恒流电源-六个提示帮你搞定恒流电源电路设计

LED电(dian)源的(de)(de)(de)工程师(shi)经常(chang)提及(ji)“恒流”驱动，其实，在很多电(dian)子设(she)(she)备(bei)中，有许多用(yong)电(dian)设(she)(she)备(bei)要(yao)求供给(ji)的(de)(de)(de)电(dian)流(而(er)不(bu)是电(dian)压)保(bao)持恒定。一般把(ba)这种(zhong)能够向负(fu)载提供恒定电(dian)流的(de)(de)(de)电(dian)源称为恒流源。所谓恒流，是一种(zhong)习(xi)惯说法，并不(bu)是电(dian)流值绝对(dui)不(bu)变(bian)，只是这种(zhong)变(bian)化相对(dui)的(de)(de)(de)小而(er)已(yi)，在一个规定的(de)(de)(de)工作范围(wei)内(nei)保(bao)持足够的(de)(de)(de)稳定性(xing)。

基本的恒流源电路主要是由输入(ru)级(ji)(ji)和(he)输出级(ji)(ji)构成，输入(ru)级(ji)(ji)提供参考电流，输出级(ji)(ji)输出需要的恒定(ding)电流。

恒流(liu)(liu)源电(dian)路就(jiu)是(shi)(shi)要能够提(ti)供一个稳(wen)定(ding)(ding)的(de)电(dian)流(liu)(liu)以保证其它电(dian)路稳(wen)定(ding)(ding)工作(zuo)的(de)基础。即要求恒流(liu)(liu)源电(dian)路输出(chu)(chu)恒定(ding)(ding)电(dian)流(liu)(liu)，因此作(zuo)为(wei)输出(chu)(chu)级(ji)的(de)器件(jian)应该是(shi)(shi)具(ju)有饱和输出(chu)(chu)电(dian)流(liu)(liu)的(de)伏安特(te)性。这可以采用工作(zuo)于输出(chu)(chu)电(dian)流(liu)(liu)饱和状(zhuang)态的(de)BJT或者(zhe)MOSFET来(lai)实现。

为了保证输出晶体管的电流稳定，就必须要满足两个条件：

a）其输入电压要稳(wen)定——输入级需要是恒压源；

b）输出晶体管的输出电阻尽量大（最好是无(wu)穷(qiong)大）——输出级(ji)需要(yao)是恒流(liu)源。

基本的恒流(liu)(liu)源(yuan)电(dian)路，这里依据主要组(zu)成器(qi)件的不同，可分(fen)为三类：晶体管(guan)恒流(liu)(liu)源(yuan)、场效应(ying)管(guan)恒流(liu)(liu)源(yuan)、集成运(yun)放恒流(liu)(liu)源(yuan)等。

一、 晶体管恒流源

这类(lei)恒流源以晶体三(san)极(ji)管为主要组成(cheng)器(qi)件(jian)，利(li)用晶体三(san)极(ji)管集电(dian)极(ji)电(dian)压变化对电(dian)流影响小，并在电(dian)路中采(cai)用电(dian)流负反馈来提高输出电(dian)流之(zhi)恒定(ding)性，通常，还采(cai)用一定(ding)的温度补偿和稳压措施。其基本型电(dian)路如图1的A，B两种(zhong)类(lei)型。

如(ru)图(tu)(tu)1中(zhong)的A图(tu)(tu)， R1、R2分压稳定b点电(dian)位为(wei)Vb，Re形成电(dian)流(liu)负反馈 ,输出电(dian)流(liu)IO=(Vb-Vbe)/Re≈Vb / Re (Vb >>Vbe)。B图(tu)(tu)的计算参考A图(tu)(tu)。

提示1：

图1中的(de)(de)电(dian)路(lu)的(de)(de)不足(zu)就是(shi)晶(jing)体(ti)管的(de)(de)集射极间电(dian)阻一般(ban)为(wei)几十千(qian)欧以上，当只需(xu)几伏的(de)(de)工作电(dian)压，采用这(zhei)种恒流源电(dian)路(lu) ,其等(deng)效内(nei)阻是(shi)非常大，功耗大，且精度不高。

实际(ji)电(dian)路(lu)中，最常用的简易恒流源(yuan)如图2所(suo)示，用两只同型(xing)三极管，利用三极管相对稳(wen)定(ding)的be电(dian)压作为基(ji)准，电(dian)流数值为：I=Vbe/R1。

提示2：

图(tu)2的(de)这种(zhong)恒流源(yuan)优点是简(jian)单(dan)易行，而且电流的(de)数值可以自由控制(zhi)，也没有(you)使(shi)用特殊的(de)元件，有(you)利于降低产(chan)品的(de)成本。缺点是不同型(xing)号的(de)管子，其(qi)be 电压(ya)不是一个(ge)固定(ding)值，即(ji)使(shi)是相同型(xing)号，也有(you)一定(ding)的(de)个(ge)体差异。同时不同的(de)工作电流下(xia)，这个(ge)电压(ya)也会(hui)有(you)一定(ding)的(de)波动。因此不适合(he)精密(mi)的(de)恒流需(xu)求。

二、场效应管恒流源

由场效应晶(jing)体(ti)管作为主要组(zu)成器件(jian)的(de)恒流(liu)电(dian)路如图(tu)3所示。

图3A ,R1,R2分压稳定(ding)b点电位(wei) , Vb =R2*VCC\(R1+R2)，而 Vgs=Vb-Id*RSId=Idss( 1- Vgs*Vp)*2，式中Vp表示为(wei)夹断电(dian)(dian)压 ，Idss为(wei)饱(bao)和漏极电(dian)(dian)流。也可以去掉(diao)电(dian)(dian)源辅助回路 ,变成一纯两端网络 ,电(dian)(dian)路如图3 B所示 ,由图可得Vgs =- Id*RS

提示3：

这种恒(heng)流源电(dian)路的场效应管为JEFT，超低噪声，输出电(dian)流有JEFT决定，检测电(dian)压(ya)与JEFT有关。

三、集成运放恒流源

为(wei)了能够精确(que)输出电(dian)流，通(tong)常使用一(yi)个运放作为(wei)反馈，同时使用场效(xiao)应(ying)管避免(mian)三(san)极(ji)(ji)管的(de)(de)(de)be电(dian)流导致的(de)(de)(de)误差。典型的(de)(de)(de)运放恒流源如图4所示(shi)，如果电(dian)流不需要特别精确(que)，其中的(de)(de)(de)场效(xiao)应(ying)管也可以用三(san)极(ji)(ji)管代(dai)替如图4B。如图4B中，工作时，输(shu)入电压Vref与输(shu)出电流成比例的检(jian)测电压，Vs(Vs=Rs*Iout)相等，Is=Ib+Iout=Iout(1+1/Hfe)其中1/Hfe为(wei)误差。

提示4：

这(zhei)个电(dian)路(lu)可以(yi)认为(wei)是恒流源的(de)(de)标准(zhun)电(dian)路(lu)，除了足够的(de)(de)精度和可调性之外，使用的(de)(de)元件也都是很普(pu)遍的(de)(de)，易于搭建和调试。只不过(guo)其中的(de)(de)Vin还需要用户额外提(ti)供。

从(cong)以(yi)(yi)上(shang)两个(ge)电(dian)路可(ke)(ke)以(yi)(yi)看出，恒(heng)流(liu)(liu)(liu)源有个(ge)定式(shi)，就是利用(yong)一个(ge)电(dian)压(ya)基准(zhun)，在电(dian)阻上(shang)形成固定电(dian)流(liu)(liu)(liu)。有了这(zhei)个(ge)定式(shi)，恒(heng)流(liu)(liu)(liu)源的(de)(de)搭建就可(ke)(ke)以(yi)(yi)扩(kuo)展到所(suo)有可(ke)(ke)以(yi)(yi)提供这(zhei)个(ge)"电(dian)压(ya)基准(zhun)"的(de)(de)器件上(shang)，最典型的(de)(de)就是利用(yong)TL431组成的(de)(de)恒(heng)流(liu)(liu)(liu)源电(dian)路。

TL431是另外一个(ge)常用的(de)电压基准，利(li)用TL431搭建的(de)恒流(liu)源(yuan)如(ru)图5所(suo)示(shi)，其中的(de)三(san)极管(guan)替换(huan)为场(chang)效应管(guan)可以得(de)到更好的(de)精度。

电流计算(suan)公式为：Iout=Vref/Rs，检(jian)测电压根据(ju)Vref不同，即1.25V或者是2.5V不同而(er)已。

提示5：

这(zhei)种恒流(liu)源电路，使(shi)用并联稳压器TL431，简单实用且(qie)精度高。有经验的(de)(de)模拟电(dian)路工(gong)程(cheng)师经常会用(yong)(yong)三(san)端(duan)稳压IC做恒(heng)流(liu)源，使用(yong)(yong)这些(xie)三(san)端(duan)稳压电(dian)源IC，本身精度已经很高，需(xu)要的(de)(de)维持电(dian)流(liu)也很小。利用(yong)(yong)三(san)端(duan)稳压构成恒(heng)流(liu)源，也有非常好(hao)的(de)(de)性价比，如(ru)图(tu)5所(suo)示的(de)(de)LM317的(de)(de)两种类型。

电流计算公式(shi)为(wei)：I=V/R1，其中(zhong)V是三(san)端稳(wen)压的稳(wen)压数值(zhi)。

提示6：

这种结构的(de)恒流(liu)源(yuan)，不适合太(tai)小的(de)电流(liu)，因为这个(ge)时候(hou)，三端稳(wen)压自身的(de)维持(chi)电流(liu)会(hui)导致较(jiao)大的(de)误差。

总结

恒(heng)流源的(de)实质是利用器件对电流进行反(fan)馈(kui)，动态调节设(she)备的(de)供电状态，从而使得(de)电流趋于恒(heng)定。只要能(neng)够得(de)到(dao)电流，就可以有效形成反(fan)馈(kui)，从而建立恒(heng)流源。

能(neng)够(gou)进(jin)行(xing)(xing)电流反馈的(de)器(qi)(qi)(qi)件(jian)，还有(you)电流互(hu)感(gan)器(qi)(qi)(qi)，或(huo)者(zhe)利(li)用霍尔元件(jian)对电流回路上某些器(qi)(qi)(qi)件(jian)的(de)磁场进(jin)行(xing)(xing)反馈，也(ye)可以利(li)用回路上的(de)发光器(qi)(qi)(qi)件(jian)(例如光电耦合(he)器(qi)(qi)(qi)，发光 管等(deng))进(jin)行(xing)(xing)反馈。这(zhei)些方式(shi)都能(neng)够(gou)构(gou)成有(you)效的(de)恒流源，而且更适合(he)大电流等(deng)特殊场合(he)，不过(guo)因为这(zhei)些实现形式(shi)的(de)电路都比较(jiao)复(fu)杂(za)，这(zhei)里(li)就不一一介绍了。

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