恒流源的妙用(原创)

恒流源的妙用

手机、电脑线路板检修者，往往手头备有如下图所示的检修电源，该电源的输出电压范围为0~32V，最大电流5A，既可作为稳压电源使用，同时具备恒流源功能。价在一、二百元之内，有数显功能，调节方便，可谓物美价廉。
图一中，给出两个彩图，大家先赏心悦目一下。


图1 稳压/恒流源实物及面板功能示意图
但一般应用者，仅把设备当作稳压电源来用，而将其恒流功能闲置一边，真是可惜。作为变频器检修者来说，如果能快速准确地确定IGBT模块、晶闸管（可控硅）模块和稳压二极管的稳压值，对提高检修功效有重大意义。
大家知道，对于上述三者元器件的检测，往往需要较高的开启电压（如IGBT的可靠开启电压应在10V以上）和较大的驱动电流（如大功率晶闸管的触发电路和维修电流可能在百mA级），想测试24V稳压值以内的稳压二极管，显然电源设备应该能提供24V以上的工作电压。用一般万用表的电阻挡和二极管挡，大多只能提供9V或1.5V的供电电压，而供电电源仅为mA级或更小，这就大大局限了万用表的测试能力，对于大功率器件仅能完成有限条件下的检测，测试器件有无直接短路还算灵光，对于器件的漏电、导通电阻增大、器件低效，则望洋兴叹，无能为力。
就我的理解，先扯几句有关恒压源和恒流源的问题。对于稳压电源，大家耳熟能详了，其性能即是在输入电源电压或负载变动时，能维修输出电压不变，有较强的电流输出能力，适应负载轻重的变化。当负载电阻变化时，及时调节输出电流的大小，以维持输出电压不变。V=IR，当负载电阻R变小时，为满足V不变，电路能自动加大I的输出。
好的稳压电源，其内阻极小，在空载、轻载和正常载荷下，输出电压稳定不变。其实质，是以输出电流的变化，来维持电压的不变。它是个不限流（电流变化无限自由）但限压的电源。
恒流源。具有极大的电阻内阻，其电源内阻大大于负载电阻，因而输出电流的大小取决于其内阻，而近乎与负载电阻无关。可进一步用图二的示例说明。

图2 恒流源原理示意图
图中R1为电源内电阻，假定为1000Ω（或更大），负载电阻的变化范围为0~10Ω，由此可见回路电流I的大小，基本上取决于R1的大小，与R2的变化关联不大。同时恒流源对负载电阻有要求，应使R2远远小于R1。或者反过来说，相对于负载电路，恒流源电路应该有足够高的内阻才成。
当回路电流I不变的前提条件成立以后，负载电阻R2的变化，将导致R1、R2分压值的变化，即R2两端电压是随R2的大小而变化的。极限状态是当R2极大或断路时，R2两端的电压等于24V。如果更进一步，当R1（电阻内阻）可调时，则能灵活调整恒流输出，即成为一个方便的“限流电源”。
码   变频器的4~20mA电流信号输入端子电路，及相关仪表电路，均具有恒流源特性，当回路连接（R2）正常时，R2两端的电压较低，如为1~5V，当回路呈开路状态时，R2两端变为24V，即是这个道理。
将R2两端作为输出端，当R2变化时，为维持恒流不变，可见R2两端的电压是变化的，是利用回路电压的变化来保持了恒流输出。I=V/R，若维持I不变，当R2变化时，R2两端的电压也在同步线性变化。
根据这个特点，可以判断电源是否具备恒流源特性，及电源本身的好坏。
啰嗦着算是基本说完了，这是我个人的特点，非科班出身，对器件的名称、标注的是否准确并不为意，对详细的计算精确的数值并不为意，只是力图浅显化地说明问题。论述只是个大概其，不能往深处探究。这只能说明，我仅仅是个维修工，是个愿意将自己的心得说出来的维修工，不是什么大师。
有点扯远了，言归正传。
图1中维修电源的调试说明：
1、作为稳压电源应用时，先将电流调节旋钮调至最大位置（即使电源有最小的内阻，最大的电流输出能力），调节电压旋钮得到自己所需的输出电压值；
2、作为恒流源应用时，先经过第一步——调节电压旋钮得到自己所需的输出电压值，如检测IGBT模块时，使开路电压值为12V。然后第二步——将电流调节旋钮至最小位置，短接电源输出线，缓慢调节电流调节旋钮，得到所需的恒流输出值，如3A（检测大功率模块，测试电流所以要大一些）。
经常有朋友在论坛中提问，IGBT的栅-射极并联的稳压管是几伏的啊，哪里的稳压管是几伏的啊？如何检测可控硅的好坏啊，如何检测IGBT功率模块的好坏啊，等等，别忙，让恒流源闪亮登场，所有疑问将一扫而光。
适用于用恒流源检测的元器件有：稳压二极管，中、大功率晶闸管，中、大功率IGBT（含CMOS管）。
1、稳压二极管的测试方法

图3 稳压二极管外形及符号图
   利用图1电源设备的恒流源特性，可以方便稳压二极管的在线或非线检测，注意在线检测时，要注意最大恒流值的设定，以较小为宜，如不大于20mA，并且要在两输入端子引线接好后，再为电源设备上电（以避免形成空载时的高电压冲击，而损坏线路板上的其它元件！）其空载电压可据预测稳压二极管的击穿电压值进行设置，比如将空载值调至28V，则可以测试所有24V以下的稳压管。
   测试连接如下图所示。

图4 稳压二极管测试连线示意图
  将恒流源空载电压和恒流值调定后，关掉电源，将恒流源的输出+、-线接在线或非在线待测二极管二端，注意，+极线连接至稳压二极管的负端。按下电源开关，启动恒流源工作，此时，电流（数码显示）屏上显示的为击穿电流值，电压（数码显示）屏上显示的为击穿电压值。被检测稳压二极管的击穿电压值，便一目了然了。
2、单、双向晶闸管功率模块的测试方法
（1）晶闸管外形及原理、符号图

图五、单向晶闸管外形及原理与符号图

图六、双向晶闸管原理与符号
   单、双向晶闸管虽然在结构和原理上稍有不同，但测试方法是一样的，而且大功率模块，为单向晶闸管。对晶闸管模块，完全可以在线检修其好坏。
   （2）测试方法

图7 晶闸管测试连线示意图
   晶闸管的导通管压降约为1V，触发电压一般在1~4V以内，因而可将恒压源空载电压调至10V以下，如6V，恒定电流根据所测试器件的功率而定，对于功率模块，可送入3A左右的电流。
   将红夹子接晶闸管的阳极，黑夹子接阴极，用导线短接一下A、G极，此时显示晶闸管导通电压降和导通电流值。注意，测量塑封小功率晶闸管时，可送入百毫安级电流，测试时间不要太长，以免过热烧毁。测试大功率模块时，可送入较大测试电流。
   若出现不能触发，或导通压降太大的现象，说明晶闸管性能变差或损坏。
   测量双向晶闸管的方法，与图7连线方式是一样的。
   3、IGBT功率模块的测试方法
  （1） IGBT外形及原理、符号图

图8  IGBT器件外形与原理、符号图
  （2）测试方法
   IGBT的测试方法同晶闸管相近，但不需太大的开能电流，仅需一个触发电压信号即可。IGBT的典型开通电压为15V，对于功率模块可送入3A左右电流，小功率器件，送入适宜的电流值。连接电路后，可用手指在集电极和控制极之间触碰一下，即能开通IGBT。此际显示导通管压降和导通电流值；用小指短接G、E极，即能使IGBT关断，此时显示电压值由开通电压值变为15V，显示电流值为0。

图9 IBGT测试连线示意图
   符合上述检测条件，IGBT是好的，否则IGBT已坏。

   以上，只是提出了恒流源检测稳压管、IGBT和晶闸管的三种应用，这是最方便、最为直观的测试方法，与其它相比测试方法（如摇表、电源串电阻加万用表）相比，有较大的优越性（易于操作，有显示）。其实利用恒流源的特性，还有更多的用途，会为善于思考、举一反三的达人们所发现的。

   旷野之雪
   2015-4-1