电池供电的 4 ~20mA 电流源.pptVIP

电池供电的 4 ～20mA 电流源 童有为电池供电的 4 ～20mA 电流源 由题目可知，该系统是一个升压可控恒流源系统。输入2.5V~4.5V，输出最高28V。 4~20mA相关知识 在工业现场，常用电流信号远距离传送模拟信号。使用电流环路传输信号有利于抗干扰以及去除长的导线电阻对信号的压降，使得远距离测量或控制更加精确。 4~20mA相关知识 工业上厂用4～20mA的电流环传输信号；用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。 4～20mA电流环有两种类型：二线制和三线制。 当现场无供电条件或电路功耗比较大时使用三线制。当现场有供电条件或电路功耗很小时使用二线制。二线制使用一对导线，比三线制少一根导线，有利于节省成本。 二线制4～20mA电流环一般由接收端供电，现场端从电流信号中获得功率，以维持电路工作，并根据传感器信号大小去调整输入（也是输出）电流。一般使用24V供电（也有大于或小于24V电压的），这就要去电路功耗要小于96mW；（实际更低）。或者说，电路要保证静态输入电流小于4mA。 4~20mA相关知识 接收端常用250欧精密电阻将4~20mA电流转换为1V~5V信号。 若线路太长，线路电阻过大（检流电阻、线路电阻、现场电路等效电阻三者之和大于1200欧，或更大），根据欧姆定律，最大电流将小于20mA，现场电路无法将输入/输出电流调整为20mA，电流源饱和。 因此，需要控制线路电阻。可通过减小Rs、用更粗的导线减小导线电阻、或提高供电电压来解决电流源饱和的问题。 恒流源特性 恒流源输出恒定电流，该电流值应与负载阻值无关（前提是电流源未饱和）。 但实际恒流源电路输出电流会随负载阻值变化而有微小的变化。 电流源的负载调整率表示负载变化时，电流源的稳定程度。 该题中负载调整率定义为：（0欧负载时输出电流-500欧负载时输出电流）÷设定电流）。 例如：设定输出10mA，负载短路时实际输出电流10.1mA，负载接500欧电阻是实际输出10mA ；则负载调整率为（10.1-10）/10=0.1/10=0.01 (也可能电阻越大电流越大，计算出的负载调整率应取绝对值) 开关电源基础知识 直流电压不能通过线性稳压电路升压。 提升电压可使用开关电容电路、Boost升压电路、Flyback电路等实现。 开关电容电路一般用于小电流（小功率）电压提升倍数不是很大的场合。例如TI公司的电荷泵LM2765电路，可将低至1.8V的电压升为11V，最大输出电流20mA。 开关电源基础知识 非隔离开关电源基本电路有降压型Buck电路、升压型Boost电路、极性反转型（也叫升降压型）Buck-Boost电路。 开关电源基础知识 BUCK电路：降压型，将高的输入变为低的输出电压 Buck电路分析 Boost电路分析 Boost电路：升压型，将低的输入变为高的输出电压 Boost电路分析 Buck-Boost电路分析 BUCK-BOOST升降压电路：（也称极性反转电路） 将正的输入电压转换为负电压输出。 Buck-Boost电路分析 电感电流波形 电感电流三种导电模式 r越小，说明电流纹波相对也较小，则输出电压纹波相应也较小。 一般，电流纹波率r取0.4左右为最佳①。 伏秒法则 电路达到稳定后（即输出电压稳定后）电感每个周期内充电能量等于释放能量，每个周期电感电流起始值都相等，充满电后的电流峰值也相等。 电流纹波率 开关电源的占空比 占空比D=ton/T=ton/(ton+toff) 由Et=Von×ton=Voff×toff 得 电感量的计算 可用公式 或 计算 升压型DC/DC电感计算实例 例如，输入最低2.5V，输出28V，输出电流25mA，开关频率100kHz，求电感值。 解： (1)对于Boost变换器，应在输入电压最低时计算电感。 (2)占空比D=（Vo-Vin）/Vo=25.5/28=0.91 (3)周期T=1/f=1/100KHz=10uS (4)导通时间ton=D*T=0.91*10=9.1uS (5)伏秒数Et=Von*ton=Vin*ton=2.5*9.1=22.75VuS (6)电感平均电流IL=Io/(1-D)=25mA/0.09=278mA=0.278A (7)L=Et/(r*IL)=22.75/(0.4*0.278)=204uH;取L=200uH (8)电感电流峰值：Ipk=(1+r/2)IL=1.2IL=0.336A 总之，需要200uH，饱和电流在0.336A以上的电感。 电感的参数 如淘宝网上，正规厂家的电感器都标有电感量