着高精度,高稳定,可调性等的精确数控恒流源的方向发展。因此单片机技术为其发展提供了非常有利的条件。到了二十世纪九十年代,电源产业进入飞速发展时期,一方面是因为电源产业发展加快,另一方面要归功于国家的大力支持。随着时间的推移,国内外对恒流源的构成方式和调整方式是发生了很大的变化,从稳压和电阻构成到恒流器件构成,再到反馈放大器构成,每一次都取得巨大成就。

目前国内在这两方面研究比较多的是成都电子科技大学和广州华南理工大学,主要是利用单片机和可编程系统器件(PSD)来控制开关直流稳压电源或数字化电压单元达到数控的目的,但和国外的比较起来,效果不是很理想。国内厂家生产的直流稳压电源虽然也在向数字化方向发展,但多限于对输出显示实现数码显示,或实现多组数值预置。总体来说,国内直流恒流源技术在实现智能化等方面相对落后,面对激烈的国际竞争,是个严重的挑战。近年来,由于超级电容、半导体制冷片等容性负载的发展,以及LED激光二极管等指数负载的发展,更加增加了恒流源的应用需求,新的发展领域还在不断增加着对各种恒流源的需求。国内还开展了关于这些方面的前沿性课题的研究或创新研究,但是我国电源产业与发达国家相比,存在着很大的差距和不足:在电源产品的质量、可靠性、生产规模、工艺水平、持续创新能力等方面,所以国内电源仍需要加快脚步努力进入国际一流水平。

  1. 研究主要成果

目前,恒流源已朝着数字化方向发展,多采用模数和数模转换器实现数字化控制,具有高精度、高稳定性等特点。广泛的应用在激光设备、电化学、半导体测量以及传感器技术等工业场合。目前国内外对于恒流源研究相对成熟,从结构上来说,主要有开关型恒流源和线性恒流源,开关型恒流源具有体积小、发热少、低功耗、高效率等优点,但是开关电源输出电压电流的纹波和噪声较大一直限制其在高精密和高稳定度场合的应用;线性恒流源虽然可以达到高稳定性的电流输出,但是线性电源一般体积较大,系统工作时发热严重,效率较低。随着开关电源行业的不断发展,大量基于开关电源研发的产品问世,对于电流稳定度要求不高的场合,由开关电源构成的恒流恒压源非常实用。对于稳定度要求较高的场合,如果要求输出电流不是很大,线性稳流。而国外获得了很多优秀的研究成功,在欧洲许多国家,日本对恒流源的研究明显高于国内的水平,德国在半导体激光器驱动电源的电路基础化技术上成果显著,目前iC-WK系列的半导体激光器控制芯片已经广泛运用在生产生活中。该产品对稳定输出电流起到良好的控制效果,并且能实现对输出电流的调制。

(三)发展趋势

今后,恒流电源系统的发展趋势将以下这四点:

  1. 高精度

目前市场上的恒流源产品虽然可以达到毫安培至数百安培的输出范围,但还满足不了一些高精度应用的要求。所以恒流源出现了高精度的发展,在越来越多的使用场合都要求高精度的恒流源向其提供电流。

  1. 高稳定性

稳定性是衡量恒流源品质好坏的另一许多场合都出现了要求系统不间断连续工作,这样要求恒流源的高稳定性要达到系统要求,在长时间的不断电仍然能提供一个稳定的恒定电流,因此,高稳定性越来越受到设计工程师和厂家的重视。

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