随着工业智能化进程的不断深入,嵌入式系统对供电的要求越来越高,对输入电压范围也越来越宽,对输出电流精度要求也日益提高。如何保持宽电压输入而供电电流能够保持稳定?本文将介绍常见的电源恒流电路
 
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。
 
一、理想的恒流源
理想的恒流源是电流不随输入电压的变化而变化,不受环境温度的影响,内阻无穷大。但是,实际中的恒流电路跟理想的还是存在差距,所以要根据实际应用选取合适的恒流源电路。
 
二、几种简单的恒流源介绍
由两个三极管组成的恒流源电路,如电路图 1。
 
图 1
 
由两个同型号的三极管,根据三极管 Vbe 电压相对稳定,以及三极管的基极电流相对集电极电流较小的特点,组成一个电流相对恒定的恒流源,电流 Io=Vbe/R1;这个恒流源没有用到特殊器件,两个三极管和两个电阻组成,成本低,电流 Io 可调;缺点是 Vbe 的大小会随电流及温度的变化而变化,电流大 Vbe 大,温度低 Vbe 大,所以不适合用在精度要求高的地方。
 
由稳压管组成的恒流源电路,如电路图 2。
 
图 2
 
此恒流电路主要是运用了稳压二极管上的电压较稳定特性,以及三极管 Vbe 的稳定性,组成的恒流电路,Io=(Vd-Vbe)/R3;此电路优点是成本低,电流可调,缺点是温度特性差,稳流精度不高,适用于对精度要求不高的场合。
 
由三端稳压器组成的恒流源,如电路图 3。
 
图 3
 
三端稳压器提供一个恒定电压 Vout,组成一个恒流源,Io=Vout/R1。
 
以上都是一些比较常见的简单的恒流源,而且有一个共性,稳压精度都不高,电流 Io 也不大。除了以上列举的几个,还有其他类似的恒流源,但万变不离其宗,都是以一个恒压源为基准组成,在此就不一一列举。
 
在应用过程中,如果需要高精度、大电流的恒流源,可以使用一个运放,组成一个高精度、大电流的恒流源,如电路图 4。
 
图 4
 
使用运放组成的恒流源,Io=Vref/R1。
 
三、恒流源在电源模块中的应用
在模块电源中,小功率电源的短路保护一般不外接短路保护电路,这种模块的特点是功率小,体积小,成本低;适合当前竞争激烈的市场;然而它们本身存在一个致命的特点,短路保护功能和启动能力存在矛盾,启动能力强,短路保护就会变差;短路保护变强,启动能力就会变弱。特别是在需要超宽电压范围输入的情况下,启动能力跟短路能力更不好兼容。
 
举个例子,18~72VDC 输入,15W 输出的模块电源,如果是用电阻加电容组成 RC 启动电路如图 5,电阻 R1 电流会随输入电压的变化,低压和高压短路时,打嗝周期会相差很大,短路功率高压输入时会较大;调好低压启动能力和短路保护后,高压短路保护就会变差,启动能力超强,反过来调好高压启动和短路能力,低压的短路保护能力很好,但是,启动能力很差,会出现启动不良现象。
 
图 5
 
为了解决以上矛盾,把启动电路改为用一个恒定电流的电路替代,如图 6,输入电流基本不会随输入电压的变化而变化,在高低压输入的情况下,电源模块输出短路时的短路周期较近。
 
图 6
 
如图 7、8 所示,是采用了恒流电路,测试的短路波形图,用恒流电路替代电阻启动解决了启动和短路的矛盾。
 
图 7
 
图 8
 
恒流源的实现可以通过两种方式:对输出电流进行处理、对输入电流进行处理保证输出能够实现恒流。对于前者主要作用为使输出电流保持平稳,可以通过三极管、三端稳压等器件进行稳流,虽成本较低且电路简单但整体效果不是很理想;对于后者输入电流基本不会随输入电压的变化而变化,可以使输出从而实现恒流。
 
而也可以使用整体的宽压输入稳压输出电源模块,ZLG 致远电子自主研发、生产的隔离电源模块已有近 20 年的行业积累,目前产品具有宽输入电压范围,可支持 2:1 与 4:1 宽压输入,输出电压精度可达±3%,封装形式多样,兼容国际标准的 SIP、DIP 等封装。同时致远电子为保证电源产品性能建设了行业内一流的测试实验室,配备最先进、齐全的测试设备,全系列隔离 DC-DC 电源通过完整的 EMC 测试,静电抗扰度高达 4KV、浪涌抗扰度高达 2KV,可应用于绝大部分复杂恶劣的工业现场,为用户提供稳定、可靠的电源隔离解决方案。