恒流源的工作电路图（连载8恒流二极管）

三极管构成的恒流源要保证基极的电压和电流不变，但由于外围元件的精度难以保证，加上三极管的Ube和放大倍数受结温影响很大，因此三极管恒流的精度难以保证，恒流二极管可以在一定程度上解决这个问题，我来为大家科普一下关于恒流源的工作电路图?以下内容希望对你有帮助!

恒流源的工作电路图

2.4恒流二极管

三极管构成的恒流源要保证基极的电压和电流不变，但由于外围元件的精度难以保证，加上三极管的Ube和放大倍数受结温影响很大，因此三极管恒流的精度难以保证，恒流二极管可以在一定程度上解决这个问题。

早期的恒流二极管通常用于仪器仪表中作为电流标准，电流级别比较低，不适合于功率电路。然而随着LED产业的蓬勃发展，很多公司开发出了电流级别更大的恒流二极管用以驱动LED。恒流二极管使用十分方便，它是一个二端元件，使用时象电阻一样与LED串联即可，它在提供恒定电流的同时也承受一定的压降和功耗。

2.4.1恒流二极管的伏安特性

理想的恒流源是一种内阻为无穷大的器件，不论其两端电压如何变化，其流经的电流始终保持不变。然而现实中这种器件是不可能存在的，恒流二极管只能在一定工作电压范围内（例如10-100V）保持电流为一恒定值（例如30mA）。其等效电路如图2.28所示。

图2.28 恒流二极管的等效电路

其内阻为Z，并联的电容大约为4-10pF。它在某一个电压范围内有一段恒流区间，在这个区间，流经的电流几乎不变，其伏安特性曲线如图2.29所示，由图可知，实际的恒流二极管的电流仍然会随电压增加而有所增加，不过变化不大。

图2.29 恒流二极管的伏安特性

2.4.2恒流二极管LED驱动电路

恒流二极管的恒流用作驱动LED最简单的方法就是直接和LED串联。但是我们在把恒流二极管用于LED驱动时必须注意选择恰当的电流和耐压。由于恒流二极管需要一定的电压降Uk才能够进入恒流状态，所以太低的输入电压是无法工作的。通常这个Uk大约在5-10V左右，所以大多数采用电池供电的LED是无法使用恒流二极驱动的。另一方面由于恒流二极管具有一定的额定功耗，所以过大的电流也是不合适的，常见的恒流二极管的工作电流只有几十毫安，如1W的LED通常需要350mA，单个恒流二极管无法提供。目前恒流二极管比较合适的使用场合就是电压比较稳定的交流市电供电的小功率LED灯具，如采用很多小功率LED串联，也就是高电压小电流的情况是最为合适。

图2.30所示的电路就是一种用于LED球泡灯的恒流二极管驱动电路。其负载是80颗3014封装的LED，总功率为8W。所用的恒流二极管也是恒流在30mA，目前的恒流二极管可以达到这个电流水平，假如手头的恒流二极管只有5mA的，就需要6个并联。

图2.30 采用恒流二极管作为LED驱动电路

恒流二极管的作用就是要在输入市电电压变化时，保持输出电流不变。但是由于恒流二极管的耐压有一定的限制，所以它所能吸收的电源电压变化也是有限的。就拿100V耐压的CRD来说，220V市电经过桥式整流后输出直流电压大约为300V，80颗LED串联的正向压降约为256V，恒流二极管承受的压降为44V左右，可以使用；如果市电变化±20%，即整流后为240V~360V，最高电压与最低电压相差120V，低压时满足不了LED工作电压，高压时，恒流二极管的压降超过其耐压，因此在输入电压波动较大的场合也不宜使用恒流二极管。

2.4.3注意事项

使用恒流二极管时，不仅要考虑其电流和工作电压范围，还要考虑其功耗，只有在电源电压与LED工作电压相差不太大（当然也不能太小，小于恒流二极管的起始工作电压也是不行的）时，恒流二极管压降最小，功耗也最小，电源的整体效率最高，因此在电源电压较为稳定的情况下，通过LED的串并联组合和选用合适电流和耐压的恒流二极管使恒流二极管上的压降降到最低，可使电源的效率容易达到90%以上。

采用恒流二极管作为LED的恒流驱动具有结构简单，成本低廉的优点。尤其适合于小功率市电LED灯具，如球泡灯和日光灯和吸顶灯。但是由于受到功耗的限制，它只能用于高压小电流的情况。负载只能是多个小功率LED的串联或是采用集成的“高压LED”。

而且，如果直接采用整流滤波电路，同样会有功率因数不高的缺点，必要时要采用无源功率因数校正手段以达到相关的标准。另外，恒流二极管可以并联使用，以提高总的电流输出，驱动更大功率的LED。

2.5集成线性恒流电路

利用三极管工作在线性放大区时的恒流特性，可以构成恒流的LED驱动电路，其原理是通过稳定三极管基极的电压来达到稳定基极电流的目的，从而控制集电极输出电流恒定。然而三极管的发射结的正向压降具有负温度特性，当三极管结温升高时，发射结的正向压降大约按2mv/℃下降，同时三极管的放大倍数也会变大，这样就会造成设定的恒流值会上升，因此使用三极管作恒流源时，要采取相应的温度补偿措施，这就使得原本很简单的电路变得复杂，成本也相应增加。利用三极管构成稳压电路同样具有温度漂移的问题，为了解决这一问题，人们早已开发出包含温度补偿功能的集成线性稳压器，其内部包含了低温漂的高精度基准电压源，使得用作比较的参考电压十分精准稳定，从而提高稳压器输出电压稳定度。利用这些集成稳压器可以构成精度很高的恒流电路。

2.5.1 LM317简介

LM317是一种可调的集成三端稳器，该芯片最初是由美国国家半导体公司生产的，由于性能稳定，使用非常广泛，现在许多厂商都可以生产了。LM317内部结构如图2-10所示，主要包括：（1）一个功率开关管，为NPN晶体管；（2）一个电压参考模块，它提供1.25V参考电压；（3）一个控制功率开关的运算放大器，该运算放大器使输出电压等于调整引脚（ADJ）的电压与参考电压的差。

图2.31 LM317调压器

LM317内部恒流源和稳压二管向运放的同相输入端提供低温漂、高精度的参考电压，该参考电压为1.25V，LM317的输出端把输出电压反馈到运放的反相输入端，当输出端电压与调整端的电压差小于1.25V时，运放输出高电平，功率三极管导通并处于线性放大状态，输出电压上升，直到输出端电压比调整端电压高出1.25V时，运放输出低电平，三极管截止，因此，输出端电压被稳定在此状态下。典型的LM317稳压电路中包含由R1、R2构成的分压电路，调整端的参考电压为1.25V，只要调整R1、R2的比例，就可以控制输出电压的大小。

输出电压可通过式（2-7）计算

（2-7）

这里忽略了由LM317的ADJ引脚拉出的微小电流在R2上产生的压降。

LM317电压调节器的派生器件包括正固定电压输出模块（LM78XX）和负电压输出模块（LM79XX），XX表示输出电压，如LM7805为输出 5V电压和1A电流的电压调节器。

2.5.2 LM317恒流电路

图2.31所示的电路稍作修改，就可以用作驱动LED的恒流电路，使用LM317构成的LED恒流电路如图2.32所示。

图2.32 使用LM317构成的LED恒流电路

如前所述，当LM317的OUT引脚与ADJ引脚的电压差为1.25V时，LM317就能实现稳定电压功能。在图2.32所示的电路中，OUT引脚与ADJ引脚间接有电流检测电阻R。流过R的电流将产生电压降，使OUT引脚的电压高于ADJ引脚，当这个压差达到1.25V时，LM317的内部功率开关管就关断，因此输出电流不会继续上升，而是会维持在使R上的压降为1.25V的水平上，从而实现稳定电流的功能。因而电流限制值可以用式（2-8）计算。

（2-8）

如图2.32所示，若LED串总电压为3.2×8=25.6V，LED限流为350mA，则可算得R为3.57欧，电池电压为最低值30V时，LM317及电阻R的分别为压降为：30-25.6=4.4V，功耗为4.4V×0.35A=1.54W，电路的效率为：[(30×0.35）-1.54]/(30×0.35)=85%；同理，若电池电压达到电高40V时，LM317及电阻R的压降为：40-25.6=14.4可算得电路的效率为：(25.6/40) ×100%=64%。由此可见，当输入电压与LED工作电压相差较大时，线性稳压器构成的恒流电路损耗较大。但由于采用线性集成稳压器作为线性恒流源时恒流效果极好，在最低电压到最高电压的整个范围内，其电流值几乎不变，这是电阻限流方式绝对做不到的，也是开关型LED驱动电路很难实现的，故在输入电压波动不大的场合是一种最佳的选择。

2.5.3注意事项

LM317及其派生的三端稳压器正常工作是有条件的，即输入输出间需要维持一定的电压差，这个电压差取决于流过电压调节器的电流（电流越大要求的电压差越大），其典型值为1~3V。如果这个压差相对于输出电压而言占的比例较高的话，那么在稳压器上损耗的功率也占了很大的一部分，因此，在低压应用时，为了提高效率，应该选用低压差的线性稳压器。

三端稳压器构成的线性恒流电路，具有恒流精度高，稳定性好，不会产生干扰，电磁兼容性好，电路简单等优点，技术成熟，从商用角度看其成本较低，是开关电源无法比拟的，因此在条件允许的前提下，应尽量选用线性恒流电路作LED驱动，而不是开关电源。用线性电源来驱动LED也存在一些缺点和局限性，例如在一些应用中，线性电源的效率过低，不仅浪费，而且还会因散热问题而增加成本；还有一些应用中，比如使用交流电网供电时，线性电源显得体积太大；其次就是线性电源只能用于降压电路，允许的输入电压范围较小。相比之下，采用开关电源变换器设计的恒流电源则具有体积小、效率高、输入电压范围宽、可升压也可降压等优点，因此在很大应用中大量采用开关电源设计LED驱动器。

【第二章思考题】

(1) 为什么计算电串联电阻时有的时候还要计算其功耗？

(2) 计算电流采样电阻时，当计算值无法用一个常规标称阻值的电阻满足时，应采用什么方法解决？

(3) 现手头上只有一批3.3V的稳压二极管，如何利用这些稳压二极管分别实现稳压值4.0V、0.7V、1.4V和6.6V，画出电路原理图，并加以解释。

(4) 通过互联网，查找S8050和9013三极管的数据手册，说明这两种型号是否满足例2.4的选型要求。

【参考答案】

（1）答：因为相同阻值有许多大小规格不一的型号可选，计算功耗的目的是根据该结果选择合适的型号。

（2）答：可以采用多个电阻串并联组合的方式来解决，可参考例2.4的方法进行计算。

（3）答：根据稳压二极管的伏安特性，可以采用多个稳压二极管正反向串联组合实现不同的稳压值，本题答案可参考下图。

（4）答：请参考例2.4进行分析。