恒流源输出漏电问题分析和解决方案

恒流源输出漏电问题分析和解决方案

在LED恒流电路设计中，一个常见的问题是LED无法完全关断，即使输入电压为0V时，LED仍然会微亮。本文将深入分析这一现象的原因，并提供可行的解决方案。

问题描述

在设计LED恒流电路时，通常会遇到一个困扰：即使输入电压为0V，LED仍然会微亮。具体表现为：

• 在输入电压等于0V，而且运放的同相输入端电压也是零时，检测到三极管的基极电压为0.5V，LED会有点光，不仔细观察无法发现。
• 将三极管替换为MOS管后，MOS管栅极电压测试为0.7V，问题依然存在，LED还是微亮。
• 更换同一型号的运放时，有的运放没有问题，有的有问题，基本呈现一半一半的情况。

问题分析

那么问题出在了哪里呢？经过分析，发现是运放的失调电压（Vos）导致的采样电阻上端会有微弱的电压，从而导致三极管不能完全关断，产生漏电流使LED微亮。这颗运放的参数显示，Vos典型值为±5mV，那么折算到10Ω电流采样电阻上，电流就大概是0.5mA，也正是这点漏电流导致了LED微亮。

而VOS一般呈正态分布，这也解释了为什么替换运放时，大约有一半的概率可以解决LED微亮的问题。由于SGM321的数据手册中没有Vos的正态分布图，因此在AD822的手册中找了一个类似的正态分布图供参考。

仿真验证

为了验证这一想法，我们使用Multisim软件搭建了类似的恒流源电路，并设置运放的Vos参数与SGM321相同，分别仿真Vos为+5mV和-5mV两种情况：

1. Vos==-5mV：同相输入端电压比反向输入端电压要小5mV。
   

2. Vos==+5mV：同相输入端电压比反向输入端电压要大5mV（但是由于这种单电源接法，仿真体现不出来）。
   

仿真结果印证了我们的猜想，确实是Vos导致了LED微亮，说明这种电流源结构存在漏电问题。

解决方案

针对这一问题，有以下几种解决方案：

1. 更换精密运放
   更换精密运放，可以减小Vos，从而减小因Vos导致的三极管或MOS管微导通产生的漏电。例如，下图是将Vos设为0V时的仿真结果，基本不会有负载电流。
   

2. 加大采样电阻
   加大采样电阻，由于漏电流I = Vos/R，因此采样电阻增大可以减小漏电。例如将采样电阻增大10倍后，漏电流也相应减小10倍。不过这种解决方案实际使用可能并不符合实际需求。

3. 额外增加偏置
   在反相输入端额外增加一颗较大的电阻上拉到VCC，人为增加一个偏置电压，可以杜绝在输入电压为0V时产生的漏电现象。仿真结果显示，这种方法虽然会略微改变恒流源的输出电流曲线，但效果明显。
   

总结

解决方案有很多，对成本敏感的话，可以增加偏置电阻；对成本不敏感的话，可以选择精密运放。当遇到同一型号的器件出现性能差异时，需要从器件参数入手考虑，很可能是某个或多个参数导致的问题。硬件问题不会凭空产生，所谓的"玄学"现象一定是由于未考虑到的参数或环境因素造成的。

文章来源：本文转载自24c01硬件电子公众号