程控隔离恒流电源在仪器仪表中的应用体现分析

王震

（光大危废处置（淄博）有限公司，山东 淄博 255000）

0 引言

世界上最早出现恒流源是在20世纪50年代初期，当时科研学者利用镇流管作为电真空器件，因其具有稳定电流的应用功能，所以就被应用到交流电路设计中，且主要用来稳定电子管的灯丝电流。发展至今，随着半导体及其集成技术的不断优化，恒流源的科研探讨方向逐渐进入到全新阶段[1]。如今，研发推广的集成电路恒流源既能控制零件的体积大小，又可以简化电路实践设计的步骤和调试操作过程。

1 恒流电源的分析

一般来讲，恒流电源主要分为两种类型，一种是指非隔离式，由于会在负载端和输入端直接连接，所以直接接触负载必然会出现极高的触电风险。在设计时电源直接将交流电源的高压传递到负载端，以此造成触电的风险。通常情况下，LED和铝散热器之间所产生的绝缘性能，也是利用铝基板的印制板的薄膜绝缘进行体现。虽然这一部分的绝缘层可以抵抗2000V的高压，但部分情况下的螺丝孔毛刺很容易出现爬电现象，因此在实际应用中存在较大的安全隐患。

另一种是指隔离式，其在设计时会在输入和输出端安装隔离变压器，这种变压器既可以是工频又可以是高频，虽然形式不同，但都能将两端隔离开，且可以有效预防触电的发生。因为隔离式的开关电源在保障电气安全中具有积极作用，所以在LED照明中得到了广泛利用，但因为这类设计相比非隔离的恒流电源多了一个变压器，所以实际重量和所需成本要求较高[2]。

2 程控隔离恒流电源的工作原理分析

2.1 介绍

在实践发展中，很多领域都需要利用恒定的电流提供电源。比如说，为了检测某一电流点中二极管的正反向电压变化，抑或是检测某个恒定基极电流时，三极管的输出特点等，都可以利用隔离式恒流电源提供所需电量。在进行电机型式实验分析时，设计人员需要进行一项影响较为明显的升温试验，其主要用来分析测量电机在规定条件下的温度上升速度和水平。一般来讲，电机的温度变化大都是从热态电阻和冷态电阻中得到的。通过利用电阻法计算分析电机绕组的电阻，并选用具有极强稳定性和精确度的直流恒流电源作为基础保障。需要注意的是，基于电机热态电阻所进行的理想化检测方法，要在不断开主电源的基础上进行带电测试，这样不仅需要科学调控系统设置，而且要做好相应的隔离工作。面对这一发展趋势，本文在明确恒流电源应用优势的基础上，提出了一种利用光电耦合器件来建设恒流源电路的方案，其实际电流的覆盖面积可以达到1mA到30mA，不仅能在实践工作中自主完成测量，而且可以选用D/A转换器或单片机等方式全面管控电源的程序控制，在实践应用中具有电流平稳、隔离管控以及可操作性等优势[3]。

2.2 原理分析

利用光带耦合器组建的恒流源电路图为图1，其在建设规划中选用了国内生产的DH902型三端可调节的恒流源，实际电流推广范围可以达到1mA到100mA，在本文研究中，A代表阳极，C代表阴极，G代表控制极。根据有关试验分析显示，在规定的电源电压范围内，这一电源结构的控制极电阻（GG）和输出电流（IH）之间的关系如下图2所示：

图1 恒流源电路原理图

图2 G G和IH之间的关系曲线图

同时，在研究分析中耦合器的输出端口和标准电阻发生串联，假设此时的光耦输出端的等效电阻可以看作是RX，那么这个设备系统所拥有的极电阻公式为。在光耦的输入关口添加规定数量的电压V之后，可以利用数字的万用表来准确测量，由此得到标准的电阻RN及相对应的电压UN和耦合输入端的电压UX

结合公式3分析发现，只需明确标准电阻RN和UX、UN，就能计算得到光耦输出端的等效电阻RX。但若是调整输入电压V，那么就能计算得到相应的等效电阻RX，由此也可以明确V和RX之间的关系曲线，如下图3:

图3 V和RX之间的关系曲线图

对比上图3关系曲线图可知，按照公式计算分析可以得到恒流源的输出电流IH和光电耦合器的输入电压V有关系，具体体现为：

2.3 实现程控

为了对隔离式恒流源电流进行程序化管控，在实践工作中需要利用8031的单片机和8位的D/A转换器DA C0832来获取光电耦合器所需的输入电压V，且具体电路原理图如下图4所示：

图4 电路原理介绍图

3 在仪器仪表中应用程控隔离式恒流电源

结合本文对恒流电源及程控隔离式电路设计情况的分析结果显示，因为在实践工作中引用了光电隔离器件，且信号传播的方式选用了电光电的过程进行传递，所以就算在电路上没有直接连接，也不会出现供电问题。由此可知，在仪器仪表中引用程控隔离式恒流电源既能科学处理由传导造成的干扰，又能避免出现高压隔离等问题。

在新时代背景下，利用程控隔离式恒流电源进行仪器仪表优化，具有非常广阔的研究发展前景，其不仅能合理完成绕组电阻的检测和升温测量等工作，还可以在其他测试领域中自主构成自动测量仪器，比如说在高压硅堆性能测试中，可以在检测分析过程中为传感器提供实践工作所需的恒定电流等。需要注意的是，在仪器仪表中应用的程控隔离式恒流电源所表现出的电流特性属于非线性，因此需要利用CPU按照性能特征来科学管控电流变化。结合以往设计应用经验分析可知，要想达到这一目标，最常见的方式分为两种，一种是指利用逐步测量的方式，将其制作成表格，而后将表格记录到仪器的EPROM当中，这样有助于在实践发展中按照查表的方式科学管控电流变化，并达到恒定的目标；另一种是按照测量要求逐步将数据传递到计算机网络平台，并结合曲线拟合算法计算曲线的解析表达公式，而后将有关内容记录到仪器仪表的EPROM或EEPROM等区域，以此确保在后续运行中系统可以直接利用程序软件在准确计算中管控电流变化，并达到恒定的目标。

除此之外，结合本文研究分析结果探讨可知，在设计电路的过程中安装光电耦合器件，也可以在科学隔离CPU电路和外围模拟电路的基础上，进一步提升电路系统运行的安全性和稳定性[5]。在仪器仪表中合理运用程控隔离式的恒流电源，可以保障设计电路长期且稳定地运行下去，实际获取数据的精确度和电流控制范围也会随之提高，同时更能在隔离防护中提升仪器对电路的控制质量。比如说，现如今很多大型医疗诊断设备中选用这类电源，能在保障磁场稳定的基础上，获取准确的测量数值变化。假设利用稳压电源，因为电磁铁线圈在工作状态很容易受温度变化而影响阻值的变化，进而影响供电的电流数值，并引发磁场紊乱等问题。而选用恒流源的方式进行供电，不仅能在保障磁场稳定的基础上，科学控制电流变化，而且可以在多次工作中累积更多经验。另外，程控隔离式恒流电源也会运用到其他领域中。以普通充电机为例，其所拥有的电流会随着电池端电压水平的提高而下降，此时为了保障正常充电，必须要持续保护电机的输出电压。选用程控隔离式恒流电源进行充电，并不需要去调整电压，且可以提升实际工作效率。

4 结语

综上所述，本文研究分析得到的程控隔离式恒流电源所选电流信号传递方式为电-光-电，所以在实践运行中具有极强的隔离效果，可以被广泛运用到具备CPU的仪器仪表中。需要注意的是，因为恒流源具有过低的温度系数，所以安装适宜的光电耦合器也可以在感受温度变化的同时，不会产生过于敏感等不良现象。假设在应用过程中选用负反馈的方式进行操作，不仅能调整光电耦合器件的非线性水平，而且可以从基础上加强电流控制水平。因此，在未来仪器仪表工作中，必须要加大对程控隔离式恒流电源的研究与探讨，并注重结合实践发展需求进行优化设计。