恒流源电路的特点与应用

恒流源是一种广泛使用的单元电路，如在LED液晶彩电中，其背光驱动电路就是一种恒流源电路。顾名思义，恒流源是指输出电流保持不变的电流源，下面分别对其特点和应用进行介绍。

一、恒流源的基本电路
在允许的负载情况下，恒流源的输出电流不随负载的变化而变化，其电路符号如图1所示。理想的恒流源具有以下特点：（1）不因负载（输出电压）变化而改变；（2）不因环境温度变化而改变；（3）内阻为无限大，使其电流全部输出到外面。恒流源分为流出（（Current Source）和流入（Current Sink）两种形式。

1．简易恒流源
最简单的恒流源，就是由一只恒流二极管组成。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。实际用的简易恒流源如图2所示，选用两只同型号三极管，利用三极管相对稳定的b-e结电压作为基准电压，则电流值为：I＝Vbe/R1。

这种恒流源的优点是简单易行，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；缺点是不同型号的三极管，其b-e结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，在不同的工作电流下，这个电压也会有一定的波动。因此，这种恒流源不适合用在有精密要求的恒流电路中。
2．运放恒流源
为了能够精确输出电流，通常使用一个运放作为反馈，同时外接场效应管，以避免三极管的b、e极的电流误差，这类恒流源称为运放恒流源，典型电路如图3所示，电流值为：I＝Vin/R1。该电路可以认为是恒流源的标准电路，除了精度高和可调性好外，使用的元件也都是很普遍的，易于搭建和调试。如果电流不需要特别精确，所用场效应管也可以用三极管代替。

3．高精度恒流源
一款高精度恒流源电路如图4所示，在恒流电路与负载之间增设接地回路，这样在负载变化时电流能快速恢复稳定。A1和VT1构成电压／电流转换电路，可将地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，R1 =R2，则I1 =I2。VT5的基极由稳压二极管VS 1提供＋5V的稳定电压，则VT5的发射极电压不受负载变化的影响，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。

将图9所示的恒流源与开关电路组合，便可得到一个高精度脉冲发生电路，如图5所示。多个这种电路可构成高精度D/A转换器。VD2和VD3构成电平移动电路，VD1和VD4是肖特基二极管，构成开关电路。


4．其他简易恒流源
从图1、图2可看出，恒流源就是利用一个电压基准在电阻上形成固定电流。也就是说，恒流源的核心就是搭建一个电压基准器件。最简单的电压基准就是稳压二极管，用一只稳压二极管和一只三极管就可以搭建一个更简易的恒流源，如图6所示，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7所示，I＝2.5V/R1。若用场效应管替换三极管V1，可以得到更好的电流精度。

另外，三端稳压器也是很不错的电压源，加之三端稳压器的稳压精度较高，需要的维持电流也很小，由其构成的恒流源具有较高的性价比。这种结构的恒流源如图8所示，I=V/R1 （V是三端稳压器的稳压值）。需说明的是，这种恒流源不适合太小的电流，因为在这种情况下，三端稳压器自身的维持电流会导致较大的输出电流误差。

采用三端可调稳压块CW117、CW217或CW317构成的标准恒流源电路如图9所示。由于该系列稳压器的基准电压较低（（1.25V），维持输出电压稳定的能力较强，且调整端电流非常小（仅50μA左右），因此该类恒流源效率较高，输出电流为：Io=Id+1.25V/Rl，由于Id较小，可近似认为Io=1.25V/R1。

在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只电阻在一个低压设备上形成电流，如图10所示，I＝Vin/R1。这种恒流源的精度取决于高压的精确度，以及低压设备本身导致的电压波动幅度。在一些开关电源电路中，这种结构常用来给三极管提供偏置电流。
提示：1.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。2．上述基本型恒流源均只适用于小电流（毫安级）场合，若要用于大电流场合，则需要较为精确的电流反馈与功率较大的电流调节电路。

二、恒流源应用电路分析
1．简易型LED照明恒流源电路
LED又属于电压敏感型器件，对电流精度要求较高，电流是影响发光效率和LED灯珠使用寿命的主要因素，如不采取恒流措施，LED发光不稳定且易损坏。因此，恒流源是LED照明驱动的最佳选择。
一款采用简易型恒流源的LED驱动电路如图11所示，R2为三极管Q的电流反馈电阻，稳压二极管D提供电压基准。

R2的阻值可根据公式R=1.25/1得到（I为流过LED灯串的电流），这里I取15mA，则R2的阻值约为80kΩ；三极管Q选用耐压超过350V的NPN三极管，如1300系列、3DD15D等，D选用稳压值为2.0V的二极管；C2的作用是在加电过程中让Q的基极电压缓慢上升，从而使输出电流缓慢上升，以保护LED，要求其耐压值不低于10v、容量不小于100Μf。
本电路的优点是成本低、电路简单，缺点是若输入电压波动大，则恒流值会有波动，即恒流精度不高。另外，该电路的效率完全取决于串联LED的数量，若LED数量少，则效率低，反之则效率高。
2．采用恒流管的LED照明电路
CL1920是一款LED专用宽电压线性恒流驱动管，有TO -92、SOT-89-3和SOT-223三种封装形式，输出电流在10mA～20 mA内可调。只要输入电压减去LED灯串总电压的值不超过90V，CL1920就能起到恒流驱动作用，其应用电路非常简单，如图12所示。

AC220V市电经过桥式整流及R3、C1降压后，在C2两端得到一直流电压，只需该直流电压减去LED灯串总电压所得值不超过CL1920的输入、输出最大压差（90V ），该电路就能恒流驱动LED灯串。由于该电路结构简单、成本低廉、稳定可靠，因此广泛用于小功率的LED灯具产品中。
3．开关式恒流源电路
一款采用W723的恒流源电路如图13所示，输出电流为1A。W723的⑥脚输出参考基准电压（约7.2V），一路通过电阻R1、R2分压后得到约3V的电压，加至同相输入端⑤脚；另一路通过R3、R4分压后加至反相输入端④脚。R4的另一端与分流电阻R5相连，R6用于调节输出纹波电流。当反相和同相输入端的电压约相等时，R5上的压降约为1V。当电路中的反馈电流增加时，稳压单元的输出级导通，W723的⑧脚（Uin端）有12mA的电流脉冲输出，驱动三极管VT。

稳压二极管VD1用来偏置稳压单元的输出级，二极管VD2是用来消除反向尖脉冲，电容C1和电感L组成滤波器，平滑开关输出波形。该电路的最高工作频率取决于负载的大小，一般为20kHz。