基于TOP224Y复合型精密恒流源的设计

　　0 引言

　　所谓恒流源，即对应于一定的电压变化所产生的电流变化趋于零，电流是一个恒定值，具有很高的动态输出电阻。

　　目前广泛采用的恒流源有两种形式：一种是开关型恒流源、一种是线性恒流源。但满足高精度的要求只有线性恒流源。线性恒流源虽然电源效率低，但纹波系数小、稳定性好、精密度高：开关型恒流源虽然效率高，但纹波系数较大，不适合用于精密测量。而复合型精密恒流源是一种由前级为精密开关电压源电路，后级由集成线性稳压器构成恒流源电路而构成的恒流源系统。

　　复合型精密恒流源因其电路简单、体积小、性能好，在精密测量和电学计量(如计量、半导体性能测试、传感器应用、现代大型仪器中稳定磁场的产生等)等方面具有广泛的应用前景。

　　本文设计的复合型精密恒流源，额定交流输入电压为160～250V，频率50Hz，经恒压源、恒流源后输出0～1A稳定的可调电流。

　　1 复合型精密恒流源基本结构与总体设计

　　复合型精密恒流源的基本结构如图1所示。主要由交流输入电路、整流滤波电路、开关恒压源和线性恒流源组成。其中开关恒压源和线性恒流源是实现恒流控制的核心。RL为电路负载，RS为电流调节电阻。

　　当RL发生变化时，集成稳压器通过改变自身压差的形式，维持通过负载的电流恒定。所以通过设定恒流电阻RS的值，就可以得到所需的恒流电流。

　　恒压源包括了TOP224Y器件组成的PWM驱动反激式变换电路、高频隔离变压器和整流滤波电路、输出电压检测电路。线性恒流源主要由IC(三端稳压器)、负载电阻RL和恒流电阻RS组成。

　　2 开关恒压源设计

　　2.1 TOP224的工作原理

　　TOP224Y是主电路的核心控制器件，其内部结构如图2所示，主要包括以下几个部分：

　　(1)控制电压源。由控制电压Uc向并联调整器和门极驱动提供偏压，而控制端电流TC则能调节占空比;

　　(2)带隙基准电压源。可以提供各种基准电压;

　　(3)振荡器。产生锯齿波SAW、最大占空比信号和时钟信号;

　　(4)并联调整器/误差放大器;

　　(5)脉宽调制器。通过改变控制端电流IC的大小，连续调节脉冲占空比，实现脉宽调制并能滤掉开关噪声电压;

　　(6)门驱动级和输出级。内含耐压为700V的功率开关管MOSFET;

　　(7)过流保护电路。利用MOSFET的漏源通态电阻来检测过电流，当漏极电流过大时MOSFET关断，起到过流保护作用;

　　(8)过热保护及上电复位电路。当芯片结温t>135℃时关断输出级;