恒流二极管及其在驱动 LED 中的应用茅于海很早就已经出现了恒流二极管， 但是这种二极管并没有引起人们的关注， 因为它只是用于某些仪器仪表中作为电流的标准 然而近来随着 LED 产业的蓬勃发展，这种二极管突然引起了广泛的兴趣 很多国外的大公司都开发出这种产品以供驱动 LED ，这是因为 LED 必须采用恒流源作为驱动的原因下面我们将要深入讨论一下恒流二极管的性能和应用一． 什么是恒流二极管理想的恒流源是一种内阻为无穷大的器件， 不论其两端电压为何值， 其流经的电流永远不变当然这种器件是不可能存在的 实际的恒流二极管相当于一个在一定工作电压范围内（例如 25-100V），其电流恒定为某一值（例如 20mA）其等效电路如图 1 所示图 1. 恒流二极管的等效电路其内阻为 Z，并联的电容大约为 4-10pF其典型的伏安特性如图 2 所示图 2. 恒流二极管的典型伏安特性它在某一个电压范围内有一段恒流区间，在这个区间，流经的电流几乎不变，V L 为到达 I L 的电压值， I L 大约为 0.8Ip，Vb 为击穿电压值但是实际的恒流二极管并不是那么理想图 3 是美国 Supertex 的 CL1 恒流二极管的特性。
它的电流仍然会随电压而有所增加图 3. 实际的恒流二极管的伏安特性恒流二极管的另一个特性就是它的温度特性， 温度特性通常用相对值 %/°C 或绝对值 μA/ °C 来表示这个温度系数通常是负值其值取决于恒流的值，恒流值越大，温度系数也越大，通常在 -0.4%~-0.6%之间为了达到恒流的目的当然不希望电流随温度变动，所以通常需要采用温度补偿措施（图4）图 4. 恒流二极管的温度补偿措施采用温度补偿以后就可以把电流的温度系数降低到很小的数字，例如 Supertex 公司的 CL1 的电流温度系数只有 -8.5μA/ °C二． 恒流二极管的构成最简单的恒流二极管就是采用一个结型场效应管（图 5）图 5. 用一个结型场效应管构成恒流二极管用两个晶体三极管，也可以构成一个恒流源（图 6）图 6. 用两个三极管构成一个恒流源其电流为： I = Vbe/R1 ，它虽然很简单， 但是缺点是不同型号的管子， 其 be 电压不是一个固定值， 即使是相同型号，也有一定的个体差异 所以很难批量生产 为了克服这个缺点， 就采用结型场效应管来代替晶体管同时在反馈回路里采用一个运放图6.采用结型场效应管和运放的恒流源其电流： I = Vin/R1 ，这个恒流源还需要一个基准电压 Vin ，最简单的基准电压就是齐纳二极管，所以也可以利用一个齐纳二极管和一个三极管或场效应管来构成恒流源。
图 7. 采用齐纳二极管的恒流源其所恒定的电流： I = (Vd-Vbe)/R1 但是，所有以上结构都是利用现有的半导体器件来构成恒流源 实际上现在已经可以根据对恒流特性的要求，构成专门的半导体器件而能具有所要求的恒流特性其构成如图 8 所示图 8. 专门的恒流二极管结构当一个反向偏压加到 PN结的阴极和阳极时，这个恒流二极管开始导通，当反向偏压增加到 VL 时（见图 2），其电流由于 N 区的体电阻也跟着增加，当电流增加到曲线的拐点时，在 N 区和 P 型栅之间形成一个耗尽层这个耗尽层减小了 N 区中电流的路径也就减慢了电流的增加速度 结果这个耗尽层遇到了 P 型栅于是就产生了夹断效应， 这使得电流变成恒定而几乎和所加电压无关， 直到所加电压达到一个击穿点 Vb如果所加电压反过来，那么就相当于一个正向电压加到一个 PN结，其特性就和一个普通二极管加上正向电压时一样实际所采用的恒流二极管可分为 4 条管脚， 3 条管脚，和 2 条管脚三种结构和封装（图 9）图 9. 3 种封装的恒流二极管其中 4 条管脚的恒流二极管主要用于可调恒流电流三． 几种恒流二极管的参数下面列出几种常用的恒流二极管的参数公司及产品 恒定电流 电流 电压范围 功率耗 封装 功能电路 备注型号 温度系数 散能力CL120+/-5%mA5-90V900mWSOT-89Supertex-8.5μA&/C°D-PAKPSSI2021SAY0.15-50mA10-75V335mWSOT353NXP可调0.15%/oK(SC-88A)可用于小功率LED串联，电源电压可达220VAC恒定电流可用外部电阻调节，适用电压由功耗决定BCR402R20-60mA-0.3%/9-18V330mWSOT143RInfineon可调oKNSI45025T125mA+/-155-50V460mWSOD-123G%PackageOn-SemiNSI50350AD350mA+/-105-55V11WDPAKT4G%packageCase369CNSI50350AS350mA+/-105-55V5.8WSMCT3G%Case 403S-562T5.6mA4.5V-100500mWSemitek<-0.5%/ oVJapanKSST50220mA0.8-45V350mWSOT-23Linear SystemNU501 15-40mA 1.6-12V 250mW SOT-23-3NumEn Tech.Taiwan四． 恒流二极管的散热由于恒流二极管要吸收市电电压的变化而有可能会承受很高的电压， 假如电流也很大的话，它的功耗有可能会相当大， 也就必须要有很好的散热， 以免损坏内部的芯片。
恒流二极管的散热主要取决于它的管壳封装 各种不同封装的散热能力主要表现在它的热阻下面就来看一下各种封装的热阻热SOT-D-PASOT-3SOT2SOT14SOD1SOT-SMCDPAK阻89K533-53R2323Case4Case36(SC-88039CA)JC156.0196151.0θ°C/WJA7.85037030022560048.236.2θ(R thJS)°C/W适用电压过低，只能用于低压直流供电场合耐压较低用于 120VAC适用于120VAC适用于120VAC恒定电流过低，需要多个并联使用耐压较低，适用于120VAC适用电压过低，只能用于低压直流供电场合Pow 1.3W 2.0W 0.335 0.25W 0.33W 0.227 0.35 5.8W 11WerDissip.W W W由表中可见， On-semi 公司的 NSI50350ADT4G 所采用的 D-PAK 具有最小的热阻，其耗散功率高达 11W不过如果整个系统设计于这样高的耗散功率也说明其效率不高，是需要避免的五． 恒流二极管作为 LED 的驱动源我们知道 LED 必须采用恒流源来驱动，否则由于它的负温度系数，而会使电流急剧上升导致结温升高， 寿命缩短。
而恒流二极管的恒流作用恰恰可以用来驱动 LED 最简单的方法就是直接和 LED 串联但是我们在把恒流二极管用于 LED 驱动时必须注意选择恰当的电流和耐压3.1 最低电压由于恒流二极管需要一定的电压 Vk 才能够进入恒流，所以太低的电源电压是无法工作的通常这个 Vk 大约在 5-10V 左右，所以大多数采用电池供电的 LED 是无法工作的3.2 最大电流由于恒流二极管的功耗受到限制，所以过大的电流也是不合适的例如 1W 的 LED 通常需要 350mA，恒流二极管就很难提供3.3 目前比较合适的使用场合就是交流市电供电的 LED 灯具，采用很多小功率 LED 串联，也就是高压小电流的情况是最为合适图 10 就是一种用于球泡灯的恒流二极管驱动源其负载是 80 颗 3014，总功率为 8W所用的恒流二极管也是恒流在 30mA 假如手头的恒流二极管只有 5mA 的，就需要 6 个并联图 10. 采用恒流二极管作为 LED 驱动电源在这里，恒流二极管的作用就是要在输入市电电压变化时，保持输出电流不变但是由于恒流二极管的耐压有一定的限制， 所以它。