基于大功率LED恒流驱动器的设计及其实例
大功率
LED 原理是是一个电光转换的过程，当一个正向偏压施加于PN 结两端，由于PN 结势垒的降低，P 区的正电荷将向N 区扩散，N 区的电子也向P 区扩散，同时在两个区域形成非平衡电荷的积累。广泛的应用于室内外装饰、特种照明方面，而大功率LED 恒流驱动方案有利于对新的应用打下基础。
恒流驱动和提高LED 的光学效率是LED 应用设计的两个关键问题，本文介绍大功率LED 的应用及其恒流驱动方案的选择指南，然后以美国国家半导体（NS ）的产品为例，重点讨论如何巧妙应用LED 恒流驱动电路的采样电阻提高大功率LED 的效率，并给出大功率LED 驱动器设计与散热设计的注意事项。
驱动芯片的选择
LED 驱动只占LED 照明系统成本的很小部分，但它关系到整个系统性能的可靠性。目前，美国国家半导体公司的LED 驱动方案主要定位在中高端LED 照明和灯饰等市场。灯饰分为室内和室外两种，由于室内LED 灯所应用的电源环境有AC/DC 和DC/DC 转换器两种方式，所以驱动芯片的选择也要从这两方面考虑。
图1：可变电流和可变电压基本电路
1、AC/DC 转换器
AC/DC 分为220V 交流输入和12V 交流输入。12V 交流电是酒店中广泛应用的卤素灯的电源，现有的LED 可以在保留现有交流12V 的条件下进行设计。针对替代卤素灯的设计，美国国家半导体LM2734的主要优势是体积小、可靠性高、输出电流高达1A,恰好适合卤素灯灯口直径小的特点。
取代卤素灯之后，LED 灯一般做成1W 或3W.LED 灯与卤素灯相比有两大优势：（1）
基于大功率LED 恒流驱动器的设计及其实例
光源比较集中，1W照明所获得的亮度等同于十几瓦卤素灯的亮度，因此比较省电；（2）LED 灯的寿命比卤素灯长。
LED灯的主要弱点是灯光的射角太窄，成本相对较高。但从长远来看，由于LED灯的寿命较长，所以还是具有非常大的成本优势。220V AC/DC转换器（例如LM5021）主要锁定舞台灯和路灯市场。
2、DC/DC转换器
目前，LED手电筒占据了DC/DC转换器的绝大部分需求量。手电筒采用的LED功率基本上是1W,供电方式包括锂电池和镍锌电池、碱性电池等。3W手电筒的应用一直还存在一些难点，因为3W LED灯本身需要散热，散热装置的体积大，从而在一定程度上削弱了LED灯体积小的优势。此外，由于3W LED灯的电流高达700mA,一次充电后的电池使用时间缩短。尽管如此，对于上述应用国家半导体提供LM3475、LM2623A和LM3485等方案。
矿灯也是LED灯的主要应用领域之一，它属于特种照明行业，需要专业的认证标准，中国对LED在矿灯领域的应用一直都很重视。目前，LED设计行业存在对特种行业的需求认识不足的问题，设计中常采用一些不切实际的、新奇的设计方案。例如，将LED灯和电池一起嵌入头盔，却没有考虑到矿灯特殊使用环境的各种需求，这可能是造成LED在矿灯市场的应用一直没有打开局面的重要原因。
对于矿灯LED应用，美国国家半导体提供了丰富的DC/DC稳压器产品，包括LM3485、LM3478和LM5010.已经用户采用一颗1W的LED灯，周围再放6颗普通的高亮度LED灯，
构成一种具有特殊闪烁功能的矿灯。
总而言之，LED灯在灯饰和特种照明行业有着广泛的发展前景，国家半导体为此提供完整的新型LED驱动解决方案。
图3：基于LM2734的恒流驱动电路
高效的恒流驱动电路
恒压供电的基本电路（图1左）采用反馈电阻RFB1和RFB2,当负载电流发生变化时，VFB也随之变化，DC/DC稳压器通过感知VFB的变化，使输出电压维持在一个固定的电平：V0=（VFB*（RFB1+RFB2））/RFB1（1）
在图1右边电路中，DC/DC稳压器的FB是高阻输入端，流经LED的电流IF为：
IF=VFB/RFB（2）
为保持IF恒定，DC/DC稳压器感知VFB,然后调整LED正端电压，使流经LED的电流保持恒定。这就是利用DC/DC稳压器FB反馈端实现恒压到恒流转换的原理。
一般来说，DC/DC稳压器对VFB的变化有一个感知的范围，一旦LED选定，其工作电流IF的大小也就确定了，所选的电阻要保证VFB落在DC/DC稳压器容许的范围内。
以VFB等于1.25V为例，假设IF分别为15mA、350mA和700mA,采样电阻的功耗将分别小于20mW、400mW和800mW.对于1W的LED来说，采样电阻的功耗分别占到总电源消耗的2%、40%和80%.因此，采样电阻的设计对提高LED的功效至关重要，它应该选取尽可能小的数值。
由于直接将RFB连接FB端会造成RFB的功耗过大，所以在FB端和RFB之间放置一个运算放大器，以放大RFB采集到的电压VTAP（图2）。
IF=VTAP/RFB=（VFB/RFB）*（1+RF/RI）（3）
通常，1W大功率LED的典型工作电流为350mA,如果选择RFB等于1欧姆，则RFB 的功耗为：
PRFB=I2*R=0.352*1=0.12W（4）
考虑运算放大器本身的功耗，RFB及其附属电路的功耗大约为1W LED功率的12%.这样就能在确保LED获得恒流供电的同时，将RFB的功耗降低到可以接受的水平，从而使LED两端的电压尽可能大，流经的电流也尽可能大。国家半导体按照这个原理工作的稳压器有LM2736和LM2734.
图4从采样电阻直接获取反馈电压的设计
此外，LED照明系统的光学效率不仅仅取决于LED恒流驱动方案，还与整个系统的散热设计密切相关。为缩小体积，某些LED恒流驱动系统将LED驱动电路与散热部分贴近设计，这样容易影响可靠性。
一般来说，LED照明系统的热源基本就是LED灯本身的热源，热源太集中会产生热损耗，因此LED驱动电路不能与散热系统紧贴在一起。建议采取下列散热措施：LED灯采用铝基板散热；功率器件均匀排布；尽可能避免将LED驱动电路与散热部分贴近设计；抑制封装至印刷电路基板的热阻抗；提高LED芯片的散热顺畅性以降低热阻抗。
表1：大功率LED在寿命上具有很大优势
新应用对驱动器的要求
大功率LED被称为"绿色光源",它将向大LED电流（300mA至1.4A）、高效率（60至120流明/瓦）、亮度可调的方向发展。
由于大功率LED在寿命上具有很大优势（表1），所以发展前景非常广阔，其中最被看好的照明应用是汽车、医疗设备和仪器仪表及其它特种照明环境。但这些应用对LED驱动系统设计也提出了新的要求，包括：输入电压范围一般要求为6V到24V;具有冲击负载保护、反相和过压保护；待机功耗非常低；低带隙基准以减少电流检测损耗以及具有PWM调整亮度的功能等。
针对这些需求，美国国家半导体公司提供了全系列LED驱动器设计方案（见表2），可以为用户提供全面的LED驱动器解决方案。
LED照明系统需要借助于恒流供电，目前主流的恒流驱动设计方案是利用线性或开关型DC/DC稳压器结合特定的反馈电路为LED提供恒流供电，根据DC/DC稳压器外围电路设计的差异，又可以分为电感型LED驱动器和开关电
容型LED驱动器。电感型升压驱动器方案其优点是驱动电流较高，LED的端电压较低、功耗较低、效率保持不变，特别适用于驱动多只LED的应用。在大功率LED驱动器设计中，主要采用开关电容型LED驱动方案，其优点是LED两端的电压较高、流过的电流较大，从而获得较高的功效及光学效率。先进的开关电容技术还能够提高效率，因而在大功率LED 驱动中应用广泛。
表2：美国国家半导体的LED驱动器解决方案一览表
目前LED照明受到社会广泛关注，大功率led光效提高空间还很大，而大功率LED恒流驱动方案可以对新应用的开发起到重要作用，相信在不远的将来，LED照明会应用在各个行业。
几种简单恒流源电路1
几种简单的恒流源电路 恒流电路应用的范围很广，下面介绍几种由常用集成块组成的恒流电路。 1.由7805组成的恒流电路，电路图如下图1所示： 电流I＝Ig＋VOUT/R，Ig的电流相对于Io是不能忽略的，且随Vout，Vin及环境温度的变化而变化，所以 这个电路在精度要求有些高的场合不适用。 2.由LM317组成的恒流电路如图2所示，I＝Iadj＋Vref/R
最简单地恒流源LED驱动电路
WMZD系列专门为LED照明做温度补偿的电阻，采用热敏电阻补偿法的LED恒流源，具有电路简洁，可靠性好,组合方便，经济实用，适用各种LED头灯，日光灯，路灯；车船灯,太阳能LED庭院灯；LED显示屏等对恒流的需求。是专门针对LED照明出现的由于温度引起的LED PN结电压VF下降，即-2mV/℃,称为PN结的负温效应。该特性在发光应用上是个致命的缺陷，直接影响到LED器件的发光效率、发光亮度、发光色度。比如，常温25℃时LED最佳工作电流20mA，当环境温度升高到85℃时，PN结电压VF下降,工作电流急剧增加到35mA～37mA,此时电流的增加并不会产生亮度的增加，称为亮度饱和。更为严重的是，温度的上升，引起光谱波长的偏移，造成色差。如长时工作在此高温区还将引起器件老化，发光亮度逐步衰减。同样，当环境温度下降至-40℃时，结电压VF上升，最佳工作电流将从20mA减小到8mA~10mA，发光亮度也随电流的减少而降低，达不到应用场所所需的照度。 为了避免上述特性带来的不足，一般在LED灯的相关产品上，通常采用如下措施：1.将LED装在散热板上，或风机风冷降温。2.LED采用恒流源的供电方式，不因LED随温度上升引起使回生电流增加，防止PN结恶性升温。或这两种方法并用。实践证明，这两种方法用于大功率LED灯（如广告背景灯、街灯）。确实是行之有效的措施。但当LED 灯进入寻常百姓家就碰到如下问题了：散热板和风冷能否集成在一个普通灯头的空间内；采用集成电路或诸多元器件组成的恒流源电路，它的寿命不取于LED，而取决整个系统的某块“短板”；有没有吸引眼球的价格。用热敏电阻补偿法来解决LED恒流源问题，既经济又实用。 我公司采用具有正温度系数的热敏电阻(+2mV/℃)与负温度特性的LED(-2mV/℃)串联，互补成一个温度系数极小电阻型负载。一旦工作电压确定后，串联回路中的电流，将不会随温度变化而变化，通俗地讲，当LED随温度升高电流增加时，热敏电阻也随温度升高电阻变大，阻止了回路电流上升，当LED 随温度下降电流减小时，热敏电阻也随温度下降电阻变小，阻止了回路电流的减少，如匹配得当，当环境温度在-40℃-85℃范围内变化时，LED的最佳工作电流不会明显变化，见图1电流曲线Ⅱ。 2:应用: 从图1可见，采用热敏电阻温度补偿方法与采用集成电路等元件组成的恒源相比，热敏电阻温度补偿法只用1个热敏电阻元件就可解决LED恒流源问题，其价格、体积、寿命等优势不言而喻。我们采用的
6种最常用恒流源电路的分析与比较
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， 图5 注：Is=IB+Iout=Iout(1+1/h FE)其中1/h FE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
图6 Is=Iout-I G 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，应此，电源利用范围很宽 类型5，这是利用J-FET的电路，改变R gs可使输出电流达到漏极饱和电流I DSS，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R GS，则电流值变成I DSS，这样，J-FET接成二极管形式就变成了“恒流二极管” 以上电路都是电流吸收型电路，但除了类型2以外，若改变Vref极性与使用的半导体元件，则可以变成电流吐出型电路。
最新压控恒流源电路设计资料
3、电流源模块的选择方案 方案一：由晶体管构成镜像恒流源 一缺点在于，集电极最大输出电流约为几百毫安，而题目要求输出电流为200~2000mA，因此由晶体管构成的恒流源不适合采用。 方案二：由运算放大器构成恒流电路 运算放大器构成的恒流电路摆脱了晶体管恒流电路受限于工艺参数的缺点。但是只由运放构成的恒流电路，输出电流同样只能达到几十毫安，远远不能满足设计要求，因此必须加上扩流电路。采用运算放大器加上扩流管构成恒流电路，既能利用运算放大器准确的特性，输出又能达到要求。该电路的缺点之一在于电流的测量精度受到两个晶体管的匹配程度影响，其中涉及到比较复杂的工艺参数。 方案三：由运算放大器加上扩流管构成恒流电路 采用高精度运算放大器OP07，更能增加其准确的性能；采用达林顿管TP127 进行扩流，具有很大的扩流能力，两者结合，可以实现比较精确的恒流电路。 鉴于上面分析，本设计采用方案三。 （3）恒流源电路的设计 恒流源电路如图8.15 所示。其中，运算放大器U3 是一个反相加法器，一路输入为控制信号V1，另一路输入为运放U1 的输出反馈，R8 是U3 的反馈电阻。用达林顿管TIP122 和TIP127 组成推挽式电路，两管轮流导通。U2 是电压跟随器，输入阻抗高，基本没有分流，因此流经R2 的电流全部流入负载RL。U1 是反相放大器，取R14＝R11 时，放大 倍数为-1，即构成反相器。 针对运算放大器输出电流小的不足，该电路加了扩流电路。采 图8.15 恒流源部分电路 若U3 的输入电压为Vin，根据叠加原理，有
由U2 的电压跟随特性和U1 的反相特性，有 代入得到 即流经R7 的电流完全由输入控制电压Vin 决定 由于U2 的输入端不取电流，流经负载RL 的电流完全由输入控制电压Vin 决定，实现了压控直流电流源的功能。由于R7 中流过的电流就是恒流源的输出电流，按照题目要求，输出的直流电流需要达到2A，这里采用康锰铜电阻丝作为电阻R7。 2压控恒流源电路设计 压控恒流源是系统的重要组成部分，它的功能是用电压来控制电流的变化，由于系统对输出电流大小和精度的要求比较高，所以选好压控恒流源电路显得特别重要。采用如下电路：电路原理图如图8.5 所示。该恒流源电路由运算放大器、大功率场效应管Q1、采样电阻R2、负载电阻RL 等组成。
恒流恒压充电器的原理与设计
恒流恒压充电器的原理与设计 2009-09-22 09:26 随着高新电子技术的发展各类充电电子产品不断上升，为此云峰电子为朋友们提供些相关恒流充电器的制作与原理分析，请仔细阅读！详情咨询https://www.360docs.net/doc/3612424656.html, 第一类、lm317恒流源电路图 图１、图２分别是用７８××和ＬＭ３１７构成的恒流充电电路，两种电路构成形式一致。对于图１的电路，输出电流Ｉｏ＝Ｖｘｘ／Ｒ＋ＩQ，式中Ｖｘｘ是标称输出电压，ＩQ是从ＧＮＤ端流出的电流，通常ＩQ≤５ｍＡ。当ＶＩ、Ｖｘｘ及环境温度变化时，ＩＱ的变化较大，被充电电池电压变化也会引起ＩQ的变化。ＩQ是Ｉｏ的一部分，要流过电池，ＩQ的值与Ｉｏ相比不可忽略，因而这种电路的恒流效果比较差。对于图２的电路，输出电流Ｉｏ＝ＶREF／Ｒ＋ＩADJ，式中ＶREF是基准电压，为１．２５Ｖ，ＩADJ是从调整端ＡＤＪ流出的电流，通常ＩADJ≤５０μＡ。虽然ＩADJ也随ＶI及环境条件的变化而变化，且也是Ｉｏ的一部分，但由于ＩADJ仅为７８××的ＩQ的１％，与Ｉｏ相比，ＩQ可以忽略。可见ＬＭ３１７的恒流效果较好。 对可充电电池进行恒流充电，用三端稳压集成电路构成恒流充电电路具有元件易购、电路简单的特点。有些读者在设计电路时采用７８××稳压块，如《电子报》２００１年第２期第十一版刊登的《简单可靠的恒流充电器》及今年第６期第十版的《恒流充电器的改进》一文，均采用７８０５。７８××虽然可接成恒流电路，但恒流效果不如ＬＭ３１７，前者是固定输出稳压ＩＣ，后者是可调输出稳压ＩＣ，两种芯片的售价又相近，采用ＬＭ３１７才是更为合理的改进。 ＬＭ３１７采用Ｔ０－３金属气密封装的耗散功率为２０Ｗ，采用ＴＯ－２２０塑封结构的耗散功率为１５Ｗ，负载电流均可达１．５Ａ，使用时需配适当面积的散热器。由于ＬＭ３１７的ＶREF＝１．２５Ｖ，其最小压差为３Ｖ，因此输入电压ＶI达４．２５Ｖ就能正常工作。但应注意输出电流Ｉｏ调得较大时，输入电压ＶI的范围将减小，超出范围会进入安全保护区工作状态，使用时可从图３的安全工作区保护曲线上查明输入—输出压差（ＶI－Ｖｏ）的范围。 ７８××与ＬＭ３１７内部均有限流、过热保护功能，后者还有安全工作区保护功能。７８××不允许ＧＮＤ端悬空，否则器件极易损坏。ＬＭ３１７即使ＡＤＪ端悬空，各种保护功能仍然
压控恒流源电路设计
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关于恒流源电路的研究与几种设计方案
第一章引言 随着现代技术的发展,恒定电流源的应用将十分重要，如机器人、工业自动化、卫星通信、电力通讯、智能化仪器仪表以及其它数字控制等方面都迫切需要应用恒定电流器件，因此, 研究和开发恒流器件具有十分重要的意义。许多场合, 尤其是高精度测控系统需要高精度的电压源与电流源。微电子工艺的高度发展, 给我们提供了许多小型化、集成化的高精度电压源, 但电流源, 特别是工作电流大的高精度电流源仍需使用者自行设计实现。 恒流源是能够向负载提供恒定电流的电源,因此恒流源的应用范围非常广泛,并且在许多情况下是必不可少的。例如在用通常的充电器对蓄电池充电时,随着蓄电池端电压的逐渐升高,充电电流就会相应减少。为了保证恒流充电,必须随时提高充电器的输出电压,但采用恒流源充电后就可以不必调整其输出电压,从而使劳动强度降低,生产效率得到了提高。恒流源还被广泛用于测量电路中,例如电阻器阻值的测量和分级,电缆电阻的测量等,且电流越稳定,测量就越准确。 本论文主要概括了恒流源的基本概念，并设计出几种不同要求的恒流源，运用了SPCE061A单片机设计出新型数控恒流源，具有高稳定性和高灵敏性。对以往恒流源进行了改进创新。 第二章基本恒流源电路 2.1恒流源基础知识 基本恒流源电路是恒流源电路的基本组成，是分析恒流源电路的基础。2.1.1恒流源介绍 恒流源,是一种能向负载提供恒定电流之电路.它既可以为各种放大电路提供偏流以稳定其静态工作点,又可以作 为其有源负载,以提高放大倍数.并且在差动放大电路、脉冲产生电路中得到了广泛应用. 过一定的论述.然而,对各种恒流电路之对比分析,各自应用特点,以及需要改进的方面,还有待进一步研究,本文就来探 讨这些问题. 2.1.2恒流源的原理和特点
分析比较6种最常用恒流源电路
分析比较6种最常用恒流源电路 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， 图5 注：Is=IB+Iout=Iout(1+1/h FE)其中1/h FE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 图6 Is=Iout-I G 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，应此，电源利用范围很宽 类型5，这是利用J-FET的电路，改变R gs可使输出电流达到漏极饱和电流I DSS，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R GS，则电流值变成I DSS，这样，J-FET接成二极管形式就变成了“恒流二极管” 以上电路都是电流吸收型电路，但除了类型2以外，若改变Vref极性与使用的
直流可调恒流源设计说明
2013年3月 直流可调恒流源设计 学生：徐乐 指导教师：王留留 电气信息工程学院自动化专业 1课程设计的任务与要求 1.1课程设计的任务 设计一个直流可调恒流源电路。通过调节线性电位器，产生可控恒定电流,当固定时产生恒定电流。 1.2课程设计的要求 设计一个简易可调恒流源产生电路,满足日常生活对恒定电流的需要 (1)输入（AC）：U=220V，f=50HZ。 (2)输出电流稳定，在一定围可调。 (3)设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。 (4)自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量。 (5)在Multisim软件上画出电路图，并仿真和调试，并测试其主要性能参数。 1.3课程设计的研究基础 电子技术基础（模电部分） 变压器、整流电路、滤波电路、稳压芯片、镜像电流源的工作原理 2 直流可调恒流源系统方案制定 2.1 方案提出 方案一 (1)电网提供交流220V(有效值)频率为50Hz的电压，要获得低压直流输出，首先必须采用 电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。 (2)降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大。 (3)脉动大的直流电压经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留
其直流成份。 (4)滤波后的直流电压，再通过稳压经可调恒流源电路，便可得到可调的恒定直流电流输出， 供给负载R L 。 方案二 (1)将交流电220v 电压转化为可调恒压源输出。包括降压器、整流电路、滤波稳压芯片、 取样电路。 (2)电压电流转换电路。 (3)两电路整合，将220v 电压转化为可调恒流源。 2.2 方案论证 第一种方案是直接设计直流可调恒流源电路，只有一个电路。第二种方案是通过电压电流转换电路，将两个电路整合，要设计的电路比较多。第一种方案比较简单，通过比较选择第一种方案。 3 直流可调恒流源系统方案设计 3.1各单元模块功能介绍及电路设计 直流恒流电源是一种将220V 交流电转换成恒流输出的直流电的装置，它需要变压、整流、滤波、恒流四个环节才能完成。一般由电源变压器、整流滤波稳压电路及恒流电路所组成，基本框图如下： 图1 系统框图 (1) 电源变压器：它的作用是将220V 的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压。变压 器的变比由变压器的副边确定，变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n ，式中n 是变压器的效率。 （2）整流电路：利用单向导电元件，将50HZ 的正弦交流电变换成脉动的直流电路。 T 负 载
基于LM334的恒流源电路调试总结
基于LM334芯片做的1mA恒流源电路最近因为工作需要，设计了一款基于LM334MX/NOPB的1mA恒流源电路，根据实际效果来看，也基本能够满足设计需求，虽然网上已经有很多关于这个设计的帖子、芯片手册上也有相关说明，但我还是想把自己在调试过程中遇到的问题做一个整理，然后共享出来让更多的人看到，最大限度避免有人跟我走同样的弯路，提高我们这些苦逼硬件工程师的工作效率，如果文中内容有错误的地方也欢迎大家指出来，我们一起进步。 最近手头接到一个项目，需要做一个位移传感器，经项目小组开会讨论，最后决定电路设计以恒流源为基础，采集负载端接入电路不同电阻情况时横流输入端的不同电压，以确定此时传感器的不同行程。 为了设计恒流源电路，在网上查看了很多资料，看了很多大家发的总结，也比较了很多种恒流源电路的优劣，最后从产品精度要求、产品成本、实际设计中电路板尺寸综合考虑，决定使用LM134系列芯片做恒流源电路，该系列芯片datasheet在网上随处可见，很好下载，在这里就不多做描述，直接上图： 下图1为我画的恒流源电路，图2为芯片datasheet上给的恒流源电路。对比图1和图2，有三处区别， 区别1：开关二极管替换，没有别的考虑，只是手头只有1N4148，查看资料后确定能够直接替换； 区别2：电阻数量，主要是为了能够调整输出电流，所以设计两两电阻并联形式，可以根据自己手头现有器件，搭建满足要求
的电阻。（图1中右侧标注为1mA时的电阻理想值）区别3：恒流源输出端串0Ω电阻，只是为了调试中能够方便使用万用表测量电路是否横流而设计 图1 恒流源电路 图2 官方恒流源电路 注意三点：
简单恒流源电路设计
微安级恒流源的电路设计方法 微安级数控恒流源广泛地应用于智能仪器和先进检测技术中。与一般的恒流源电路相比，微安级恒流源输出电流小，更易受到电路中纹波和噪声的影响，在器件选择和电路设计方面尤其要注意高精度和高阻抗。正是由于这些特点，微安级恒流源的电路设计方法与普通的恒流源电路有所区别。 1微安级数控恒流源的一般设计方法 虽然恒流源的电路形式各种各样，但是其电路结构基本一样，都是基于闭环反馈的思想，反馈的形式主要有晶体管反馈、场效应管反馈、并联稳压器反馈、运算放大器反馈等。数控恒流源的一般结构框图如图l所示，根据所需的恒流电路的电流值，系统首先通过微处理器计算出对应的电压值，由DA转换环节输出电压，经过滤波电路的处理，和误差放大、功率放大、电流检测比较放大以及电压电流转换等环节，在负载电阻所在回路输出恒定的电流。 精密的恒流源电路多是使用运算放大器作为负反馈的误差放大器，以晶体管或场效应管作为功率放大器件，从而形成闭环反馈电路。微安级恒流源电路的设计也是基于这种闭环反馈的思想，所不同的是由于在功率放大环节使用的晶体管或场效应管都有数微安或者数十微安的漏电流，会影响电路的精度，远超过微安级电路所允许的误差范围。而一般运放的输出带载能力都能达到数毫安或者数十毫安，能满足微安级恒流源电路所需的输出要求。因此在微安级恒流源中无需采用功率放大器件，而直接使用运放向负载电阻输出电流。即运放既起到误差放大器的作用，又起到功率放大器的作用。如此设计不仅能满足要求，也能减小由于功率放大引起的误差和功率损耗，提高电路的精度和效率。
图2所示为典型的微安级恒流源电路。DA转换器输出给定电压后，经R1和C1组成的低通滤波器送入运放同相输入端，运放输出端接负载，电流采样电阻R3将输出电流转换为电压，进入运放的反向输入端构成负反馈。图中R3为采样电阻，需采用初始精度高、温度漂移系数低的精密电阻。 下面举例说明元器件参数的选择，如需要设计0～10μA的数控电流源，所选DA 转换器的参考电压为2．5V，即DA转换器的最大输出电压Vmax为2．5V，在此电路中，应该对应最大的输出电流Imax为10μA，根据运放“虚短虚断”的原则，R3的值应由式(1)确定。 因此R3应取250kΩ。 2差分电路在微安级恒流源电路中的应用 图2所示的微安级恒流源电路，简单可靠，但存在两个问题。a．运放反向输入端的偏置电流会影响电路的精度，尤其是对于微安级的电路影响很大。因此必须选用偏置电流较小的运放，如FET型的运放。b．在此电路中，负载没有共地。由于在地线上串入了电阻，流入地电平的电流将在取样电阻上产生电压，此电压将以地电平噪声的形式出现在系统的所有地节点上，这样将严重影响模拟电路的精度甚至会导致系统数字电路的误动作。 为了使电路的应用更为广泛，可以采用图3所示的电路结构。
最简单的恒流源LED驱动电路
WMZD系列专门为LED照明做温度补偿的电阻,采用热敏电阻补偿法的LED恒流源,具有电路简洁,可靠性好,组合方便,经济实用,适用各种LED头灯,日光灯,路灯;车船灯,太阳能LED庭院灯;LED显示屏等对恒流的需求。就是专门针对LED 照明出现的由于温度引起的LED PN结电压VF下降,即-2mV/℃,称为PN结的负温效应。该特性在发光应用上就是个致命的缺陷,直接影响到LED器件的发光效率、发光亮度、发光色度。比如,常温25℃时LED最佳工作电流20mA,当环境温度升高到85℃时,PN结电压VF下降,工作电流急剧增加到35mA～37mA,此时电流的增加并不会产生亮度的增加,称为亮度饱与。更为严重的就是,温度的上升,引起光谱波长的偏移,造成色差。如长时工作在此高温区还将引起器件老化,发光亮度逐步衰减。同样,当环境温度下降至-40℃时,结电压VF上升,最佳工作电流将从20mA减小到8mA~10mA,发光亮度也随电流的减少而降低,达不到应用场所所需的照度。 为了避免上述特性带来的不足,一般在LED灯的相关产品上,通常采用如下措施:1、将LED装在散热板上,或风机风冷降温。2、LED采用恒流源的供电方式,不因LED随温度上升引起使回生电流增加,防止PN结恶性升温。或这两种方法并用。实践证明,这两种方法用于大功率LED灯(如广告背景灯、街灯)。确实就是行之有效的措施。但当LED灯进入寻常百姓家就碰到如下问题了:散热板与风冷能否集成在一个普通灯头的空间内;采用集成电路或诸多元器件组成的恒流源电路,它的寿命不取于LED,而取决整个系统的某块“短板”;有没有吸引眼球的价格。用热敏电阻补偿法来解决LED恒流源问题,既经济又实用。 我公司采用具有正温度系数的热敏电阻(+2mV/℃)与负温度特性的LED(-2mV/℃)串联,互补成一个温度系数极小电阻型负载。一旦工作电压确定后,串联回路中的电流,将不会随温度变化而变化,通俗地讲,当LED随温度升高电流增加时,热敏电阻也随温度升高电阻变大,阻止了回路电流上升,当LED随温度下降电流减小时,热敏电阻也随温度下降电阻变小,阻止了回路电流的减少,如匹配得当,当环境温度在-40℃ -85℃范围内变化时,LED的最佳工作电流不会明显变化,见图1电流曲线Ⅱ。 2:应用: 从图1可见,采用热敏电阻温度补偿方法与采用集成电路等元件组成的恒源相比,热敏电阻温度补偿法只用1个热敏电阻元件就可解决LED恒流源问题,其价格、体积、寿命等优势不言而喻。我们采用的这种正温度热敏电阻WMZD,专为LED应用而研制的,其常用规格见表1,下面介绍一下该热敏电阻的应用特性。 20mA LED恒流源WMZD-5A20的应用 我们可以用1只WMZD-5A20与5只LED(20mA)串联组成一个标准单元,它的LED恒流源电流20mA,工作电压U=3V+5×3、4V=20、0V。3V就是WMZD-A20电阻压降,3、4V就是LED的正向导通电压(或2、8V~4、2V),它的恒流特性见图1中的电流曲线II。
微安级恒流源设计
微安级恒流源电路设计 微安级数控恒流源广泛地应用于智能仪器和先进检测技术中。与一般的恒流源电路相比，微安级恒流源输出电流小，更易受到电路中纹波和噪声的影响，在器件选择和电路设计方面尤其要注意高精度和高阻抗。正是由于这些特点，微安级恒流源的电路设计方法与普通的恒流源电路有所区别。 1微安级数控恒流源的一般设计方法 虽然恒流源的电路形式各种各样，但是其电路结构基本一样，都是基于闭环反馈的思想，反馈的形式主要有晶体管反馈、场效应管反馈、并联稳压器反馈、运算放大器反馈等。数控恒流源的一般结构框图如图l所示，根据所需的恒流电路的电流值，系统首先通过微处理器计算出对应的电压值，由D A转换环节输出电压，经过滤波电路的处理，和误差放大、功率放大、电流检测比较放大以及电压电流转换等环节，在负载电阻所在回路输出恒定的电流。 精密的恒流源电路多是使用运算放大器作为负反馈的误差放大器，以晶体管或场效应管作为功率放大器件，从而形成闭环反馈电路。微安级恒流源电路的设计也是基于这种闭环反馈的思想，所不同的是由于在功率放大环节使用的晶体管或场效应管都有数微安或者数十微安的漏电流，会影响电路的精度，远超过微安级电路所允许的误差范围。而一般运放的输出带载能力都能达到数毫安或者数十毫安，能满足微安级恒流源电路所需的输出要求。因此在微安级恒流源中无需采用功率放大器件，而直接使用运放向负载电阻输出电流。即运放既起到误差放大器的作用，又起到功率放大器的作用。如此设计不仅能满足要求，也能减小由于功率放大引起的误差和功率损耗，提高电路的精度和效率。
图2所示为典型的微安级恒流源电路。D A转换器输出给定电压后，经R1和C1组成的低通滤波器送入运放同相输入端，运放输出端接负载，电流采样电阻R3将输出电流转换为电压，进入运放的反向输入端构成负反馈。图中R3为采样电阻，需采用初始精度高、温度漂移系数低的精密电阻。 下面举例说明元器件参数的选择，如需要设计0～10μA的数控电流源，所选D A转换器的参考电压为2．5V，即D A转换器的最大输出电压V m a x为2．5V，在此电路中，应该对应最大的输出电流I m a x为10μA，根据运放“虚短虚断”的原则，R3的值应由式(1)确定。 因此R3应取250kΩ。 2差分电路在微安级恒流源电路中的应用 图2所示的微安级恒流源电路，简单可靠，但存在两个问题。a．运放反向输入端的偏置电流会影响电路的精度，尤其是对于微安级的电路影响很大。因此必须选用偏置电流较小的运放，如F E T型的运放。b．在此电路中，负载没有共地。由于在地线上串入了电阻，流入地电平的电流将在取样电阻上产生电压，此电压将以地电平噪声的形式出现在系统的所有地节点上，这样将严重影响模拟电路的精度甚至会导致系统数字电路的误动作。 为了使电路的应用更为广泛，可以采用图3所示的电路结构。 此电路通过差分放大器的拓扑形式解决了恒流源负载不共地的问题，负载是接在输出与地线之间。在此电路中，由于采用了差分结构，因此需慎重选择电阻，其中R l和R2，R3和 R4，R5和R6分别相等，如果这三对电阻选得不对称，将会严重影响输出电流的精度。通过运放“虚短虚断”的原则，可以计算出在此电路中D A转换器输出l V的电压对应恒流源电路的输出电流为10μA。 3运用仪表放大器设计微安级恒流源电路
高效率恒流源电路的设计
泉州师范学院 毕业论文（设计） 题目高效率恒流源电路的设计 物信学院电子信息科学与技术专业07级 1 班学生姓名黄开华学号070303023 指导教师袁放成职称教授 完成日期2011年4月 教务处制
高效率恒流源电路的设计 物信学院 07级电子信息科学与技术 070303023 黄开华 指导教师袁放成教授 【摘要】本文设计并制作了由DC-DC变换器为核心的开关稳流电源。该稳流电源可对手机锂离子进行充电，采用电流型脉宽调制器UC3843作为核心器件，实现输出电流可调的开关稳流电源电路，同时采用单片机C8051F410进行程控，使开关稳流电源具备更加完善的功能。 【关键词】UC3843 ；DC-DC变换器；PWM；单片机C8051F410
引言 (4) 1. 系统设计 (4) 1.1系统设计任务 (4) 1.2系统设计的基本要求 (4) 1.3系统设计方案 (4) 1.3.1 DC/DC 变换器电路拓扑结构论证 (4) 1.3.2微控制器电路方案论证 (4) 1.3.3 系统设计框图 (5) 2. 硬件电路设计及工作原理 (5) 2.1主器件的介绍 (5) 2.1.1电流型脉宽调制器UC3843简介 (5) 2.1.2 DC-DC变换电路设计 (7) 2.2元件参数选择 (7) 2.2.1 储能电感 (7) 2.2.2 续流二极管 (7) 2.2.3 功率开关管 (7) 3. 数据测量及数据分析 (7) 3.1测试仪器 (7) 3.2测试方法 (7) 3.3数据测试 (7) 3.4数据分析 (13) 4.设计总结 (13) 致谢 (13) 参考文献 (13) 附录： (15)
恒流源电路探讨
目录 中文摘要................................................................................................................................. Abstract ............................................................................................................................ 1引言..................................................................................................................................... 2基本恒流源电路................................................................................................................. 2.1恒流源基础知识 2.1.1恒流源介绍 2.12恒流源的原理和特点 2.1.3流源的分类\ 2.1. 3.1晶体管恒流源 2.1. 3.2场效应管恒流源 2.1. 3.3集成运放恒流源 2.2总结各种恒流源特点 2.3恒流源实际电路设计 2.3.1采用集成运放构成的线性恒流源 2.3.2采用开关电源的开关恒流源 2.3.3采用集成稳压器构成的开关恒流源............................................................... 2.4单片机控制的数控直流恒流源 3结论...................................................................................................................................... 致谢.................................................................................................................................
一种恒流源电路的巧妙设计
第27卷第8期2006年8月 仪器仪表学报 Chinese Journal of Scient ific Instrument Vol127No18 Aug12006一种恒流源电路的巧妙设计* 卫永琴高建峰 (山东科技大学信息与电气工程学院青岛266510) 摘要本文主要介绍了在温度巡检仪系统中恒流源电路的巧妙设计,系统采用恒流源电路作为信号的获取电路,恒流源电路是采用价格低廉的器件通过比较巧妙的设计构成的,恒流效果十分理想。同时也介绍了温度传感器在现场的安装技术。 关键词恒流源温度传感器现场安装 中图分类号TP216文献标识码B国家标准学科分类代码510.99 Artful design of a constant current source circuit Wei Yongqin Gao Jianfeng (college of I nf or.&Elec.E ng,S UST,Qingda o266510,China) Abstr act T his paper intr oduces the ar tful design of a constant cur rent source circuit in the temperature meas2 urement system.This system uses constant current source circuit to obtain signal.The circuit uses low price components artfully,and the performance of the circuit is very nice.A t the same time,this paper also intro2 duces the temperature sensor on site installation technique. Key words constant curr ent sour ce temperature sensor on site installation 1引言 目前市场上针对温度测量的检测仪器不少,而且其制作的水平无论在工艺还是在测量的精度上都在不断地提高,但要得到高精度、宽量程以及多通道的温度检测仪,价格都十分昂贵。针对这一情况,本文运用比较常规的温度传感器以及价格低廉的电子元件构成低成本、高性能的智能系统。 2系统的原理结构图 根据目前智能仪表的一般特点,系统的原理结构框图如图1所示。 从图1可知,系统主要包括构成智能测量系统核心的微处理器、检测温度的敏感元件-Pt100铂热电阻式温度传感器、信号的采集电路-恒流源电路、信号的切换及偏置放大电路、A/D转换电路、显示输出电路、 通信电路、 图1温度巡检仪原理结构图 存储电路以及电源电路。 3恒流源电路 3.1恒流源电路的设计 将来自现场传感器的信号变换成前向通道中A/D 转换器能识别的信号是调理电路的作用。作为本系统,由于温度传感器是Pt100热电阻,因此调理电路完成的怎样,将与温度有关的电阻信号变换成能被A/D转换器接受的电压信号有密切关系。恒流源电路作为调理电路 *本文于2005年5月收到。