CN106502295A - 一种恒流控制系统 - Google Patents

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李斌
陈洁
胡金根
费琼
曹毅杰
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices

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Abstract

本发明为一种恒流控制系统。它包括一个对回路地G有电压E的直流电源、一个根据输入电压值V r 来调整c、e两端电压V ce 的控制器、一个二端检流器和一个二端负载；二端负载、控制器的c、e两端和二端检流器在直流电源电压E与回路地G间串联连接成一个具有电流I的回路；控制器是由一个可调整c、e两端电压V ce 的压降调节器和一个并联在c、e两端的阻值为R d 的分流电阻组成；该恒流控制系统通过减小流经控制器中压降调节器的电流，从而减少压降调节器热耗，提高了恒流控制系统的可靠性。

Description

一种恒流控制系统
技术领域
本发明涉及仪器仪表领域，为一种通过减小流经压降调节器的电流，从而减少压降调节器热耗的恒流控制系统。
背景技术
恒流控制是为了使流经负载的电流恒定，例如恒流励磁是使流经励磁线圈的电流恒定，以使励磁线圈产生恒定磁场。一般，在电源电压为E、负载电阻为R和负载电感为L的恒流控制系统中，是通过改变压降调节器产生的压降Vce来控制回路电流I，使回路电流I被控制在恒定电流值IC。
回路电流I从零上升到恒流电流值IC所需的时间为在很多恒流控制系统中对回路电流I从零上升到恒流电流值IC的时间要求小于一定的阈值，由于恒流控制系统中负载的电阻R和电感L是一定的，这就要求恒流控制系统的电源电压E较高，也就造成了压降调节器产生的压降Vce较大，压降调节器产生的热耗也较大。为了减小恒流控制系统中压降调节器压降带来的热耗，有采用高低压电源驱动的方法，即在回路电流I上升时采用较高电源电压使回路电流I快速上升，接近所设定的恒流电流值IC时采用较低电源电压，这样可减小恒流控制系统中压降调节器在恒流控制下的压降而减小热耗。如文献《步进电机高低压电源驱动电路设计》(罗延明等，应用科技，Vol.31,No.9,2004年9月)，文献《高低压整流桥式励磁控制方案及仿真分析》(陆继明等，电力系统自动化，Vol.31,No.6,2006年6月)。
虽然用高低压电源驱动的方法可以减小恒流控制系统中压降调节器在恒流控制时的热耗，但始终无法有效解决负载变化大时，恒流控制系统中压降调节器压降大造成的压降调节器功率大、寿命短的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的缺陷，提供一种恒流控制系统，减小恒流控制系统中压降调节器的热耗，提高恒流控制系统的可靠性。
为达到上述目的，本发明构思是：在恒流控制系统中压降调节器的两端并联一个分流电阻，减小流经压降调节器的电流，尤其在恒流控制系统中负载减小时，压降调节器的压降变大，进一步减小流经压降调节器的电流，减小压降调节器的热耗。
根据上述构思，本发明采用下述技术方案：
一种恒流控制系统，包括一个对回路地G有电压E的直流电源、一个根据输入电压值Vr来调整c、e两端电压Vce的控制器、一个二端检流器、一个二端负载；其特征在于：所述的二端负载、控制器的c、e两端和二端检流器在直流电源电压E与回路地G间串联连接成一个具有电流I的回路；所述的控制器是由一个可调整c、e两端电压Vce的压降调节器和一个并联在c、e两端的阻值为Rd的分流电阻组成；所述的压降调节器是根据输入电压值Vr来调整c、e两端电压Vce；所述的分流电阻流过电流I2＝Vce/Rd，并使压降调节器的c、e两端中对应的电流I1＝I-I2。这里，压降调节器可以用I1的电流去使I1+I2＝I，将自身的功耗减少了
所述的二端检流器是一个阻值固定为Rm的电阻，在电流I下产生检流电压Vm＝Rm×I；所述的压降调节器将检流电压Vm作为输入电压值Vr并与一个值为Vref＝Rm×IC的参考电压进行比较，压降调节器通过增大或减小c、e两端电压Vce使检流电压Vm＝Rm×I的值减小或增大，以实现使电流I等于IC值的恒流控制，这里IC就是期望要达到的恒定电流值。
所述的分流电阻的阻值Rd在二端负载内阻为RL和回路电流I＝IC下应满足以下关系：
所述的二端负载一端连接直流电源，另一端连接控制器的c端时，所述压降调节器由运算放大器U1、限流电阻R1和NPN三极管T1组成；运算放大器U1的2号接头连接二端检流器产生检流电压Vm的一端；运算放大器U1的3号接头连接值为Vref的基准电压源；限流电阻R1的一端连接运算放大器U1的1号接头，另一端连接调整管T1的基极；调整管T1的集电极和发射极分别连接分流电阻的两端。
所述的二端负载一端连接控制器的e端，另一端连接二端检流器时，所述压降调节器由运算放大器U2、NMOS管Q1、PNP三极管T2和电阻R2组成；运算放大器U2的2号接头连接二端检流器产生检流电压Vm的一端；运算放大器U2的3号接头连接值为Vref的基准电压源；NMOS管Q1的栅极连接运算放大器U2的1号接头，漏极连接PNP三极管T2的基极，源极经电阻R2后连接回路地G；PNP三极管T1的集电极和发射极分别连接分流电阻的两端。
本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出特点和显著优点：一方面增加了电流I从零增加时的上升速率；另一方面减小了恒流控制时流经压降调节器的电流，减小了压降调节器的热耗，尤其在恒流控制系统中负载减小时，进一步减小流经压降调节器的电流，有效地控制了压降调节器的热耗。
附图说明
图1为本发明恒流控制系统框图。
图2为一种所述的恒流控制系统的电路图。
图3为另一种所述的恒流控制系统的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
实施例一：
一种恒流控制系统，包括一个对回路地G有电压E的直流电源1、一个根据输入电压值Vr来调整c、e两端电压Vce的控制器2、一个二端检流器3、一个二端负载4；其特征在于：所述的二端负载4、控制器2的c、e两端和二端检流器3在直流电源1电压E与回路地G间串联连接成一个具有电流I的回路；所述的控制器2是由一个可调整c、e两端电压Vce的压降调节器2.1和一个并联在c、e两端的阻值为Rd的分流电阻2.2组成；所述的压降调节器2.1是根据输入电压值Vr来调整c、e两端电压Vce；所述的分流电阻2.2流过电流I2＝Vce/Rd，并使压降调节器2.1的c、e两端中对应的电流I1＝I-I2。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：
所述的二端检流器3是一个阻值固定为Rm的电阻，在电流I下产生检流电压Vm＝Rm×I；所述的压降调节器2.1将检流电压Vm作为输入电压值Vr并与一个值为Vref＝Rm×IC的参考电压进行比较，压降调节器2.1通过增大或减小c、e两端电压Vce使检流电压Vm＝Rm×I的值减小或增大，以实现使电流I等于IC值的恒流控制，这里IC就是期望要达到的恒定电流值。
所述的分流电阻2.2的阻值Rd在二端负载4内阻为RL和回路电流I＝IC下应满足以下关系：
如图2所示，所述的二端负载4一端连接直流电源1，另一端连接控制器2的c端时，所述压降调节器2.1由运算放大器U1、限流电阻R1和NPN三极管T1组成；运算放大器U1的2号接头连接二端检流器3产生检流电压Vm的一端；运算放大器U1的3号接头连接值为Vref的基准电压源；限流电阻R1的一端连接运算放大器U1的1号接头，另一端连接调整管T1的基极；调整管T1的集电极和发射极分别连接分流电阻2.2的两端。
如图3所示，所述的二端负载4一端连接控制器2的e端，另一端连接二端检流器3时，所述压降调节器2.1由运算放大器U2、NMOS管Q1、PNP三极管T2和电阻R2组成；运算放大器U2的2号接头连接二端检流器3产生检流电压Vm的一端；运算放大器U2的3号接头连接值为Vref的基准电压源；NMOS管Q1的栅极连接运算放大器U2的1号接头，漏极连接PNP三极管T2的基极，源极经电阻R2后连接回路地G；PNP三极管T1的集电极和发射极分别连接分流电阻2.2的两端。
实施例三：
控制器2中压降调节器2.1中运用运算放大器，由于运算放大器“共模”特性，同相输入端和反相输入端的电位几乎相等，也就是说，运算放大器U1(或U2)的2号连接头对回路地G的电位和运算放大器U1(或U2)的3号连接头对回路地G的压降几乎相等。那么，由于晶体管T1(或晶体管T2)基极电流非常小，恒流值IC的大小仅取决于值为Vref的参考电压和二端检流器3的比值大小，即恒流值IC＝Vref/Rm，这就是恒流控制系统实现恒流控制的原理。
分流电阻2.2的阻值Rd在二端负载4内阻为RL和回路电流I＝IC下应满足的关系为：分流电阻2.2选取的阻值小于临界值时，压降调节器2.1将失去恒流调节的作用；分流电阻2.2的阻值在选取范围内时，分流电阻2.2选择的阻值越小，流经分流电阻2.2的电流越大，流经压降调节器2.1电流越小，压降调节器2.1的热耗越低。

Claims (5)

1.一种恒流控制系统，包括一个对回路地G有电压E的直流电源(1)、一个根据输入电压值Vr来调整c、e两端电压Vce的控制器(2)、一个二端检流器(3)、一个二端负载(4)；其特征在于：所述的二端负载(4)、控制器(2)的c、e两端和二端检流器(3)在直流电源(1)电压E与回路地G间串联连接成一个具有电流I的回路；所述的控制器(2)是由一个可调整c、e两端电压Vce的压降调节器(2.1)和一个并联在c、e两端的阻值为Rd的分流电阻(2.2)组成；所述的压降调节器(2.1)是根据输入电压值Vr来调整c、e两端电压Vce；所述的分流电阻(2.2)流过电流I2＝Vce/Rd，并使压降调节器(2.1)的c、e两端中对应的电流I1＝I-I2。
2.根据权利要求1所述的一种恒流控制系统，其特征在于：所述的二端检流器(3)是一个阻值固定为Rm的电阻，在电流I下产生检流电压Vm＝Rm×I；所述的压降调节器(2.1)将检流电压Vm作为输入电压值Vr并与一个值为Vref＝Rm×IC的参考电压进行比较，压降调节器(2.1)通过增大或减小c、e两端电压Vce使检流电压Vm＝Rm×I的值减小或增大，以实现使电流I等于IC值的恒流控制，这里IC就是期望要达到的恒定电流值。
3.根据权利要求1和2所述的一种恒流控制系统，其特征在于：所述的分流电阻(2.2)的阻值Rd在二端负载(4)内阻为RL和回路电流I＝IC下应满足以下关系：
R d > E - R L × I C - R m × I C I C .
4.根据权利要求1和2所述的一种恒流控制系统，其特征在于：所述的二端负载(4)一端连接直流电源(1)，另一端连接控制器(2)的c端时，所述压降调节器(2.1)由运算放大器U1、限流电阻R1和NPN三极管T1组成；运算放大器U1的2号接头连接二端检流器(3)产生检流电压Vm的一端；运算放大器U1的3号接头连接值为Vref的基准电压源；限流电阻R1的一端连接运算放大器U1的1号接头，另一端连接调整管T1的基极；调整管T1的集电极和发射极分别连接分流电阻(2.2)的两端。
5.根据权利要求1和2所述的一种恒流控制系统，其特征在于：所述的二端负载(4)一端连接控制器(2)的e端，另一端连接二端检流器(3)时，所述压降调节器(2.1)由运算放大器U2、NMOS管Q1、PNP三极管T2和电阻R2组成；运算放大器U2的2号接头连接二端检流器(3)产生检流电压Vm的一端；运算放大器U2的3号接头连接值为Vref的基准电压源；NMOS管Q1的栅极连接运算放大器U2的1号接头，漏极连接PNP三极管T2的基极，源极经电阻R2后连接回路地G；PNP三极管T1的集电极和发射极分别连接分流电阻(2.2)的两端。
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