制作直流标准大电流

时间：2012-10-19 来源：38hot 作者：lymex

电源部分采用磷酸铁锂电池，4节50Ah的并联，标称电压3.2V，放电电流100A非常轻松（0.5C）。

检流电阻采用L&N的4223，最大100A，照片见上面第5帖。这是我最好的100A检流电阻了，除了这个外，次好的100A只有很差的分流器了。

被检测电阻（恒流负载）是一个600A的分流器，50mV标注，国外的东西，内阻不到0.1mR，100A下压降不到10mV，因此必须大电流才能测试好。
目前只有这个小照片

DIY MOS管，是最费事的地方。
找了一个散热片做基础，采用IRL3803低压大电流MOS管16个在上面做并联，适当间距钻孔攻丝（M3），管子的漏极直接压在散热片上，导电导热都很好。

用5平方的铜丝串联漏极。这部分其实不是必须的，因为散热片已经起到了导电的作用。但不用也白不用，地方也够，才在管脚上也做了并联。

然后加一层F4绝缘、对源极进行类似并联。由于源极没有散热片帮忙，因此用了两根5平方的铜线并上，以便减少内阻。
栅极是先串联51欧电阻后并联的，用黄线引出到柱子上。另一个对称的绝缘柱，是源极的信号引出线。

管芯取下，上硅脂后重新安装

最后，装好接线柱和保护背板就算完成了。经过测试，此并联MOS管在全部导通状态，从接线柱测试的总电阻，只有0.61mR，其中管子0.34mR、其它的接触电阻和导线电阻合计为0.27mR。

仿真电路，其中并联MOS管只用了5只（多了画法复杂），而且其中4只的栅极对源极并联了100nF的电容，用来增加驱动难度，仿造多管并联。同时，直流电源上叠加了一个0.15Vrms、100Hz的交流电源（峰峰值0.8V），模仿交流干扰，也是好滤波的状况。仿真结果，输出100A稳定，噪音/短稳为3.4ppm，算不错的结果吧，至此DIY 100A电流源完成。

补充，二端大电流恒流二极管

二端恒流管使用起来很方便，可以是串联一个电源，这样就形成恒流源，对变化的负载电阻恒流放电：

从功能上看，此种恒流源需要恒流二极管具有比较高的工作电压范围，实际上是0V到30V，但最主要的是恒流电流可调，这一方面可以用分流器来换档，另外主要靠一个电位器从0起调（0-100%，可外接）。
此时，由于MOS管做的恒流源的最小导通电起始比较小，比如分流器使用100A50mV在恒流50A时，压降只有80mV，其中25mV是分流器的，40mV是MOS管的，15mV是引线的。这样，调节电压源，就可以实现恒压恒流功能，可以对锂电充电。

另外，上述电路也可以去掉RL（短路），这样就直接对电压源进行放电，也就是成为了恒流电子负载，用途包括给电池放电：

显然，只要有了二端恒流器件，就可以简单转换完成恒流源和恒流电子负载两个作用，解决了不能兼容的问题。
这对于某些应用就很方便，例如大容量电池的充电和放电，做一个大管子就可以同时解决。

为了做到这一点，其实也不难，其实上面的DIY已经包含了恒流二极管，只不过是分离的，只要把MOS模块、分流器、驱动部分放到一起即可，从照片上看，实际上是在MOS管的输出端部补了一块板，安装了分流器和驱动：

目前情况，恒流电流可以通过改换分流器（照片上是600A）以及调节电位器来改变，恒流特性良好，最高工作电压大约是30V，最低可以0.1V以下。
以后可以追加的功能：
1、可调欠压关断（可调范围1.0V到12V），这样给电池放电的时候，电压低到一定程度停止放电，避免在无人看守的放电场合对电池造成过放而损害；
2、过压关断，或过热关断。
这两个功能需要两个比较器即可实现。

十、测试与应用

100A的恒流电源的测试，是用3458A采集采样标准电阻的电压（大约100mV），然后除上标准电阻值（1mR）换算而成，采样间隔0.8秒，曲线如下：

测试只持续了1分钟，因为MOS管散热片不大，也没有加风扇，已经很热了。不过，结果很不错，除了上电过程有抖动外，很快稳定，标准差为3.3ppm。

当然，这个测试并非独立的、真实的电流，而是采样电阻上的电压而已。那么还有更好的测试方法吗？恐怕没有了。如果有的话，那也是要用在电流采样上，毕竟这是系统中最关键的部分。

大电流源的使用
1、测试小电阻/分流器的绝对电阻
这个假设采样电阻（Rs）是已知的，用2×2开关分别测试采样电阻和被测电阻（Rx）的电压，求出比例系数r，这个就是两个电阻的比例，因此可知Rx。用公式推导如下：
由于流过Rx和Rs的电流相等为I，则I=Vs/Rs=Vx/Rx，因此Rx = Rs × Vs/Vx = Rs / r

2、对比小电阻/分流器的绝对电阻
用另外一个已知电阻与被测电阻一起串联，用2×2开关分别测试这两个电阻的电压，类似求出Rx

3、测试小电阻/分流器的温度系数1
类似方法1，但断续多次测试，每次测试改变被测电阻的温度，这样就可以求出不同温度下的Rx，从而得到温度系数。

4、测试小电阻/分流器的温度系数2
类似方法1，但测试时间加长，同时在被测电阻的阻芯处加装温度传感器，这样就可以检测到自热而引起的温升，以及相应的电阻变化，从而得到温度系数。十一、未来

1、改善性能
要改善电流的指标，有如下几个方向：
A、改善采样电阻。其实我并不赞成采样电阻的高电压，0.1V足够了，高位表完全可以通过对比测试达到10ppm之内，因此不必追求用1V档，那是老表放大不利的历史原因。高联的100A标准分流器，其压降已从1V改到0.4V了。
相比之下，1mR的BZ3，最大电流为33A，压降也就是33mV，不也是一样测试到1ppm。
因此，把标准电阻和标准分流电阻的压降综合看，0.1V到0.2V之间比较合适，大电流下可以继续降低。
改善采样电阻的另外途径，就是采用低温漂的材料，例如Evanohm，beta温漂也很小，曲线平直。
至于采样电阻的老化问题，可以不必特殊考虑，越小阻值的就越厚越大，因此也对环境腐蚀等因素不敏感，老化也越小。
B、改善基准
基准对电流源的影响是直接的、无弱化的。例如1ppm的噪音，就至少引起电流的1ppm噪音；基准1pm/C的温漂，必然也影响电流源的温漂。不过，基准的问题相对好办，采用非恒温的，也可以把稳定性做到20ppm，温漂几个ppm每度。另外，基准问题可以分别校准，只看对比的0.1V输出即可。
C、改善误差放大器
100mV的采样压降，1ppm对应0.1uV，而采用自稳零运放，可以把Ib的影响、Vos的影响限制在零点几个微伏，也就是几个ppm之内。另外，运放的老化和噪音，也都在零点几个微伏之内，因此也不是问题。另一方面也可以看出，运放已经限制了大电流源的继续提高，达到几个ppm也快到极限了，也希望我们选择最好的自稳零运放，比如LT1052。
D、改善电源
电池仍然是非常理想的电源，如果需要提高持续时间，可以采取在线充电的方式。

2、做成成品的样子，加外壳

3、基准要多做几个分压值，例如（电压、用途）
0.05V、配合进口分流器，或者大电流测试
0.075V、配合国产分流器
0.10V、100A标准，已有
0.20V、200A标准，
0.25V、250A标准，
0.4V、高联标准
0.5V、500A标准
0.8V、Fluke标准

4、内置一些标准电阻，较小电流下可方便换档的，不用外接

5、DIY 大电流采样电阻，200A、500A，取得更大的电流
可以考虑用47个PVB电阻（0R047）并联得到大功率1mR，压降0.2V和0.5V，单个电阻的功率分别是0.85W和5.3W。

补充第5贴里面的一个图片

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