[原创]基于LD1117D12的固定式恒流源电路设计 Proteus仿真

恒流源是一种能向负载提供恒定电流的电源装置，它具有响应速度快，恒流精度高、能长期稳定工作，适合各种性质负载（阻性、感性、容性）等优点。主要用于检测热继电器、塑壳断路器、小型短路器及需要设定额定电流、动作电流、短路保护电流等生产场合。常用的稳流电源通常利用一个电压基准，在电阻上形成固定电流。本项目用LD1117D12实现了一个简单的固定式稳流电源，且输出值不随负载的变化而变化。

用LD1117D12设计一个固定式恒流源电路，使其输出1A左右的恒定电流。

* 能够提供稳定的1A恒流输出。

*恒流精度≤±0.2%。

*负载变化范围在0~10Ω内电流输出稳定。

恒流源的实质是利用器件对电流进行反馈，动态调节设备的供电状态，从而使得电流趋于恒定。本项目中的电压基准由LD1117D12产生。其设计思路主要是令电路产生一个基准电压输入到运算放大器的输入端，通过负反馈作用，保持输出电流恒定。

固定式恒流源电路整个系统主要分为以下两个部分：

• 基准电压输出电路：产生恒流源需要利用一个电压基准，在电阻上形成固定电流，这里利用LD1117D12产生基准电压。
• 恒流源产生电路：利用电压跟随器，产生恒定输出电压，恒定电压除以固定电阻产生恒定电流。
  

系统模块框图如图2-1所示。

图2-1 系统模块框图

• 基准电压输出电路
  

基准电压VREF（1.2V）由LD1117D12产生， LD1117D50属于低压差线性稳压器，输出电压为+1.2V，最大输出电流为800mA，稳压器的最小标准值压差达为1V，即输入端电压应该在2.2V以上。

在稳压器输入端接入电容C1=100nF用于改善负载的瞬态响应，在输出端接入电容C2=10uF用于减小电压纹波。这个基准电压由R1和R2分压后输出设置out1点电位，来调节恒流源所需输出电流。

基准电压输出电路仿真图如图2-2所示。基准电压输出端out1用图表显示，输出波形如图2-3所示。

图2-2 基准电压输出电路仿真图

图2-3 基准电压输出仿真

如图2-3所示，可以在基准电压输出电路输出端out1处，得到稳定的直流电压Vout1，大小约为1.0A。

• 恒流源产生电路
  

基准电压输出电路的输出端out1处输出稳定的1.0V基准电压至运算放大器的输入端。根据虚短关系，LM_in+端的电压与FB端电压相等，电压值为1.0V。则当场效应管导通时，电流Iout根据（2-1）式计算。

                        Iout=Vout1/R4                          （2-1）

则输出电流可计算，大小为1.00A。

当运算放大器同相输入端电压不变时，其输出电压亦保持恒定，显然，流过负载的电流即场效应管Q1的漏源电流Ids亦保持恒定，当某种原因导致负载电流增大时，Ids在R4上的压降也增大，由于电压负反馈的作用，使得运算放大器的输出电压降低Ids减小，反之亦然，这就是该电路恒流的基本原理。

电路中场效应管应选择IRF840，IRF840属于第三代Power MOSFETs，特点是噪声低、输入阻抗高、开关时间短。典型应用为：电子整流器、电子变压器、开关源等。IRF840是绝缘栅场效应管中的N沟道增强型。N沟道增强型的工作条件是：只有当栅极电位低于漏极电位时，才趋于导通。

恒流源产生电路空载仿真图如图2-4所示。

图2-4 恒流源产生电路空载仿真图

由图2-4可知，实际电流输出为1.00167A，经计算，恒流精度为0.16%，满足设计要求。

恒流源产生电路空载输出波形如图2-5所示。

    图2-5 恒流源产生电路空载输出波形

在电路输出端加入2Ω负载进行测试，其仿真图如图2-6所示，测试此时的输出电流为1.00167A，经计算，恒流精度为0.16%，满足设计要求。加入负载后，恒流源产生电路输出波形如图2-7所示，图中可见恒流源电路输出值一直稳定在1.00A，即电源此时具有较好的稳定性。

图2-6 恒流源产生电路加负载图（一）

图2-7 恒流源产生电路加负载输出（一）

之后，调整负载大小，将负载调整为9Ω，其输出结果如图2-8所示，测试此时的输出电流为1.00166A，经计算，恒流精度为0.16%，满足设计要求。图2-9为输出波形仿真图，图中可见恒流源电路输出值一直稳定在1.00A，即电源此时具有较好的稳定性。

图2-8 恒流源产生电路加负载仿真图（二）

图2-9 恒流源产生电路加负载输出（二）

注意：

设计中，场效应管的导通条件为栅极电位低于漏极电位时，才趋于导通。所以当负载过大时，由于流过的电流为恒流，会导致栅极电位与漏极电位逐渐相等，最终导致场效应管截至。此时则不会输出稳定恒流。

为了测得输出电流稳定时可承受负载的范围，在电路输出端接一最大阻值为100Ω的滑动变阻器作为负载进行测试，如图2-10所示。

图2-10 测试恒流源电路可承受负载范围（一）

经测试，当负载在0~10Ω范围内，恒流源电路输出为1A（±0.2%）电流，满足设计要求。

当负载大于10Ω时，由于栅极电位与漏极电位逐渐相等，导致场效应管截至，此时则不会输出稳定恒流。如图2-11所示，此时负载为11Ω，输出电流为0.963656A，经计算，恒流精度为3.6%，不满足恒流电路输出要求。

图2-11 测试恒流源电路可承受负载范围（二）

固定式恒流源电路的整体电路原理图如图2-12所示。

图2-12 整体电路原理图

本项目任务是设计一个基于LD1117D12的恒流源电路，使其输出1A左右的恒定电流。恒流源是一种宽频谱，高精度交流稳流电源，具有响应速度快，恒流精度高、能长期稳定工作，适合各种性质负载（阻性、感性、容性）等优点。主要用于检测热继电器、塑壳断路器、小型短路器及需要设定额定电流、动作电流、短路保护电流等生产场合。设计电路首先利用LD1117D12产生一个基准电压输入到运算放大器的输入端，通过负反馈作用，保持输出电流的恒定。

（1）如何验证电路是否为恒流源电路？

答：在电路输出端串联不同阻值电阻或可变电阻器来实现。观察当负载变化时，输出电流（即负载两端电流）是否变化，若保持不变，则说明该电路为恒流源电路。

（2）如何测定恒流源电路可承受的负载变化范围？

答：在恒流源电路输出端串联一个可变电阻器，通过改变电阻器阻值，观察电路输出电流（即负载两端电流）是否改变。当阻值超出某个范围电流开始变化而不能保持恒流输出时，得到恒流源电路可承受的负载变化范围。

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