恒壓源改恒流源的實(shí)用方案

在電子電路設(shè)計(jì)里，恒壓源和恒流源是最基礎(chǔ)的兩種電源類型，適配不同的負(fù)載需求—— 恒壓源主打輸出電壓穩(wěn)定，恒流源則能在負(fù)載變動(dòng)時(shí)保持電流不變，像 LED 驅(qū)動(dòng)、傳感器供電、電池充電這些場(chǎng)景都常用到。實(shí)際做項(xiàng)目時(shí)，與其重新設(shè)計(jì)恒流源，不如利用現(xiàn)有恒壓源改造，既省錢(qián)又靈活。核心思路很簡(jiǎn)單：靠反饋控制把輸出電流 “管住”，下面就具體說(shuō)說(shuō)常用的實(shí)現(xiàn)方法。

一、轉(zhuǎn)換的核心邏輯

恒壓源轉(zhuǎn)恒流源，本質(zhì)是加個(gè)電流反饋回路。先檢測(cè)負(fù)載回路里的電流，再和預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)值對(duì)比，動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出電壓，這樣就能抵消負(fù)載電阻變化對(duì)電流的影響。從理論上來(lái)說(shuō)，理想恒流源的輸出阻抗得是無(wú)窮大，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)要靠放大電路提高等效輸出阻抗，才能保證電流穩(wěn)定。這里有個(gè)核心公式：I_out= V_ref/R_sense，其中V_ref是基準(zhǔn)電壓，R_sense是采樣電阻。也就是說(shuō)，輸出電流主要由這兩個(gè)參數(shù)決定，只要負(fù)載電阻在允許范圍內(nèi)，電流就不會(huì)變。

二、三種常用實(shí)現(xiàn)方案

（一）串聯(lián)電阻法

這是最省事的實(shí)現(xiàn)方式，直接在恒壓源輸出端和負(fù)載之間串一個(gè)高精度的采樣電阻R_sense就行。負(fù)載電流變了，采樣電阻兩端的電壓（V_R=I_out×R_sense）也會(huì)跟著變，要么手動(dòng)調(diào)恒壓源的輸出電壓，要么加個(gè)簡(jiǎn)單電路自動(dòng)調(diào)節(jié)，就能讓電流保持恒定。

方案優(yōu)勢(shì)：電路簡(jiǎn)單，成本低。適合對(duì)電流穩(wěn)定性要求不高的場(chǎng)景，比如普通LED 指示燈驅(qū)動(dòng)。

缺點(diǎn)：負(fù)載突然變化時(shí)，響應(yīng)比較慢，手動(dòng)調(diào)節(jié)跟不上。而且采樣電阻會(huì)額外消耗功率，效率不高。另外，電流穩(wěn)定度全靠恒壓源的調(diào)節(jié)精度，不適合精密電路使用。

（二）運(yùn)放反饋法

利用運(yùn)算放大器的高增益、低失調(diào)特性做閉環(huán)控制，能實(shí)現(xiàn)高精度恒流輸出。典型電路包括恒壓源、運(yùn)放、采樣電阻和調(diào)整管（晶體管或MOS 管），搭起來(lái)也不算復(fù)雜。

工作原理可以通俗理解：運(yùn)放的同相端接基準(zhǔn)電壓V_ref，反相端通過(guò)采樣電阻連到負(fù)載回路，調(diào)整管串在恒壓源和負(fù)載之間，運(yùn)放的輸出端控制調(diào)整管的導(dǎo)通程度。根據(jù)運(yùn)放的“虛短” 特性，同相端和反相端電壓相等，也就是 V-=V_ref，而V- 其實(shí)就是采樣電阻兩端的電壓（I_out×R_sense），所以輸出電流還是滿足I_out=V_ref/R_sense。如果負(fù)載電阻變了導(dǎo)致電流偏離設(shè)定值，采樣電阻的電壓信號(hào)會(huì)馬上反饋給運(yùn)放，運(yùn)放調(diào)整輸出電壓，改變調(diào)整管的導(dǎo)通電阻，把電流拉回設(shè)定值。

優(yōu)勢(shì)：精度高，電流誤差能控制在±0.1% 以內(nèi)，而且穩(wěn)定性好、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，采樣電阻選小阻值高精度的，功率損耗也小。

（三）集成芯片法

現(xiàn)在電源管理芯片技術(shù)越來(lái)越成熟，用集成恒流芯片改造恒壓源，比分立元件更高效、更省心。這類芯片內(nèi)部已經(jīng)集成了運(yùn)放、基準(zhǔn)源、采樣電阻和保護(hù)電路，只要把恒壓源接到芯片輸入端，再通過(guò)外部電阻設(shè)定輸出電流，就能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的恒流輸出。

優(yōu)勢(shì)：電路簡(jiǎn)化，不用搭復(fù)雜的外圍電路，集成度高、可靠性強(qiáng)，還自帶過(guò)流、過(guò)溫保護(hù)功能，特別適合批量生產(chǎn)或者對(duì)可靠性要求高的場(chǎng)景，比如LED 陣列驅(qū)動(dòng)、鋰電池恒流充電。

缺點(diǎn)：成本比分立元件方案稍高，而且電流調(diào)節(jié)范圍受芯片規(guī)格限制，選型時(shí)要根據(jù)實(shí)際需求核對(duì)參數(shù)。

三、適用場(chǎng)景對(duì)比

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