【導(dǎo)讀】在LED電源領(lǐng)域,恒流驅(qū)動一直是工程師的話題,眾多的電子設(shè)備所用的供給電流基本都要求電流恒定。而能夠向負載提供恒定電流的電源稱之為恒流源。本文中詳述了恒流電源電路的設(shè)計,6大提示教你輕松搞定恒流電源電路。
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(nèi)保持足夠的穩(wěn)定性。
經(jīng)常有人問起,看到LED驅(qū)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(qū)動電源,先看電源的名牌參數(shù)。看輸出電壓這個關(guān)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。
恒流源是LED電路中經(jīng)常使用的,今天把比較常見的恒流源的基本結(jié)構(gòu)和特點整理一下,奉獻給eepw論壇的網(wǎng)友們分享。當然,真正的恒流源電源都用的是這些結(jié)構(gòu)的拓展和變換類型,或者集成IC的形式。
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(yīng)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(nèi)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(chǎn)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。[page]
二、場效應(yīng)管恒流源
由場效應(yīng)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(yīng)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*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(wǎng)絡(luò) ,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(yīng)管為JEFT,超低噪聲,輸出電流有JEFT決定,檢測電壓與JEFT有關(guān)。
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(yīng)管避免三極管的be電流導(dǎo)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(yīng)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(diào)性之外,使用的元件也都是很普遍的,易于搭建和調(diào)試。只不過其中的Vin還需要用戶額外提供。[page]
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(yīng)管可以得到更好的精度。
圖5: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(jīng)驗的模擬電路工程師經(jīng)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(jīng)很高,需要的維持電流也很小。利用三端穩(wěn)壓構(gòu)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6:LM317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(jié)構(gòu)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(dǎo)致較大的誤差。
相關(guān)閱讀:
一款降壓/升壓式LED恒流驅(qū)動電路設(shè)計
可實現(xiàn)高效率、高調(diào)光比的LED恒流驅(qū)動電路設(shè)計
【精心收集】全球LED恒流驅(qū)動及恒流IC大盤點