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日志

恒流源电路小结

热度 10已有 482 次阅读2019-11-3 12:24 |个人分类:技术生涯|系统分类:硬件设计| 恒流源, 硬件开发

恒流源是在硬件设计中应用相当多的电路结构之一,小结一下。

电流的产生离不开电压和电阻,最简单的恒流结构就可以利用固定电压和固定电阻来产生,比如二极管的导通电压基本固定,配合电阻就可以产生最简单的恒流源结构。但是BE结的电压随温度变化太大,基本无法实用。倒是可以作为温度检测电路。

 

那我们用一个电压更稳定的源,LM117是一个LDO,内部基准电压为1.25V,即R3两端电压为1.25V,这个基准电压内部经过温度补偿设计和校准输出,所以精度和稳定性较好。如LM431基准源也是常用在恒流结构中的芯片之一。

    

上图可以看出温度系数约为0.1uA/℃,远好于简单的PN结结构。但是因为LDO本身的静态电流,恒流输出的精度受到影响,所以更小的静态电流能够得到更高的电流精度,目前低功耗的LDO静态电流可以达到1uA以下。


在简单的PN结方案中针对温漂的问题可以通过引入负反馈来进行稳定调节,这是最常用的的恒流源结构,简单而精度高。在这个结构中,双电源的运放可以保证在输出微小电流时有更好的特性。
    
该电路还可以改进为低端输出结构,输出的精度避免了上图高端输出时受到三极管基极电流的影响,另外还可以利用MOS管的低栅极电流特性替换三极管。

    

利用运放的输出电流能力也可以设计小电流恒流源,同样是利用负反馈结构。

 
而针对恒流源重要的温度系数,则可以利用补偿实现“零温漂”,如:
 
    

这里227uV/℃为芯片LM334的输出电流温漂,-2.5mv/℃为二极管的温漂系数,通过设置合适的电阻比例可以实现理论的零温漂。
镜像电流源是另一种恒流源。在IC内部无处不在,所谓的镜像就是利用晶体管的电流与面积成比例来由主路电源根据需求分配多个支路电流源为各部分提供偏置或者作为有源负载。

 
恒流驱动在LED市场中应用较多,其设计和原理也比较简单,以国产的无锡晶源微电子的CSC8515恒流驱动芯片为例,这是一个输出隔离型原边反馈LED驱动芯片,通过采样输出电流,然后经过误差放大器调节输出。

   

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