限流恒流电路设计方案

上图是一个限流恒流电路，当电流低于阈值时，输出电流由负载决定，当负载加重，输出电流达到阈值时，输出电流稳定在阈值保持恒定，负载再加重的话，输出电流也保持恒定，而输出电压Vout会随着负载加重而下降。下面具体分析。

图中R1和R2为分压电阻，使MOS管Q2的Vgs电压固定为12V.ZD1为稳压二极管，防止输入电压波动时，Q2的Vgs电压超过限制，保护MOS管。具体稳压管参数可根据MOS管规格书中Vgs限制参数来选择。电容C1为缓启动电容，刚上电时，因C1上电压为零，A点的电压最高，随着电容充电，充电电流越来越小，A点的电压逐渐下降，电容上的电压也越来越大，从而确保Q2的Vgs是缓慢增大的。实现Q2开关动作的缓启动。如下图：

当负载电流达到一个阈值时，即R3上的压降达到0.7V时(实际约为0.7V)，Q1会导通。这个阈值约为0.7V/6.8R.为方便计算，我们将这个阈值约等于为100mA.

下面来讲讲这个电路是怎么实现限流恒流的。给输出加上一定的负载，当输出电流小于100mA时，Q1不工作，输出电流的大小完全由负载大小决定，调整负载，负载越重输出电流越大，当这个负载加重，欲使输出电流超过100mA时，R3上的电压使Q1的发射结导通，Q1导通工作，Q1导通后，MOS管的Vgs电容上存储的电压会通过Q1放电，Vgs电压会下降，随着Vgs电压下降(见下图)，MOS管DS极间的等效电阻会加大，Vgs会下降到什么程度呢?我们知道，根据MOS管的特性，Vgs电压的大小和DS极间的电阻大小是有关联的，当Vgs下降到某值，即DS极间的电阻增大到一定值时，整个回路的总阻抗保持不变，即虽然负载加重，负载阻抗减小了，但MOS管的DS极间的电阻增大了，从而限制了因为负载加重，输出电流想要超过100mA的这个趋势，而且因为Q1发射结的存在，整个回路的电流将被钳位为不超过100mA.最终MOS的Vgs将稳定在低于12V的一个值。此时，若再接着加重负载，同理Vgs将继续减小，MOS的DS极电阻将继续增大，通俗的将就是，你负载阻抗减小的部分，我MOS管DS极间电阻给你补上，从而保证整个总阻抗不变，从而保证整个输出电流不超过100mA。

Vgs电容放电回路

以上同理，当负载减轻时，MOS管的Vgs电压会上升，DS极间电阻会减小，保证输出电流为100mA.本电路的关键点为MOS管，只要你理解了MOS管的输出特性，就能很好的理解以上。下面我们从MOS管的输出特性方面来阐述以上观点。下图是MOS管的输出特性曲线。

MOS管输出特性曲线

该电路能实现恒流的作用，主要是因为当电流超过阈值时，MOS管工作于可变电阻区，即上图的变阻区，根据上图，MOS管处于可变电阻区的A、B、C三种状态时，根据欧姆定律可知，A状态时，MOS管的DS电阻最小，C状态时，MOS管的DS电阻最大。也就是斜率越高，MOS管DS间的电阻越小。当负载加重，即负载电阻减小时，为了保证回路的输出电流不变，只有将MOS管的DS极间电阻加大，我们在曲线图的横轴上画一条线和AB相交得到下图，即想要保证电流不变(同样大小的电流下)，MOS管的DS极间电阻想要加大的话，只能由A状态变为B状态，而B状态的Vgs明显比A状态要小，B状态的Vgs为5V,而A状态的Vgs为6V,从而反证了，恒流状态下，负载加重，Vgs电压会减少的分析结果。如下图：

附上仿真图，上篇文章有些条友评论说，过流时MOS管会处于不停的开、不停的关的状态，这个电路没法使用。而根据以上分析，实际MOS管工作于可变电阻区，输出也很稳定，见下图。这个电路适用于电流负载不大且恒流精度要求不高的场合，三极管的发射结，随着温度变化和电流变化也不会始终恒定的为0.7V.

加重负载测试

继续加重负载，电流保持不变，输出电压稳定

原文标题：一种分立器件组成的限流恒流电路分析

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审核编辑：汤梓红