隨著工業智能化進程的不斷深入，嵌入式系統對供電的要求越來越高，對輸入電壓范圍也越來越寬，對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定？本文將介紹常見的電源恒流電路。

 

在科技高速發展的當下，產品快速開發已成常態化。嵌入式系統的強大的處理能力，對電源模塊的要求越來越高，對輸入電壓范圍也越來越寬。寬電壓輸入就會導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，保證電源模塊啟動能力的一致性，增加一個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，不受環境溫度的影響，內阻無窮大。但是，實際中的恒流電路跟理想的還是存在差距，所以要根據實際應用選取合適的恒流源電路。

 

二、幾種簡單的恒流源介紹

由兩個三極管組成的恒流源電路，如電路圖1。

 

圖1

 

由兩個同型號的三極管，根據三極管Vbe電壓相對穩定，以及三極管的基極電流相對集電極電流較小的特點，組成一個電流相對恒定的恒流源，電流Io=Vbe/R1；這個恒流源沒有用到特殊器件，兩個三極管和兩個電阻組成，成本低，電流Io可調；缺點是Vbe的大小會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用了穩壓二極管上的電壓較穩定特性，以及三極管Vbe的穩定性，組成的恒流電路，Io=(Vd-Vbe)/R3；此電路優點是成本低，電流可調，缺點是溫度特性差，穩流精度不高，適用于對精度要求不高的場合。

 

由三端穩壓器組成的恒流源，如電路圖3。

 

圖3

 

三端穩壓器提供一個恒定電壓Vout，組成一個恒流源，Io=Vout/R1。

 

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

 

在應用過程中，如果需要高精度、大電流的恒流源，可以使用一個運放，組成一個高精度、大電流的恒流源，如電路圖4。

 

圖4

 

使用運放組成的恒流源，Io=Vref/R1。

 

三、恒流源在電源模塊中的應用

在模塊電源中，小功率電源的短路保護一般不外接短路保護電路，這種模塊的特點是功率小，體積小，成本低；適合當前競爭激烈的市場；然而它們本身存在一個致命的特點，短路保護功能和啟動能力存在矛盾，啟動能力強，短路保護就會變差；短路保護變強，啟動能力就會變弱。特別是在需要超寬電壓范圍輸入的情況下，啟動能力跟短路能力更不好兼容。

 

舉個例子，18~72VDC輸入，15W輸出的模塊電源，如果是用電阻加電容組成RC啟動電路如圖5，電阻R1電流會隨輸入電壓的變化，低壓和高壓短路時，打嗝周期會相差很大，短路功率高壓輸入時會較大；調好低壓啟動能力和短路保護后，高壓短路保護就會變差，啟動能力超強，反過來調好高壓啟動和短路能力，低壓的短路保護能力很好，但是，啟動能力很差，會出現啟動不良現象。

 

圖5

 

為了解決以上矛盾，把啟動電路改為用一個恒定電流的電路替代，如圖6，輸入電流基本不會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的短路周期較近。

 

圖6

 

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

 

 圖7
 

 圖8 
 

恒流源的實現可以通過兩種方式：對輸出電流進行處理、對輸入電流進行處理保證輸出能夠實現恒流。對于前者主要作用為使輸出電流保持平穩，可以通過三極管、三端穩壓等器件進行穩流，雖成本較低且電路簡單但整體效果不是很理想；對于后者輸入電流基本不會隨輸入電壓的變化而變化，可以使輸出從而實現恒流。

 

而也可以使用整體的寬壓輸入穩壓輸出電源模塊，ZLG致遠電子自主研發、生產的隔離電源模塊已有近20年的行業積累，目前產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±3%，封裝形式多樣，兼容國際標準的SIP、DIP等封裝。同時致遠電子為保證電源產品性能建設了行業內一流的測試實驗室，配備最先進、齊全的測試設備，全系列隔離DC-DC電源通過完整的EMC測試，靜電抗擾度高達4KV、浪涌抗擾度高達2KV，可應用于絕大部分復雜惡劣的工業現場，為用戶提供穩定、可靠的電源隔離解決方案。