作者: Lashley Wang
关键词: 电源设计
敲黑板
- 理想恒流源的核心特性是什么？
- 为什么理想恒流源连接到开路时”不合逻辑”？
- 理想恒流源与理想恒压源的输出阻抗有何区别？
- 现实世界中能否构建理想的恒流源？为什么？
- 恒流源在实际电子学中有哪些应用实例？
恒流源将在负载上提供恒定电流，而对负载本身无任何要求。这意味着内部产生的电压将（在理想化模型内）采取一切必要措施来维持额定电流。
例如，假设有一个10 A的恒流源。它将提供：
- 短路时提供10 A
- 接入1 Ω负载时提供10 A
- 跨接在-10 VDC电源上时提供10 A——对10 VAC电源同样如此
- 与100 A恒流源并联时提供10 A
- 与除理想10 A源以外的任何器件串联时，情况未定义
- 连接到开路时提供10 A。这不合逻辑，因为电流无法通过开路。实际上，电压会升高到足够高，导致闪络，使10 A电流得以通过由此产生的等离子体电弧。
阅读本文时，将理想恒流源想象成一个具有无穷大输出电阻的黑盒子会很有帮助。
经典文章：分流器公式及推导
技术提示 ：这种闪络与继电器相关的感应反冲（反激电压）密切相关。尽管看似反直觉，但电感在关断瞬间表现得像一个恒流源。
在上一节中，我们声称恒流源在连接到各种电路时仍能保持有效。让我们探讨一下与10 A源相关的功率：
- 10 A电流流入短路产生0 W（无电压则无功率）
- 10 A电流流入1 Ω负载产生100 W（计算公式为 𝑃 =𝐼2𝑅 ）
- 10 A电流连接到-10 VDC（理想）电压源产生100 W（计算公式为 𝑃 =𝐼𝐸 ）
- 10 A电流与100 A恒流源并联，在未知负载电阻的情况下结果未定义
- 10 A电流与除10 A（理想）源以外的器件串联，因无法确定电流而结果未定义
- 10 A电流流入无穷大负载电阻意味着无穷大电压和无穷大功率（不可能实现）
前三个示例清楚地展示了依赖于负载的输出功率。其他示例的结果未定义，揭示了理想化抽象在现实世界中的局限性。就像理想电压源、理想运算放大器和理想电感一样，我们需要知道模型何时失效。
恒流源具有无限电阻（阻抗）。这是一个具有挑战性的概念，最好通过与恒压源对比来理解。然后我们进行思维跳跃，假设恒流源与恒压源相反。
作为思想实验，假设我们试图改变恒压源两端测得的电压。根据定义，这是不可能的。另一方面，我们只需改变负载，就可以将恒流源的测量电压设定为任意值。
话虽如此，我们根据负载接入源时产生的电压降来定义源的输出阻抗：
- 恒压源（理想）：在任何条件下均无变化。这意味着零输出电阻阻抗。
- 恒流源（理想）：可根据负载条件自由改变电压。这意味着无限输出阻抗。
求职面试小贴士 ：将继电器视为恒流源是一个绝佳的面试挑战题。面试官很可能会问及继电器反激以及如何防止感性冲击损坏驱动晶体管的问题。如果能在回答中锦上添花地提到继电器在 t = 0 时充当恒流源，定会让他们印象深刻。
不能，至少不能作为理想构造存在。然而，我们可以构建在有限范围内符合要求的电流源。但是，没有任何现实电路能够实现无限电压和无限输出阻抗的符合范围。
恒流源是用于电路分析的思想实验。现实世界中没有任何电路能接近理想的恒流源。前一节中计算的功率范围足以让我们相信这一事实。例如，一个在开路状态下提供无限电压和无限功率的系统显得有些荒谬。
要构建理想的恒流源，需要消耗宇宙中所有的能量！
在电子学中，恒流源的例子有很多。有些，如前面提到的继电器，仅具有瞬时的恒流特性，而另一些则能稳定工作。以下是一些供您参考的实例：
您学校实验室使用的直流电源很可能是一种双模式设备，同时具备恒压和恒流工作能力。在恒流模式下，该电源可以：
- 单向提供电流
- 提供设定的电流，直到所需电压试图反转极性，或试图超过电源的内部电压轨。
在这两种情况下，我们“电压将做任何必要之事”的约定都被打破了。图1展示了一款具有代表性的Teledyne LeCroy T3PS3000电源。
LED照明通常使用配备恒流电源的供电方案。这种驱动方式更受青睐，因为它消除了LED电压降变化带来的影响。图2展示了一款具有代表性的Mean Well LDD-700LW实例。
分立晶体管放大器（如音频放大器）和运算放大器通常采用恒流源作为有源负载。在不深入理论的前提下，我们知道放大器增益与集电极电阻值直接相关——电阻越大，增益越高。
这正是恒流源发挥其理论无限电阻（阻抗）特性的绝佳应用场景。这使得电路设计者能够实现原本难以达到的增益值。
相关文章
如果您喜欢这篇文章，以下相关文章可能对您也有帮助：
- 恒流或恒压 LED 驱动器：哪种更适合你？
- 恒流 LED 照明过早失效
- LED驱动器：如何在恒压和恒流模式之间切换
- 分流器工作示例：求解未知电阻
- 电机启动器的热过载保护模块如何工作
- 同步整流器只要控制得当即可提高电源效率
******
如有任何问题，欢迎联系得捷电子DigiKey客服团队。
中国(人民币)客服
－ 400-920-1199
－ service.sh@digikey.com
－ QQ在线实时咨询 |QQ号：4009201199
中国(美金)／ 香港客服
－ 400-882-4440
－ 8523104-0500
－ china.support@digikey.com
到微信搜寻“digikey”或“得捷电子”
关注我们官方微信
并登记成会员，
每周接收工程师秘技，
赚积分、换礼品、享福利
