电源/新能源
在科技高速发展的当下,产品快速开发已成常态化。嵌入式系统的强大的处理能力,对电源模块的要求越来越高,对输入电压范围也越来越宽。宽电压输入就会导致供电电流随输入电压变化而变化,为了全电压输入范围的情况下,保证电源模块启动能力的一致性,增加一个恒流电路给控制芯片供电。
恒流电路有很多场合不仅需要场合输出阻抗为零的恒流源,也需要输入阻抗为无限大的恒流源,以下是几种单极性恒流电路:
类型1:
特征:使用运放,高精度
输出电流:Iout=Vref/Rs
类型2:
特征:使用并联稳压器,简单且高精度
输出电流:Iout=Vref/Rs
检测电压:根据Vref不同(1.25V或2.5V)
类型3:
特征:使用晶体管,简单,低精度
输出电流:Iout=Vbe/Rs
检测电压:约0.6V
类型4:
特征:减少类型3的Vbe的温度变化,低、中等精度,低电压检测
输出电流:Iout=Vref/Rs
检测电压:约0.1V~0.6V
类型5:
特征:使用JEFT,超低噪声
输出电流:由JEFT决定
检测电压:与JEFT有关
其中类型1为基本电路,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,如图5所示。
注:Is=IB+Iout=Iout(1+1/hFE),其中1/hFE为误差;若输出级使用晶体管,则电流检测时会产生基极电流分量这一误差,当这种情况不允许时,可采用图6所示那样采用FET管。
Is=Iout-IG
类型2,这是使用运放与Vref(2.5V)一体化的并联稳压器电路,由于这种电路的Vref高达2.5V,所以电源利用范围较窄。
类型3,这是用晶体管代替运放的电路,由于使用晶体管的Vbe(约0.6V)替代Vref的电路,因此,Vbe的温度变化毫无改变地呈现在输出中,从而的不到期望的精度类型4,这是利用对管补偿Vbe随温度变化的电路,由于检测电压也低于0.1V左右,因此,电源利用范围很宽。
类型5,这是利用J-FET的电路,改变Rgs可使输出电流达到漏极饱和电流IDSS,由于噪声也很小,因此,在噪声成为问题时使用这种电路也有一定价值,在该电路中不接RGS,则电流值变成IDSS,这样,J-FET接成二极管形式就变成了“恒流二极管”。
恒流电路的原理图:
三极管恒流电路
三极管恒流电路
三极管的恒流电路,主要是利用Q2三极管的基级导通电压为0.6~0.7V这个特性;当Q2三极管导通,Q1三极管基级电压被拉低而截止,负载R1不工作;负载R1流过的电流等于R6电阻的电流(忽略Q1与Q2三极管的基级电流),R6电阻的电流等于R6电阻两端的0.6~0.7V电压除以R6电阻阻值(固定不变),因此流过R1负载的电流即为恒定不变,即使R1负载的电源端VCC电压是可变的,也能达到恒流的电路效果。
运放恒流电路
运放恒流电路
运放的恒流电路,主要是利用运放的“电压跟随特性”,即运放的两个输入引脚Pin3与Pin2电压相等电路特性。关于运放的文章推荐:看懂运算放大器原理。
当在电阻R4输入Vin稳定电源电压时,电阻R7两端的电压也为Vin不变,因此无论外界电路如何变化,流过R7电阻的电流是不变的;同三极管恒流电路原理分析一样,R2负载的电流等于R7电阻的电流,所以即使R2负载的电源为可变电压电源,R2负载的电流也是保持固定不变,达到恒流的效果。
除去运用三极管与运放设计的恒流电路,芯片哥介绍另外一种恒流电路设计方案,主要是利用稳压二极管的稳压特性。
稳压二极管恒流电路
稳压二极管恒流电路
稳压二极管的恒流电路中,三极管Q4的基级电压被限定在稳压二极管工作的稳定电压Uzd下,因此R10电阻的电压等于Uzd减去三极管基级与发射级的导通压降0.7V,即U=Uzd-0.7保持恒定不变,所以流过R10电阻的电流在VCC电源即使可变的条件下也是固定不变,也就是R8负载的电流保持不变,达到恒流的效果。
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