9.8，恒流源的工作原理，结构特点，工艺流程，选型参数及设计注意事项总结

概述

恒流源芯片是一种电子元器件，它的主要功能是稳定地输出固定的电流。其工作原理基于恒流源电路，运用电压反馈和负载调节等技术，将电压信号转换成稳定的电流输出，以驱动恒流负载。恒流源芯片主要由电流源电路和反馈电路组成，能够广泛应用于LED驱动、激光驱动、电子表、计算器、电子秤、电子器件测试仪器等各种电子设备和电路中。本文对恒流源的工作原理，结构特点，工艺流程，选型参数及设计注意事项进行总结。

1，工作原理

恒流源的工作原理可以归纳为以下几点。

1，参考电压和比较器

恒流源芯片内部通常会有一个基准电压源，用于提供一个稳定的参考电平。同时，芯片内部还会有一个比较器，用于将输出电流转换为电压信号，并与参考电平进行比较。

2，对比调整

比较器将输出电流转换为的电压信号与参考电平进行比较，产生一个误差信号。这个误差信号反映了实际输出电流与期望输出电流之间的差异。

3，控制开关管

恒流源芯片通过控制内部的开关管来调节输出电流。开关管可以是MOSFET、IGBT等功率开关器件。根据误差信号的大小和方向，控制开关管的导通时间和占空比，从而调整输出电流的大小。

4，反馈电路

为了保持输出电流的恒定，恒流源芯片通常会配备一个反馈电路。反馈电路将输出电流的信息反馈回芯片内部，与参考电流进行比较，形成闭环控制。通过不断调整开关管的导通时间和占空比，使得输出电流始终保持在期望的恒定值。

5，保护功能

恒流源芯片通常还具有过流保护、过温保护等保护功能。当输出电流超过设定值时，芯片会自动关断输出，以保护电路和设备的安全。

总结起来，恒流源芯片的工作原理是通过比较器、对比调整、控制开关管和反馈电路等部件，实现对输出电流的恒定控制。通过闭环控制和保护功能，确保输出电流的稳定性和安全性。

2，结构特点

恒流源的结构特点总结如下：

恒流源芯片的结构特点主要包括电流源电路和反馈电路。

电流源电路负责将输入电压转化为输出电流，常用的结构有差分对称电流源和引入电流源两种。差分对称电流源采用晶体管不稳定工作点的方法来实现恒流输出，具有输出电流稳定性好的特点。而引入电流源则采用恒流源与反馈电阻相结合的方式，通过调整电阻值来实现恒流输出。

反馈电路则用于实现恒定电流输出，通常采用负反馈的方式。反馈电路通过对输出电流进行采样和比较，调整电流源电路的工作状态，使输出电流稳定在设定值。反馈电路可以采用电流镜电路、比较器电路等实现，具体设计根据实际需求和性能要求来确定。

恒流源芯片通常采用CMOS工艺制造，因为CMOS工艺具有低功耗、高可靠性和容易集成等优点。在电子设备中，恒流源芯片的应用非常广泛。

在操作恒流源芯片时，需要确保输入电源符合要求并接入正确，输出连接可靠，控制设置正确。使用恒流源的基本操作步骤包括打开电源开关，设置所需的输出电流值，连接输出端口到被测对象，读取当前输出电流值和状态信息，并使用恒流源供电被测对象进行相应的测试、实验或研究。

在操作过程中，需要注意遵循相关的安全规定和操作指南，避免在高温、潮湿或有爆炸风险的环境中使用恒流源，当不使用时请关闭电源开关并拔掉电源插头。

总的来说，恒流源芯片的结构特点使其具有稳定的输出电流和广泛的应用范围，正确的操作和维护对于确保其性能和安全性至关重要。

3，工艺流程

恒流源制作工艺流程可归纳为以下几个步骤。

1，铸锭

将沙子加热，分离其中的一氧化碳和硅，重复该过程直至获得超高纯度的电子级硅(EG-Si)。然后将高纯硅熔化成液体，进而再凝固成单晶固体形式，称为“锭”。

2，锭切割

用金刚石锯切掉铸锭的两端，再将其切割成一定厚度的薄片。这个薄片的直径决定了晶圆的尺寸。切割后的硅锭需在薄片上加入“平坦区”或“凹痕”标记，以便于后续步骤中的加工方向设置。

3，晶圆表面抛光

切割后的薄片被称为“裸片”或“原料晶圆”，其表面凹凸不平，因此需要进行抛光处理，以便在后续步骤中印制电路图形。

4，晶圆处理

在晶圆上制作电路及电子元件，如晶体管、电容、逻辑开关等。这个过程通常包括清洗、氧化、化学气相沉积、涂膜、曝光、显影、蚀刻、离子植入、金属溅镀等反复步骤。

5，搀加杂质

将晶圆中植入离子，生成相应的P、N类半导体。这一工艺将改变搀杂区的导电方式，使每个晶体管可以通、断、或携带数据。

6，晶圆光刻显影、蚀刻

使用对紫外光敏感的化学物质，通过控制遮光物的位置得到芯片的外形。在硅晶片上涂上光致抗蚀剂，使其遇紫外光就会溶解，从而得到所需的二氧化硅层。然后通过蚀刻工艺，将芯片上暴光的电路图案通过化学反应去除不需要的部分材料，只保留下所需的图案。

7，沉积工艺

在晶圆上沉积各种材料，如金属、介质等，以形成所需的电路结构和元件连接。

8，晶圆测试

使用针测仪对每个晶粒进行电气特性测试，将不合格的晶粒标上记号后，将晶圆切开，分割成一颗颗单独的晶粒，再按其电气特性分类，装入不同的托盘中。

9，封装

将制造完成的晶圆固定，绑定引脚，按照需求制作成各种不同的封装形式。封装后的芯片就可以被安装到电路板上，进行实际的应用。

4，选型参数

恒流源选型必须考虑的参数有如下几个。

1，输出电流

这是恒流源芯片的核心参数，需要确保所选芯片的输出电流能满足应用需求。例如，LM2575的输出电流可选范围为1A～3.5A，MT3608的输出电流为2A。

2，输出电压

输出电压的范围和可调性也是重要的考虑因素，需要确保所选芯片的输出电压能满足特定的应用需求。例如，LM2575的输出电压可调范围为5V～50V，而MT3608的输出电压可调范围为1.2V～28V。

3，封装型式

不同的封装型式可能会影响芯片的尺寸、安装方式和散热性能等，需要根据具体的应用环境和空间限制来选择。

4，工作温度和效率

芯片的工作温度范围和效率也是需要考虑的因素，以确保芯片能在特定的环境条件下稳定工作，并且具有较高的效率。

5，调光方式

对于LED驱动芯片，调光方式也是一个重要的考虑因素，例如PWM调光、PAM调光等，需要根据具体的应用需求来选择。

6，其他特性

根据具体的应用需求，可能还需要考虑其他的一些特性，例如电压调节能力、负载调整率、线性调整率等。

5，设计注意事项

恒流源在设计和使用中应注意以下问题。

1，确定输出电流和电压

首先需要根据负载的要求来确定恒流源的输出电流和电压。

2，选择磁芯和匝数

根据输出电流和电压的要求，选择合适的磁芯和匝数。选择的磁芯应能够承受一定的直流偏置电流和交流电流。

3，设计初级电路

包括输入电源、整流器、滤波器等部件。在设计初级电路时，需要考虑输入电源的电压范围、整流器的型号和电压降等因素。此外，还需要加入适当的滤波器以减小整流器产生的谐波对电网的影响。

4，设计次级电路

主要包括输出滤波器、电压反馈电路等部件。

5，芯片的选择

根据所需电流大小，选择适当的恒流源芯片，并确保其集电极电压和稳压值满足应用需求。

6，采样电阻的选择：根据所需电流大小选择合适的采样电阻。

电源的额定输入电压范围：确保与使用电压匹配，以避免损坏芯片或影响性能。

7，负载的连接

确保极性正确，并用所需数量的输出接头连接负载。

输出电压和电流的检查：定期检查LED电源输出电压是否达到设置的恒压值，以及输出电流是否与恒流值吻合。

8，负载功率的限制

确保负载使用时不超过电源标称的输出功率，以防止过载导致电源保护功能启动。

9，无负载测试

使用前进行无负载测试，观察电源运行情况。如有异常声音或发热，需立即检查。

10，通风条件

确保电源通风条件良好，避免长时间高温运行。

11，保护电路

为LED恒流恒压电源设计保护电路，如过压保护、过流保护、短路保护等。

12，断电处理

使用完毕后，确保切断电源，以避免电能浪费和安全隐患。

13，在电路设计和布线过程中应注意以下事项

选择合适的接地点，尽量实现数字地与模拟地的共点接地，并在电源输入电容处相连。

合理布置电源滤波/退耦电容，使其尽量靠近相关元部件以提高效果。

布线时，尽量加粗电源和地线线条宽度，以提高导电性能并减少干扰。

关键信号线如时钟线应进行包地处理，以减少干扰。

尽量减少过线孔和并行的线条密度，以降低布线复杂度和提高可靠性。

信号走线应尽量与电源、地线相一致，以减少信号干扰。

通过遵循以上设计和使用建议，可以确保恒流源芯片的稳定性和可靠性，从而提高整体系统的性能和稳定性。

参考文档：ST(意法半导体), LM234DT，Datasheet