直流恒流电路设计（电子线路电路图恒流设计解析）

恒流源是电路中广泛使用的一个组件，这里我整理一下比较常见的恒流源的结构和特点。

恒流源分为流出(Current Source)和流入(Current Sink)两种形式。

最简单的恒流源，就是用一只恒流二极管。实际上，恒流二极管的应用是比较少的，除了因为恒流二极管

的恒流特性并不是非常好之外，电流规格比较少，价格比较贵也是重要原因。

最常用的简易恒流源如 图(1) 所示，用两只同型三极管，利用三极管相对稳定的 be电压作为基准，电流

数值为：I = Vbe/R1。

这种恒流源优点是简单易行，而且电流的数值可以自由控制，也没有使用特殊的元件，有利于降低产品的成本。缺点是不同型号的管子，其 be 电压不是一个固定值，即使是相同型号，也有一定的个体差异。同时不同的工作电流下，这个电压也会有一定的波动。因此不适合精密的恒流需求。

为了能够精确输出电流，通常使用一个运放作为反馈，同时使用场效应管避免三极管的 be电流导致的误差。典型的运放恒流源如图(2)所示，如果电流不需要特别精确，其中的场效应管也可以用三极管代替。

电流计算公式为：

I = Vin/R1

这个电路可以认为是恒流源的标准电路，除了足够的精度和可调性之外，使用的元件也都是很普遍的，易于搭建和调试。只不过其中的 Vin还需要用户额外提供。从以上两个电路可以看出，恒流源有个定式（含，"定式"好像是围棋术语 XD），就是利用一个电压基准，在电阻上形成固定电流。有了这个定式，恒流源的搭建就可以扩展到所有可以提供这个"电压基准"的器件上。最简单的电压基准，就是稳压二极管，利用稳压二极管和一只三极管，可以搭建一个更简易的恒流源。如图(3)所示：

电流计算公式为：I = (Vd-Vbe)/R1

TL431 是另外一个常用的电压基准，利用 TL431搭建的恒流源如图(4)所示，其中的三极管替换为场效应管可以得到更好的精度。TL431组成流出源的电路，暂时我还没想到:)TL431 的其他信息请参考《TL431 的内部结构图》和《TL431的几种基本用法》

电流计算公式为：I = 2.5/R1

事实上，所有的三端稳压，都是很不错的电压源，而且三端稳压的精度已经很高，需要的维持电流也很小。

利用三端稳压构成恒流源，也有非常好的性价比，如图(5)所示。

这种结构的恒流源，不适合太小的电流，因为这个时候，三端稳压自身的维持电流会导致较大的误差。

电流计算公式为：I = V/R1，其中 V 是三端稳压的稳压数值。

实际的电路中，有一些特殊的结构，也可以提供很好的恒流特性，最典型的就是一个很高的电压通过一

个电阻在一个低压设备上形成电流，如图(6)，这个恒流源的精度，取决于高压的精确度和低压设备本身

导致的电压波动。在一些开关电源电路中，这个结构用来给三极管提供偏置电流。

电流计算公式为： I = Vin/R1

值得一提的是，以上这些恒流源并不都适合安培以上级别的恒流应用，因为电阻上面太大的电流会导致发热严重。

图(2)可以通过使用更小的电阻来降低这个热量，不过在单电源供电模式下，多数运放都不能有效检测和输出接近的或者 Vcc的电压，因此必须使用特殊的器件才能达到要求。有个简单的办法是通过一个稳压器件（稳压管，或者 TL431 等）偏置电阻上面的电压，使得这个电压进入运放的检测范围。恒流源的实质是利用器件对电流进行反馈，动态调节设备的供电状态，从而使得电流趋于恒定。只要能够得到电流，就可以有效形成反馈，从而建立恒流源。能够进行电流反馈的器件，还有电流互感器，或者利用霍尔元件对电流回路上某些器件的磁场进行反馈，也可以利用回路上的发光器件（例如光电耦合器，发光管等）进行反馈。这些方式都能够构成有效的恒流源，而且更适合大电流等特殊场合，不过因为这些实现形式的电路都比较复杂，这里就不一一介绍了。在高档的小功率 LED产品中也会用到 LED 恒流源电源。拿到一个 LED电源，找到名牌参数。小功率 LED光条方面比较多。不会隋负载的变化而变化，通常应用在小功率的 LED 模组，。不会隋负载的变化而变化，通常应用在大功率的 LED 产品上面。

我想还有很多的朋友不一定知道。我们分别作出分析：

1）恒压源电源的在允许的负载情况下，输出的电压是恒定的，不会隋负载的变化而变化，通常应用在小功率的 LED 模组，小功率 LED光条方面比较多。

2）恒流源电源在允许的负载情况下，输出的电流是恒定的，不会隋负载的变化而变化，通常应用在大功率的 LED 产品上面在高档的小功率 LED产品中也会用到 LED恒流源电源。如果要想加长 LED产品的寿命，LED 电源的选择很重要，而恒流源电源是 LED 的最佳选择对象。通常情况下，很多的朋友拿到 LED电源，不知道怎么样区分恒压源和恒流源。我在这里给大家讲一个很实用的区分小技巧（这个小技巧平时只有我们的学员才能学到的啊！）拿到一个 LED 电源，找到名牌参数。找到输出电压这个关键参数：如果它的电压标称是一个恒定值，则是恒压源。如果是一个范围值，则是恒流源。例如：有一个电源它的输出电压是 12V，我们则确定这个是恒压源，如果它标称的是 30-70V呢，那么这个电源一定是够恒流源。你是否觉得这个方法很实用呢？

5W 通用输入恒压/恒流充电器电源的电路图

在本设计中，二极管 D1到 D4 对 AC 输入进行整流。电容 C1和 C2对经整流的 AC进行滤波。电感 L1和L2以及电容 C1 和 C2组成一个 π 型滤波器，对差模传导 EMI噪声进行衰减。这些与 Power Integrations的变压器 E-sheild?技术相结合，使本设计能以充足的裕量轻松满足 EN55022 B 级传导 EMI要求，且无需Y电容。防火、可熔、绕线式电阻 RF1 提供严重故障保护，并可限制启动期间产生的浪涌电流。图显示 U1通过可选偏置电源实现供电，这样可以降低空载功耗并提高轻载时的效率。电容 C4对 U1提供去耦，其值决定电缆压降补偿的数量。

在恒压阶段，输出电压通过开／关控制进行调节，并通过跳过开关周期得以维持。通过调整使能与禁止开关周期的比例，可以维持稳压。还可根据输出负载情况降低开关损耗，使转换器的效率在整个负载范围内得到优化。轻载（涓流充电）条件下，还会降低初级侧电流限流点以减小变压器磁通密度，进而降低音频噪音。随着负载电流的增大，电流限流点也将升高，跳过的周期也越来越少。当不再跳过任何开关周期时（达到最大输出功率点），LinkSwitch-II内的控制器将切换到恒流模式。需要进一步提高负载电流时，输出电压将会随之下降。输出电压的下降反映在 FB引脚电压上。作为对 FB引脚电压下降的响应，开关频率将下降，从而实现线性恒流输出。D5、R3、R4 和 C3组成RCD-R 箝位电路，用于限制漏感引起的漏极电压尖峰。电阻 R4拥有相对较大的值，用于避免漏感引起的漏极电压波形振荡，这样可以改善稳压和减少 EMI的生成。二极管 D7对次级进行整流，C7对其进行滤波。C6和 R8 可以共同限制 D7上的瞬态电压尖峰，并降低传导及辐射 EMI。电阻 R9 充当输出假负载，可以确保空载时的输出电压处于可接受的限制范围内。反馈电阻 R5和 R6设定恒流阶段的最大工作频率（从而设定输出电流）与恒压阶段的输出电压。

简易电池自动恒流充电电路的总电路图

简易电池自动恒流充电电路的总电路图如图所示。它是由变压器整流电路、恒流产生电路、充电检测电路、显示电路和电源电路 5 部分构成。总电路图中需要注意的是各个单元电路之间的连接一定要准确，同时各部分的布局要合理。

高精度恒流电路图

图所示为高精度恒流电路及应用实例。图（a）所示电路中，在恒流电路与负载之间增设接地回路，这样，负载变化时电流快速恢复稳定。A1 和 VT1构成电压／电流转换电路，可将低电平信号转换为后级恒流电路所需要的 15V 电平，A2、VT2、VT3等构成标准的恒流电路，设定 R1＝R2而提供相等电流 I1=I2。VT5 的基极由稳压二极管 VS1提供＋5V的稳定电压，因此，VT5的发射极电压不受负载变化的影响而保持为 5.7V。另外，由于共基极电路的发射极输入阻抗低，因此 A2与 VT2构成的恒流源不受负载变化的影响，处于理想的工作状态。

图（b）所示为高精度恒流电路的应用实例，它是将这种恒流电路与开关电路组合成高精度脉冲发生电路。VD2和 V D3 构成电平移动电路，VD1和 VD4 是采用肖特基二极管构成的开关电路。多个这种电路的组合可构成高精度 D／A转换器。

基本恒流电路图

基本恒流电路如下图所示：

改进型镜像恒流源电路图

（1）减小 β 对 Io影响的恒流源

如图 1所示为减小卩对几影响的恒流源。此电路的输出电流表示式为

若式中 β 1≈β 2，此式与式（1－1－24）相比，显然此处 β 的变化对 Io 的影响要小得多。

（2）Io与 Ir 不同比例的恒流源

如图 2所示为 Io与 IR不同比例的恒流源。

当 VT1，VT2中电流是同数量级时，其 UBE可认为近似相等，故有（假设三极管的 β 足够大）

即 Io 为

调节 R1，R2的比值，可获得不同的几输出。

图 1 减小 β 对 Io 影响的恒流源

图 2 Io与 Ir不同比例的恒流源

镜像恒流源基本电路图

如图所示为镜像恒流源的基本电路，其中 VT1，VT2 是匹配对象。由图可知 Ir=Ic2 IB1 IB2

由于 VT1，VT2是对称的，它们的集电极电流与基极电流分别相等，所以有

当 Ir 确定后，该恒流源的输出电流 Io也确定了。当 β 足够大时，Io≈Ir，即输出电流近似等于参考电流，所以该电路常称为电流镜电路。

电路简便的接近于零温漂的恒流源电路图

电路简便的接近于零温漂的恒流源电路如下图所示：

这几种电路都可以在负载电阻 RL 上获得恒流输出。

第一种由于 RL 浮地，一般很少用。

第二种 RL是虚的，也不大使用。

第三种虽然 RL 福地，但是 RL一端接正电源端，比较常用。

第四种是正反馈平衡式，是由于负载 RL接地而受到人们的喜爱。

第五种和第四种原理相同，只是扩大了电流的输出能力，人们在使用中常常把电阻 R2取的比负载 RL大的多，而省略了跟随器运放。

第五种是本人想的电路，也是对地负载。后边两种是恒流源电路。对比几种 V/I 电路，凡是没有三极管之类的单向器件，都可以实现交流恒流，加了三极管之后就只能做单向直流恒流了。第四和第五是建立在正负反馈平衡的基础上的，如果由于电阻的误差而失去平衡，会影响恒流输出特性，也就是说，输出电流会随负载变化。 而其他几种电阻的误差只会影响输出电流的值，而不会影响输出特性。如果输出电流大，或者嫌三极管的集电极电流和发射极电流不相等，可以把三极管换成。

开关电源式高耐压恒流源电路图

研制仪器需要一个能在 0到 3兆欧姆电阻上产生 1MA电流的恒流源，用 UC3845 结合 12V蓄电池设计了一个，变压器采用彩色电视机高压包，其中 L1用漆包线在原高压包磁心上绕 24 匝，L3借助原来高压包的一个线圈，L2借助高压包的高压部分。L3和 LM393 构成限压电路，限制输出电压过高，调节 R10可以调节开路输出电压。

恒流源电路图

几种 VI转换和恒流源电路图的比较电路图

无源可调恒流电子负载电路图

在电源行业，电子负载是所有厂家都必需的研发或生产设备，市场上的电子负载大多都较贵，而且都是需要电源供电才能工作。本文提供一种电路方案，使读者可以自制无源可调 CC模式的电子负载，其输入电压范围可达到 3~30V，输入电流范围可达到 0.01A~10A。电路如下图所示：

图中的 S1为负载开关，断开 S1 即可断开整个负载。图中的 N1B 为准恒流源电路，使 432 产生 1.25V基准，使输入电压变化时，432 上的电流基本保持不变。作为 CC 模式时，R8 为电流取样电阻，进行电流反馈，使负载电流恒定。R6电阻为粗调，R7电阻为细调。

MIC2951 构成的低漂移恒流源电路图

如图所示电路是采用 MIC2951构成的低漂移恒流源电路，其恒流源的输出电流值为：IL=1.23V/R，为了使MIC2951 的输出电流不得超出 150mA，R的精度要求为 l％。W723 组成的开关式恒流源应用电路图

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