晶体管/场效应管/集成运放恒流源电路设计
led电源的工程师经常提及“恒流”驱动，其实，在很多电子设备中，有许多用电设备要求供给的电流(而不是电压)保持恒定。一般把这种能够向负载提供恒定电流的电源称为恒流源。所谓恒流，是一种习惯说法，并不是电流值绝对不变，只是这种变化相对的小而已，在一个规定的工作范围内保持足够的稳定性。
经常有人问起，看到led驱动电源，不知道是恒压源还是恒流源类型的。讲正题之前，先在这里给大家讲一个很实用的区分小技巧：看到一个led驱动电源，先看电源的名牌参数。看输出电压这个关键参数：若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。比如：有一个电源它的输出电压是12v，就确定这个是恒压源，如果它标称的是30～70v呢，那就一个恒流源。
恒流源是led电路中经常使用的，今天把比较常见的恒流源的基本结构和特点整理一下，奉献给eepw论坛的网友们分享。当然，真正的恒流源电源都用的是这些结构的拓展和变换类型，或者集成ic的形式。
基本的恒流源电路，这里依据主要组成器件的不同，可分为三类：晶体管恒流源、场效应管恒流源、集成运放恒流源等。
一、 晶体管恒流源
这类恒流源以晶体三极管为主要组成器件，利用晶体三极管集电极电压变化对电流影响小，并在电路中采用电流负反馈来提高输出电流之恒定性，通常，还采用一定的温度补偿和稳压措施。其基本型电路如图1的a，b两种类型。
图1 晶体管恒流源的两种基本类型
如图1中的a图， r1、r2分压稳定b点电位为vb，re形成电流负反馈 ,输出电流io=(vb-vbe)/re≈vb / re (vb >>vbe)。b图的计算参考a图。
提示1：
图1中的电路的不足就是晶体管的集射极间电阻一般为几十千欧以上，当只需几伏的工作电压，采用这种恒流源电路 ,其等效内阻是非常大，功耗大，且精度不高。
实际电路中，最常用的简易恒流源如图2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。
图2 晶体管恒流源的改进型
提示2：
图2的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。
二、场效应管恒流源
由场效应晶体管作为主要组成器件的恒流电路如图3所示
图3 场效应管恒流源
图3a ,r1,r2分压稳定b点电位 , vb =r2*vcc(r1+r2)，而 vgs=vb-id*rs
id=idss( 1- vgs*vp)*2
式中vp表示为夹断电压 ，idss为饱和漏极电流。也可以去掉电源辅助回路 ,变成一纯两端网络 ,电路如图3 b所示 ,由图可得vgs =- id*rs
提示3：
这种恒流源电路的场效应管为jeft，超低噪声，输出电流有jeft决定，检测电压与jeft有关。
三、集成运放恒流源
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4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如图4b。
如图4b中，工作时，输入电压vref与输出电流成比例的检测电压，vs(vs=rs*iout)相等，
is=ib+iout=iout(1+1/hfe)其中1/hfe为误差。
图4 集成运放恒流源
提示4：
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，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，最典型的就是利用tl431组成的恒流源电路。
tl431是另外一个常用的电压基准，利用tl431搭建的恒流源如图5所示，其中的三极管替换为场效应管可以得到更好的精度。
图5 利用tl431搭建的恒流源
电流计算公式为：iout=vref/rs，检测电压根据vref不同，即1.25v或者是2.5v不同而已。
提示5：
这种恒流源电路，使用并联稳压器tl431，简单实用且精度高。
有经验的模拟电路工程师经常会用三端稳压ic做恒流源，使用这些三端稳压电源ic，本身精度已经很高，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所示的lm317的两种类型。
图6 lm317组成的恒流源电路
电流计算公式为：i=v/r1，其中v是三端稳压的稳压数值。
提示6：
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。
总结：
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。
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恒流源是led电路中经常使用的，今天把比较常见的恒流源的基本结构和特点整理一下，奉献给eepw论坛的网友们分享。当然，真正的恒流源电源都用的是这些结构的拓展和变换类型，或者集成ic的形式。
基本的恒流源电路，这里依据主要组成器件的不同，可分为三类：晶体管恒流源、场效应管恒流源、集成运放恒流源等。
一、 晶体管恒流源
这类恒流源以晶体三极管为主要组成器件，利用晶体三极管集电极电压变化对电流影响小，并在电路中采用电流负反馈来提高输出电流之恒定性，通常，还采用一定的温度补偿和稳压措施。其基本型电路如图1的a，b两种类型。
图1 晶体管恒流源的两种基本类型
如图1中的a图， r1、r2分压稳定b点电位为vb，re形成电流负反馈 ,输出电流io=(vb-vbe)/re≈vb / re (vb >>vbe)。b图的计算参考a图。
提示1：
图1中的电路的不足就是晶体管的集射极间电阻一般为几十千欧以上，当只需几伏的工作电压，采用这种恒流源电路 ,其等效内阻是非常大，功耗大，且精度不高。
实际电路中，最常用的简易恒流源如图2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。
图2 晶体管恒流源的改进型
提示2：
图2的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。
二、场效应管恒流源
由场效应晶体管作为主要组成器件的恒流电路如图3所示
图3 场效应管恒流源
图3a ,r1,r2分压稳定b点电位 , vb =r2*vcc(r1+r2)，而 vgs=vb-id*rs
id=idss( 1- vgs*vp)*2
式中vp表示为夹断电压 ，idss为饱和漏极电流。也可以去掉电源辅助回路 ,变成一纯两端网络 ,电路如图3 b所示 ,由图可得vgs =- id*rs
提示3：
这种恒流源电路的场效应管为jeft，超低噪声，输出电流有jeft决定，检测电压与jeft有关。
三、集成运放恒流源
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4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如图4b。
如图4b中，工作时，输入电压vref与输出电流成比例的检测电压，vs(vs=rs*iout)相等，
is=ib+iout=iout(1+1/hfe)其中1/hfe为误差。
图4 集成运放恒流源
提示4：
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，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，最典型的就是利用tl431组成的恒流源电路。
tl431是另外一个常用的电压基准，利用tl431搭建的恒流源如图5所示，其中的三极管替换为场效应管可以得到更好的精度。
图5 利用tl431搭建的恒流源
电流计算公式为：iout=vref/rs，检测电压根据vref不同，即1.25v或者是2.5v不同而已。
提示5：
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图6 lm317组成的恒流源电路
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提示6：
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总结：
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。
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