常見的恒流電源電路基本結構和特點

　　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(guī)定的工作范圍內保持足夠的穩(wěn)定性。

　　經常有人問起，看到LED驅動電源，不知道是恒壓源還是恒流源類型的。講正題之前，先在這里給大家講一個很實用的區(qū)分小技巧：看到一個LED驅動電源，先看電源的名牌參數(shù)。看輸出電壓這個關鍵參數(shù)：若它的電壓標稱是一個恒定值，則是恒壓源。如果是一個范圍值，則是恒流源。比如：有一個電源它的輸出電壓是12V，就確定這個是恒壓源，如果它標稱的是30～70V呢，那就一個恒流源。

　　基本的恒流源電路，這里依據(jù)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(wěn)壓措施。其基本型電路如圖1的A，B兩種類型。

　　圖1晶體管恒流源的兩種基本類型

　　如圖1中的A圖，R1、R2分壓穩(wěn)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(wěn)定的be電壓作為基準，電流數(shù)值為：I=Vbe/R1。

　　圖2，晶體管恒流源的改進型

　　提示2：

　　圖2的這種恒流源優(yōu)點是簡單易行，而且電流的數(shù)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3場效應管恒流源

　　圖3A，R1，R2分壓穩(wěn)定b點電位，Vb=R2*VCC\（R1+R2），而Vgs=Vb-Id*RS

　　Id=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(wǎng)絡，電路如圖3B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。

　　圖4集成運放恒流源

　　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。

　　圖4利用TL431搭建的恒流源

　　電流計算公式為：Iout=Vref/Rs，檢測電壓根據(jù)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(lián)穩(wěn)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(wěn)壓IC做恒流源，使用這些三端穩(wěn)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(wěn)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。

　　圖5LM317組成的恒流源電路

　　電流計算公式為：I=V/R1，其中V是三端穩(wěn)壓的穩(wěn)壓數(shù)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(wěn)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(tài)調節(jié)設備的供電狀態(tài)，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(fā)光器件（例如光電耦合器，發(fā)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(xiàn)形式的電路都比較復雜。