恒流源是電路中廣泛使用的一個組件,這裡我整理一下比較常見的恒流源的結構和特點。
恒流源分為流出(Current Source)和流入(Current Sink)兩種形式。
最簡單的恒流源,就是用一隻恒流二極管。實際上,恒流二極管的應用是比較少的,除了因為恒流二極管
的恒流特性并不是非常好之外,電流規格比較少,價格比較貴也是重要原因。
最常用的簡易恒流源如 圖(1) 所示,用兩隻同型三極管,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。
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,有利于降低産品的成本。缺點是不同型号的管子,其 be 電壓不是一個固定值,即使是相同型号,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。因此不适合精密的恒流需求。
為了能夠精确輸出電流,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電流導緻的誤差。典型的運放恒流源如圖(2)所示,如果電流不需要特别精确,其中的場效應管也可以用三極管代替。
電流計算公式為:
I = Vin/R1
這個電路可以認為是恒流源的标準電路,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。隻不過其中的 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(含,"定式"好像是圍棋術語 XD),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。最簡單的電壓基準,就是穩壓二極管,利用穩壓二極管和一隻三極管,可以搭建一個更簡易的恒流源。如圖(3)所示:
電流計算公式為:I = (Vd-Vbe)/R1
TL431 是另外一個常用的電壓基準,利用 TL431搭建的恒流源如圖(4)所示,其中的三極管替換為場效應管可以得到更好的精度。TL431組成流出源的電路,暫時我還沒想到:)TL431 的其他信息請參考《TL431 的内部結構圖》和《TL431的幾種基本用法》
電流計算公式為:I = 2.5/R1
事實上,所有的三端穩壓,都是很不錯的電壓源,而且三端穩壓的精度已經很高,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。
這種結構的恒流源,不适合太小的電流,因為這個時候,三端穩壓自身的維持電流會導緻較大的誤差。
電流計算公式為:I = V/R1,其中 V 是三端穩壓的穩壓數值。
實際的電路中,有一些特殊的結構,也可以提供很好的恒流特性,最典型的就是一個很高的電壓通過一
個電阻在一個低壓設備上形成電流,如圖(6),這個恒流源的精度,取決于高壓的精确度和低壓設備本身
導緻的電壓波動。在一些開關電源電路中,這個結構用來給三極管提供偏置電流。
電流計算公式為: I = Vin/R1
值得一提的是,以上這些恒流源并不都适合安培以上級别的恒流應用,因為電阻上面太大的電流會導緻發熱嚴重。
圖(2)可以通過使用更小的電阻來降低這個熱量,不過在單電源供電模式下,多數運放都不能有效檢測和輸出接近的或者 Vcc的電壓,因此必須使用特殊的器件才能達到要求。有個簡單的辦法是通過一個穩壓器件(穩壓管,或者 TL431 等)偏置電阻上面的電壓,使得這個電壓進入運放的檢測範圍。恒流源的實質是利用器件對電流進行反饋,動态調節設備的供電狀态,從而使得電流趨于恒定。隻要能夠得到電流,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,而且更适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複雜,這裡就不一一介紹了。在高檔的小功率 LED産品中也會用到 LED 恒流源電源。拿到一個 LED電源,找到名牌參數。小功率 LED光條方面比較多。不會隋負載的變化而變化,通常應用在小功率的 LED 模組,。不會隋負載的變化而變化,通常應用在大功率的 LED 産品上面。
我想還有很多的朋友不一定知道。我們分别作出分析:
1)恒壓源電源的在允許的負載情況下,輸出的電壓是恒定的,不會隋負載的變化而變化,通常應用在小功率的 LED 模組,小功率 LED光條方面比較多。
2)恒流源電源在允許的負載情況下,輸出的電流是恒定的,不會隋負載的變化而變化,通常應用在大功率的 LED 産品上面在高檔的小功率 LED産品中也會用到 LED恒流源電源。如果要想加長 LED産品的壽命,LED 電源的選擇很重要,而恒流源電源是 LED 的最佳選擇對象。通常情況下,很多的朋友拿到 LED電源,不知道怎麼樣區分恒壓源和恒流源。我在這裡給大家講一個很實用的區分小技巧(這個小技巧平時隻有我們的學員才能學到的啊!)拿到一個 LED 電源,找到名牌參數。找到輸出電壓這個關鍵參數:如果它的電壓标稱是一個恒定值,則是恒壓源。如果是一個範圍值,則是恒流源。例如:有一個電源它的輸出電壓是 12V,我們則确定這個是恒壓源,如果它标稱的是 30-70V呢,那麼這個電源一定是夠恒流源。你是否覺得這個方法很實用呢?
5W 通用輸入恒壓/恒流充電器電源的電路圖在本設計中,二極管 D1到 D4 對 AC 輸入進行整流。電容 C1和 C2對經整流的 AC進行濾波。電感 L1和L2以及電容 C1 和 C2組成一個 π 型濾波器,對差模傳導 EMI噪聲進行衰減。這些與 Power Integrations的變壓器 E-sheild?技術相結合,使本設計能以充足的裕量輕松滿足 EN55022 B 級傳導 EMI要求,且無需Y電容。防火、可熔、繞線式電阻 RF1 提供嚴重故障保護,并可限制啟動期間産生的浪湧電流。圖顯示 U1通過可選偏置電源實現供電,這樣可以降低空載功耗并提高輕載時的效率。電容 C4對 U1提供去耦,其值決定電纜壓降補償的數量。
在恒壓階段,輸出電壓通過開/關控制進行調節,并通過跳過開關周期得以維持。通過調整使能與禁止開關周期的比例,可以維持穩壓。還可根據輸出負載情況降低開關損耗,使轉換器的效率在整個負載範圍内得到優化。輕載(涓流充電)條件下,還會降低初級側電流限流點以減小變壓器磁通密度,進而降低音頻噪音。随着負載電流的增大,電流限流點也将升高,跳過的周期也越來越少。當不再跳過任何開關周期時(達到最大輸出功率點),LinkSwitch-II内的控制器将切換到恒流模式。需要進一步提高負載電流時,輸出電壓将會随之下降。輸出電壓的下降反映在 FB引腳電壓上。作為對 FB引腳電壓下降的響應,開關頻率将下降,從而實現線性恒流輸出。D5、R3、R4 和 C3組成RCD-R 箝位電路,用于限制漏感引起的漏極電壓尖峰。電阻 R4擁有相對較大的值,用于避免漏感引起的漏極電壓波形振蕩,這樣可以改善穩壓和減少 EMI的生成。二極管 D7對次級進行整流,C7對其進行濾波。C6和 R8 可以共同限制 D7上的瞬态電壓尖峰,并降低傳導及輻射 EMI。電阻 R9 充當輸出假負載,可以确保空載時的輸出電壓處于可接受的限制範圍内。反饋電阻 R5和 R6設定恒流階段的最大工作頻率(從而設定輸出電流)與恒壓階段的輸出電壓。
簡易電池自動恒流充電電路的總電路圖簡易電池自動恒流充電電路的總電路圖如圖所示。它是由變壓器整流電路、恒流産生電路、充電檢測電路、顯示電路和電源電路 5 部分構成。總電路圖中需要注意的是各個單元電路之間的連接一定要準确,同時各部分的布局要合理。
圖所示為高精度恒流電路及應用實例。圖(a)所示電路中,在恒流電路與負載之間增設接地回路,這樣,負載變化時電流快速恢複穩定。A1 和 VT1構成電壓/電流轉換電路,可将低電平信号轉換為後級恒流電路所需要的 15V 電平,A2、VT2、VT3等構成标準的恒流電路,設定 R1=R2而提供相等電流 I1=I2。VT5 的基極由穩壓二極管 VS1提供+5V的穩定電壓,因此,VT5的發射極電壓不受負載變化的影響而保持為 5.7V。另外,由于共基極電路的發射極輸入阻抗低,因此 A2與 VT2構成的恒流源不受負載變化的影響,處于理想的工作狀态。
圖(b)所示為高精度恒流電路的應用實例,它是将這種恒流電路與開關電路組合成高精度脈沖發生電路。VD2和 V D3 構成電平移動電路,VD1和 VD4 是采用肖特基二極管構成的開關電路。多個這種電路的組合可構成高精度 D/A轉換器。
基本恒流電路如下圖所示:
改進型鏡像恒流源電路圖
(1)減小 β 對 Io影響的恒流源
如圖 1所示為減小卩對幾影響的恒流源。此電路的輸出電流表示式為
若式中 β 1≈β 2,此式與式(1-1-24)相比,顯然此處 β 的變化對 Io 的影響要小得多。
(2)Io與 Ir 不同比例的恒流源
如圖 2所示為 Io與 IR不同比例的恒流源。
當 VT1,VT2中電流是同數量級時,其 UBE可認為近似相等,故有(假設三極管的 β 足夠大)
即 Io 為
調節 R1,R2的比值,可獲得不同的幾輸出。
圖 1 減小 β 對 Io 影響的恒流源
圖 2 Io與 Ir不同比例的恒流源
鏡像恒流源基本電路圖
如圖所示為鏡像恒流源的基本電路,其中 VT1,VT2 是匹配對象。由圖可知 Ir=Ic2 IB1 IB2
由于 VT1,VT2是對稱的,它們的集電極電流與基極電流分别相等,所以有
當 Ir 确定後,該恒流源的輸出電流 Io也确定了。當 β 足夠大時,Io≈Ir,即輸出電流近似等于參考電流,所以該電路常稱為電流鏡電路。
電路簡便的接近于零溫漂的恒流源電路如下圖所示:
這幾種電路都可以在負載電阻 RL 上獲得恒流輸出。
第一種由于 RL 浮地,一般很少用。
第二種 RL是虛的,也不大使用。
第三種雖然 RL 福地,但是 RL一端接正電源端,比較常用。
第四種是正反饋平衡式,是由于負載 RL接地而受到人們的喜愛。
第五種和第四種原理相同,隻是擴大了電流的輸出能力,人們在使用中常常把電阻 R2取的比負載 RL大的多,而省略了跟随器運放。
第五種是本人想的電路,也是對地負載。後邊兩種是恒流源電路。對比幾種 V/I 電路,凡是沒有三極管之類的單向器件,都可以實現交流恒流,加了三極管之後就隻能做單向直流恒流了。第四和第五是建立在正負反饋平衡的基礎上的,如果由于電阻的誤差而失去平衡,會影響恒流輸出特性,也就是說,輸出電流會随負載變化。 而其他幾種電阻的誤差隻會影響輸出電流的值,而不會影響輸出特性。如果輸出電流大,或者嫌三極管的集電極電流和發射極電流不相等,可以把三極管換成。
開關電源式高耐壓恒流源電路圖研制儀器需要一個能在 0到 3兆歐姆電阻上産生 1MA電流的恒流源,用 UC3845 結合 12V蓄電池設計了一個,變壓器采用彩色電視機高壓包,其中 L1用漆包線在原高壓包磁心上繞 24 匝,L3借助原來高壓包的一個線圈,L2借助高壓包的高壓部分。L3和 LM393 構成限壓電路,限制輸出電壓過高,調節 R10可以調節開路輸出電壓。
恒流源電路圖
幾種 VI轉換和恒流源電路圖的比較電路圖
在電源行業,電子負載是所有廠家都必需的研發或生産設備,市場上的電子負載大多都較貴,而且都是需要電源供電才能工作。本文提供一種電路方案,使讀者可以自制無源可調 CC模式的電子負載,其輸入電壓範圍可達到 3~30V,輸入電流範圍可達到 0.01A~10A。電路如下圖所示:
圖中的 S1為負載開關,斷開 S1 即可斷開整個負載。圖中的 N1B 為準恒流源電路,使 432 産生 1.25V基準,使輸入電壓變化時,432 上的電流基本保持不變。作為 CC 模式時,R8 為電流取樣電阻,進行電流反饋,使負載電流恒定。R6電阻為粗調,R7電阻為細調。
MIC2951 構成的低漂移恒流源電路圖
如圖所示電路是采用 MIC2951構成的低漂移恒流源電路,其恒流源的輸出電流值為:IL=1.23V/R,為了使MIC2951 的輸出電流不得超出 150mA,R的精度要求為 l%。W723 組成的開關式恒流源應用電路圖
更多精彩资讯请关注tft每日頭條,我们将持续为您更新最新资讯!