恒流電源-六個知識點幫你搞定恒流電源電路設計

LED電源的工程師經常提及“恒流”驅動，其實，在很多電子設備中，有許多用電設備要求供給的電流(而不是電壓)保持恒定。一般把這種能夠向負載提供恒定電流的電源稱為恒流源。所謂恒流，是一種習慣說法，并不是電流值絕對不變，只是這種變化相對的小而已，在一個規定的工作范圍內保持足夠的穩定性。

基本的恒流源電路主要是由輸入級和輸出級構成，輸入級提供參考電流，輸出級輸出需要的恒定電流。

恒流源電路就是要能夠提供一個穩定的電流以保證其它電路穩定工作的基礎。即要求恒流源電路輸出恒定電流，因此作為輸出級的器件應該是具有飽和輸出電流的伏安特性。這可以采用工作于輸出電流飽和狀態的BJT或者MOSFET來實現。

為了保證輸出晶體管的電流穩定，就必須要滿足兩個條件：

a）其輸入電壓要穩定——輸入級需要是恒壓源；

b）輸出晶體管的輸出電阻盡量大（最好是無窮大）——輸出級需要是恒流源。

基本的恒流源電路，這里依據主要組成器件的不同，可分為三類：晶體管恒流源、場效應管恒流源、集成運放恒流源等。

一、 晶體管恒流源

這類恒流源以晶體三極管為主要組成器件，利用晶體三極管集電極電壓變化對電流影響小，并在電路中采用電流負反饋來提高輸出電流之恒定性，通常，還采用一定的溫度補償和穩壓措施。其基本型電路如圖1的A，B兩種類型。

如圖1中的A圖， R1、R2分壓穩定b點電位為Vb，Re形成電流負反饋 ,輸出電流IO=(Vb-Vbe)/Re≈Vb / Re (Vb >>Vbe)。B圖的計算參考A圖。

提示1：

圖1中的電路的不足就是晶體管的集射極間電阻一般為幾十千歐以上，當只需幾伏的工作電壓，采用這種恒流源電路 ,其等效內阻是非常大，功耗大，且精度不高。

實際電路中，最常用的簡易恒流源如圖2所示，用兩只同型三極管，利用三極管相對穩定的be電壓作為基準，電流數值為：I=Vbe/R1。

提示2：

圖2的這種恒流源優點是簡單易行，而且電流的數值可以自由控制，也沒有使用特殊的元件，有利于降低產品的成本。缺點是不同型號的管子，其be 電壓不是一個固定值，即使是相同型號，也有一定的個體差異。同時不同的工作電流下，這個電壓也會有一定的波動。因此不適合精密的恒流需求。

二、場效應管恒流源

由場效應晶體管作為主要組成器件的恒流電路如圖3所示。

圖3A ,R1,R2分壓穩定b點電位 , Vb =R2*VCC\(R1+R2)，而 Vgs=Vb-Id*RSId=Idss( 1- Vgs*Vp)*2，式中Vp表示為夾斷電壓 ，Idss為飽和漏極電流。也可以去掉電源輔助回路 ,變成一純兩端網絡 ,電路如圖3 B所示 ,由圖可得Vgs =- Id*RS

提示3：

這種恒流源電路的場效應管為JEFT，超低噪聲，輸出電流有JEFT決定，檢測電壓與JEFT有關。

三、集成運放恒流源

為了能夠精確輸出電流，通常使用一個運放作為反饋，同時使用場效應管避免三極管的be電流導致的誤差。典型的運放恒流源如圖4所示，如果電流不需要特別精確，其中的場效應管也可以用三極管代替如圖4B。如圖4B中，工作時，輸入電壓Vref與輸出電流成比例的檢測電壓，Vs(Vs=Rs*Iout)相等，Is=Ib+Iout=Iout(1+1/Hfe)其中1/Hfe為誤差。

提示4：

這個電路可以認為是恒流源的標準電路，除了足夠的精度和可調性之外，使用的元件也都是很普遍的，易于搭建和調試。只不過其中的Vin還需要用戶額外提供。

從以上兩個電路可以看出，恒流源有個定式，就是利用一個電壓基準，在電阻上形成固定電流。有了這個定式，恒流源的搭建就可以擴展到所有可以提供這個"電壓基準"的器件上，最典型的就是利用TL431組成的恒流源電路。

TL431是另外一個常用的電壓基準，利用TL431搭建的恒流源如圖5所示，其中的三極管替換為場效應管可以得到更好的精度。

電流計算公式為：Iout=Vref/Rs，檢測電壓根據Vref不同，即1.25V或者是2.5V不同而已。

提示5：

這種恒流源電路，使用并聯穩壓器TL431，簡單實用且精度高。有經驗的模擬電路工程師經常會用三端穩壓IC做恒流源，使用這些三端穩壓電源IC，本身精度已經很高，需要的維持電流也很小。利用三端穩壓構成恒流源，也有非常好的性價比，如圖5所示的LM317的兩種類型。

電流計算公式為：I=V/R1，其中V是三端穩壓的穩壓數值。

提示6：

這種結構的恒流源，不適合太小的電流，因為這個時候，三端穩壓自身的維持電流會導致較大的誤差。

總結

恒流源的實質是利用器件對電流進行反饋，動態調節設備的供電狀態，從而使得電流趨于恒定。只要能夠得到電流，就可以有效形成反饋，從而建立恒流源。

能夠進行電流反饋的器件，還有電流互感器，或者利用霍爾元件對電流回路上某些器件的磁場進行反饋，也可以利用回路上的發光器件(例如光電耦合器，發光 管等)進行反饋。這些方式都能夠構成有效的恒流源，而且更適合大電流等特殊場合，不過因為這些實現形式的電路都比較復雜，這里就不一一介紹了。

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