MOV型SPD测试系统中恒流源电路设计分析.pdfVIP

1 MOV型SPD测试系统中恒流源电路的设计分析 李阳斌，李翠华，杨伟民 （清远市气象局，清远 511510 ） 摘要： 恒流源是能够向负载提供恒定电流的电源，其应用范围非常广泛，在以金属氧化物压敏电阻（MOV ） 为限压元件的 SPD 测试系统应用中也是必不可少的，对 SPD 的直流参考电压 U1mA 的值起到重要意义。 本文概述了常用恒流源设计的基本方法，具体分析了 MOV 型 SPD 测试系统中采用集电极输出恒流源的设 计电路，并对以 ARM9_2440 处理器为核心的信号采样电路设计作了探讨。 SPD 的漏电流和启动电压是 SPD 安全使用的两个重要参数，SPD 的漏电流变化率是考验 SPD 是否能 继续使用的主要参数，SPD 的启动电压对线路的安全性有重要定义。测量这两个参数需要得到 SPD 的直流 参考电压 U1mA 的值，该值的测量需要设计一个稳定精确的 1mA 恒流源电路。本检测系统设计以 ARM9_2440 处理器为核心，采用 ARM9 嵌入式系统，该系统有功能强、性能可靠、体积小、电路简单的 特点。本系统所设计的 1mA 恒流源电路，得到精确的稳定可靠的 1mA 恒流，使 1mA 直流通过金属氧化物 压敏电阻（MOV ）为限压元件且无其他并联元件的SPD，通过 TLC2543 芯片进行 A/D 转换和 ARM9_2440 处理器进行运算，得到精确的直流参考电压 U1mA 的值,实现稳定和精确的测量 SPD 的压敏电压和泄漏电 流。 关键词： 恒流源；MOV 型 SPD；集成运放；压敏电压；ARM9_2440 处理器 恒流源是能够向负载提供恒定电流的电源，其应用范围非常广泛，如在用通常的充电器 对蓄电池充电时，采用恒流源充电后就可以不必调整其输出电压，从而降低劳动强度，提高 生产效率。恒流源还被广泛用于测量电路中，如电阻器阻值的测量和分级，电缆电阻的测量 等，恒流源电流越稳定，测量就越准确。在以金属氧化物压敏电阻（MOV）为限压元件的SPD 测试系统应用中也是必不可少的，对SPD的直流参考电压U1mA的值起到重要意义。 1 恒流源的原理和特点 恒流源，是一种能向负载提供恒定电流的电路，它既可以为各种放大电路提供偏流以稳 定其静态工作点，又可以作为其有源负载，以提高放大倍数，在差动放大电路、脉冲产生电 路中得到了广泛应用。按照恒流源电路主要组成器件的不同，可分为：晶体管恒流源、场效 应管恒流源、集成运放恒流源[1]。 1 基金项目：广东省清远市气象局科研项目（201203）. 作者简介：李阳斌 （1981—），男，本科，在职研究生，工程师，主要从事雷电防护技术研究与应用. 1 1.1 晶体管恒流源 晶体管恒流源以晶体三极管为主要组成器件，利用晶体三极管集电极电压变化对电流影 响小，并在电路中采用电流负反馈来提高输出电流之恒定性，其基本型电路如图 1 所示。为 了减小温度变化对晶体管参数的影响进而影响输出电流的恒定性，可采用一定的温度补偿和 稳压措施，改进型电路如图 2 所示。由晶体管构成的恒流源，广泛地用作差动放大器的射极 公共电阻，或作为放大电路的有源负载，或作为偏流使用，也可以作为脉冲产生电路的充放 电电流[2-3]。 图1 晶体管恒流源基本型电路 图2 晶体管恒流源改进型电路 1.2 场效应管恒流源 由场效应晶体管作为主要组成器件的恒流电路如图 3 所示。图 3(a)中，R1、R2 分压稳定 b 点电位，VB=R2*Vcc/ （R1+R2）， VGS=VB-ID*RS， ID=IDSS(1-VGS*VP)*2， RS=[Vb+|Vp|*(1-ID/IDSS)]/ID， 式中 VP