隨著工業(yè)智能化進(jìn)程的不斷深入，嵌入式系統(tǒng)對(duì)供電的要求越來越高，對(duì)輸入電壓范圍也越來越寬，對(duì)輸出電流精度要求也日益提高。如何保持寬電壓輸入而供電電流能夠保持穩(wěn)定？本文將介紹常見的電源恒流電路。

 

在科技高速發(fā)展的當(dāng)下，產(chǎn)品快速開發(fā)已成常態(tài)化。嵌入式系統(tǒng)的強(qiáng)大的處理能力，對(duì)電源模塊的要求越來越高，對(duì)輸入電壓范圍也越來越寬。寬電壓輸入就會(huì)導(dǎo)致供電電流隨輸入電壓變化而變化，為了全電壓輸入范圍的情況下，保證電源模塊啟動(dòng)能力的一致性，增加一個(gè)恒流電路給控制芯片供電。

 

一、理想的恒流源

理想的恒流源是電流不隨輸入電壓的變化而變化，不受環(huán)境溫度的影響，內(nèi)阻無窮大。但是，實(shí)際中的恒流電路跟理想的還是存在差距，所以要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選取合適的恒流源電路。

 

二、幾種簡(jiǎn)單的恒流源介紹

由兩個(gè)三極管組成的恒流源電路，如電路圖1。

 

圖1

 

由兩個(gè)同型號(hào)的三極管，根據(jù)三極管Vbe電壓相對(duì)穩(wěn)定，以及三極管的基極電流相對(duì)集電極電流較小的特點(diǎn)，組成一個(gè)電流相對(duì)恒定的恒流源，電流Io=Vbe/R1；這個(gè)恒流源沒有用到特殊器件，兩個(gè)三極管和兩個(gè)電阻組成，成本低，電流Io可調(diào)；缺點(diǎn)是Vbe的大小會(huì)隨電流及溫度的變化而變化，電流大Vbe大，溫度低Vbe大，所以不適合用在精度要求高的地方。

 

由穩(wěn)壓管組成的恒流源電路，如電路圖2。

 

圖2

 

此恒流電路主要是運(yùn)用了穩(wěn)壓二極管上的電壓較穩(wěn)定特性，以及三極管Vbe的穩(wěn)定性，組成的恒流電路，Io=(Vd-Vbe)/R3；此電路優(yōu)點(diǎn)是成本低，電流可調(diào)，缺點(diǎn)是溫度特性差，穩(wěn)流精度不高，適用于對(duì)精度要求不高的場(chǎng)合。

 

由三端穩(wěn)壓器組成的恒流源，如電路圖3。

 

圖3

 

三端穩(wěn)壓器提供一個(gè)恒定電壓Vout，組成一個(gè)恒流源，Io=Vout/R1。

 

以上都是一些比較常見的簡(jiǎn)單的恒流源，而且有一個(gè)共性，穩(wěn)壓精度都不高，電流Io也不大。除了以上列舉的幾個(gè)，還有其他類似的恒流源，但萬變不離其宗，都是以一個(gè)恒壓源為基準(zhǔn)組成，在此就不一一列舉。

 

在應(yīng)用過程中，如果需要高精度、大電流的恒流源，可以使用一個(gè)運(yùn)放，組成一個(gè)高精度、大電流的恒流源，如電路圖4。

 

圖4

 

使用運(yùn)放組成的恒流源，Io=Vref/R1。

 

三、恒流源在電源模塊中的應(yīng)用

在模塊電源中，小功率電源的短路保護(hù)一般不外接短路保護(hù)電路，這種模塊的特點(diǎn)是功率小，體積小，成本低；適合當(dāng)前競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)；然而它們本身存在一個(gè)致命的特點(diǎn)，短路保護(hù)功能和啟動(dòng)能力存在矛盾，啟動(dòng)能力強(qiáng)，短路保護(hù)就會(huì)變差；短路保護(hù)變強(qiáng)，啟動(dòng)能力就會(huì)變?nèi)酢Ｌ貏e是在需要超寬電壓范圍輸入的情況下，啟動(dòng)能力跟短路能力更不好兼容。

 

舉個(gè)例子，18~72VDC輸入，15W輸出的模塊電源，如果是用電阻加電容組成RC啟動(dòng)電路如圖5，電阻R1電流會(huì)隨輸入電壓的變化，低壓和高壓短路時(shí)，打嗝周期會(huì)相差很大，短路功率高壓輸入時(shí)會(huì)較大；調(diào)好低壓?jiǎn)?dòng)能力和短路保護(hù)后，高壓短路保護(hù)就會(huì)變差，啟動(dòng)能力超強(qiáng)，反過來調(diào)好高壓?jiǎn)?dòng)和短路能力，低壓的短路保護(hù)能力很好，但是，啟動(dòng)能力很差，會(huì)出現(xiàn)啟動(dòng)不良現(xiàn)象。

 

圖5

 

為了解決以上矛盾，把啟動(dòng)電路改為用一個(gè)恒定電流的電路替代，如圖6，輸入電流基本不會(huì)隨輸入電壓的變化而變化，在高低壓輸入的情況下，電源模塊輸出短路時(shí)的短路周期較近。

 

圖6

 

如圖7、8所示，是采用了恒流電路，測(cè)試的短路波形圖，用恒流電路替代電阻啟動(dòng)解決了啟動(dòng)和短路的矛盾。

 

 圖7
 

 圖8 
 

恒流源的實(shí)現(xiàn)可以通過兩種方式：對(duì)輸出電流進(jìn)行處理、對(duì)輸入電流進(jìn)行處理保證輸出能夠?qū)崿F(xiàn)恒流。對(duì)于前者主要作用為使輸出電流保持平穩(wěn)，可以通過三極管、三端穩(wěn)壓等器件進(jìn)行穩(wěn)流，雖成本較低且電路簡(jiǎn)單但整體效果不是很理想；對(duì)于后者輸入電流基本不會(huì)隨輸入電壓的變化而變化，可以使輸出從而實(shí)現(xiàn)恒流。

 

而也可以使用整體的寬壓輸入穩(wěn)壓輸出電源模塊，ZLG致遠(yuǎn)電子自主研發(fā)、生產(chǎn)的隔離電源模塊已有近20年的行業(yè)積累，目前產(chǎn)品具有寬輸入電壓范圍，可支持2:1與4:1寬壓輸入，輸出電壓精度可達(dá)±3%，封裝形式多樣，兼容國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的SIP、DIP等封裝。同時(shí)致遠(yuǎn)電子為保證電源產(chǎn)品性能建設(shè)了行業(yè)內(nèi)一流的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室，配備最先進(jìn)、齊全的測(cè)試設(shè)備，全系列隔離DC-DC電源通過完整的EMC測(cè)試，靜電抗擾度高達(dá)4KV、浪涌抗擾度高達(dá)2KV，可應(yīng)用于絕大部分復(fù)雜惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，為用戶提供穩(wěn)定、可靠的電源隔離解決方案。