采样电阻的另一个类别,是标准分流器。
比较著名的是Fluke的A40B系列,一套从最小的10mA,按照1、2、5步进,最大100A。100A的不确定度为35ppm,压降0.8V、功率80W,采用大量塑料块并联。整套价格要十几万。
高联也有与套类似的,超过1A的有3A、10A、25A、50A和100A。最大的100A的不确定度30ppm,压降0.4V(功率40W),50A的压降0.5V(功率25W),25A的压降0.75V(功率19W),10A的及以下的压降均为1V。
高联也生产另外一个型号9230,年稳是10ppm,精度20ppm,100A的内阻0.01欧,比较大,功率有100W,一般需要风冷(有选件):
以下是高联比较老的9230,颜色是黑的:
Ohm Labs有几款大电流分流器,此处是100A、200A、300A的,阻值分别是1mR、1mR、0.1mR,精度0.01%、0.02%、0.05%。
当然,他们还有500A、1000A的产品。
台湾Prodigit的7550A,最大250A,精度0.02%
内部采用了Isabell的1mR的Rugz:
如果电流小一些,那么这个分流器也是很不错的,20A、0.01欧(0.2V、4W),10ppm,内部有风扇:
七、大电流恒流源的电源
为了能够产生大电流,必须有自己的电源。由于电流大、功率大、要求高,因此难度也不小。
1、线性整流电源
就是传统的变压器、整流、电解滤波。除了按照电流和功率选择相应的器件外,主要困难是滤波电容。传统的线性电源,不仅电流小,而且纹波要求不高。而大电流的不仅要其滤波电容成比例的增大,而且纹波要求要更高。滤波后的峰峰波动用以下公式来计算:
Vpp=0.01×I/C
因此可以看出,那种每安培2000uF的经验公式,Vpp=5V,很大了,恒流源的电源如果直接使用,按照2Vpp计算,选每安培5000uF。如果是100A的,那势必要用到500000uF了,也就是0.5F,体积和价格都很厉害。也许有人会说能否用超级电容,简单说,不可以,主要是电流和寿命不够。
2、开关电源
开关电源效率高,但存在纹波。而且这种纹波频率高,对恒流部分是个考验。
3、电池
电池的特点是非常洁净,没有纹波,高烧HiFi者也常常用电池做电源。
现在很多动力电池,都具备大电流放电的能力,因此通过适当选择规格容量,可以满足大电流发生器的要求。
用电池的缺陷,是连续使用的时间不长。
4、混合1,开关+线性
也是菊水电源经常采用的方法,输出是线性的,但前级的开关电源保证让调整管工作在最佳状态,这样不仅在大范围的电压输出下保证较高的效率,而且输出特性良好。
5、混合2,电池滤波
例如铅酸电池具有非常低的内阻,接成在线的方式替代滤波电容,就可以输出非常低的纹波,放电的同时也一直在充电,因此解决了电池时间不够的问题
八、大电流恒流源的调整管
1、大功率MOS管
具有电流较大、热稳定性好、电压型控制、导通压降超低的特点。尽管其耐压相对低,但对于大电流恒流源的应用,完全不是问题,因此为首选。如果大功率MOS模块不好找,可以自己用多个中小功率的MOS管并联。并联时注意均流,并联电阻要小,栅极先串接几十欧电阻后再并联,避免震荡。
2、GTR
巨型三极管,也叫电力三极管、功率三极管,适合高压大电流。
这种管子对驱动要求高,不宜获得,不好并联。另外,其导通压降设计上并不很低,不如MOS管。不太适合做大电流恒流源。
3、IGBT
绝缘栅双极型晶体管,是一种复合半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的高压大电流两方面的优点。
问题是,IGBT价格贵,不好并联,因此也不太适合做大电流恒流源。
九、大电流恒流源的一个DIY
前面说过,电阻检流法电路成熟而简单,适合DIY。其主要结构包含了电源、电阻、控制等几部分,根据自己现有的条件,DIY了一个100A恒流源,先上电路图和照片,然后分别说明。
控制部分,采用了典型电路,非共地。由于控制和主电源都采用电池,因此“地”到底选哪里,关系不大。
运放采用了LTC1150,特点如下:
A、其Vos非常小,保证<10uV,温漂不大于0.05uV/C,这样对于100mV的采样电压,达到几个ppm很轻松。
B、其Ib不到0.1nA,因此在10k电阻上的压降也不到1uV,可以忽略。
C、1Hz以下的噪音为0.6uVpp,也可以忽略。
D、压摆有1.5V/us,也比较高了。
E、共模输入电压可以到达负电源,属于单电源运放,耗电不到1mA,可以简单用电池做电源,方便。
F、输出是轨轨的,便于驱动MOS管。
其实,运放选择LTC1052要更好一些,几个指标都有所提升。至是临时找到了1150就焊上了,性能足够。
控制部分的基准,简单的用了LM285-1.2,同时分压也是用一个小电阻加一个多圈微调得到0.1V,不够好,至是试验用,将来也很容易改进。
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