一、恒流二極管（CRD）的直流特性與交流限制

1. 核心矛盾：?jiǎn)蜗驅(qū)щ娦耘c交流雙向性

• 單向?qū)щ娦?/span>：
  CRD本質(zhì)為單向PN結(jié)器件（類似二極管），僅在正向偏置（陽(yáng)極電壓>陰極電壓）時(shí)導(dǎo)通并恒流，反向偏置時(shí)截止（反向電流<1μA）。

• 交流信號(hào)阻斷：
  若直接接入交流信號(hào)（如市電220V/50Hz），CRD僅在正半周導(dǎo)通，負(fù)半周完全截止，輸出電流為半波脈動(dòng)直流（非正弦交流），且存在50Hz周期性斷流。

2. 動(dòng)態(tài)響應(yīng)缺陷

• 交流頻率限制：
  CRD的結(jié)電容（典型值0.5~2pF）與反向恢復(fù)時(shí)間（>100ns）導(dǎo)致其無(wú)法響應(yīng)高頻交流信號(hào)（如>10kHz）。

• 對(duì)比示例：

• 直流場(chǎng)景：驅(qū)動(dòng)LED（電流紋波<5%，頻率0Hz，完全適用）。

• 交流場(chǎng)景：驅(qū)動(dòng)電磁閥（需50Hz正弦電流，CRD輸出為半波直流，無(wú)法滿足）。

二、CRD構(gòu)建交流恒流源的3種失敗方案與原理

方案1：全波整流+CRD（偽交流恒流）

• 電路：交流輸入→全波整流橋→CRD→負(fù)載。

• 失效原因：

• 輸出電流為饅頭波直流（脈動(dòng)頻率100Hz），非正弦交流。

• 負(fù)載兩端存在直流偏置（如100Ω電阻負(fù)載，壓降含>2V直流分量），可能損壞純交流負(fù)載（如變壓器、電容濾波電路）。

方案2：雙CRD反并聯(lián)（理論可行但工程災(zāi)難）

• 電路：兩只CRD陽(yáng)極對(duì)陽(yáng)極串聯(lián)，反向并聯(lián)于交流電源。

• 失效原因：

• 電流一致性失控：正負(fù)半周電流由不同CRD提供，但器件間存在±5%離散性，導(dǎo)致正負(fù)半周電流不對(duì)稱（如正半周560μA，負(fù)半周590μA）。

• 溫漂疊加：正負(fù)半周電流隨溫度反向漂移（如+0.4%/℃），加劇不對(duì)稱性。

• 散熱難題：兩只CRD需獨(dú)立散熱，否則溫升差異導(dǎo)致電流進(jìn)一步失配。

方案3：CRD+運(yùn)算放大器（復(fù)雜且不穩(wěn)定）

• 電路：交流信號(hào)→運(yùn)放→CRD→負(fù)載，通過(guò)運(yùn)放反饋控制電流。

• 失效原因：

• 帶寬不足：通用運(yùn)放帶寬<1MHz，無(wú)法跟蹤市電（50Hz）基波和諧波（如3次諧波150Hz）。

• 相位失真：運(yùn)放相位延遲導(dǎo)致電流滯后電壓，功率因數(shù)<0.5。

• 成本失控：需±15V雙電源、高精度采樣電阻（0.1%精度），BOM成本>10元（CRD僅0.2元）。

三、交流恒流源的正確實(shí)現(xiàn)路徑（替代方案）

方案1：電流互感器+恒流控制環(huán)（工業(yè)級(jí)首選）

• 電路：
  交流輸入→電流互感器（采樣負(fù)載電流）→誤差放大器→PWM控制器→MOSFET→負(fù)載。

• 優(yōu)勢(shì)：

• 雙向恒流：通過(guò)互感器采樣電流，PWM閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)正負(fù)半周電流對(duì)稱。

• 寬頻響應(yīng)：帶寬可達(dá)100kHz，適應(yīng)50Hz~400Hz交流負(fù)載。

• 高精度：電流精度<±0.5%，溫漂<±50ppm/℃。

• 典型應(yīng)用：
  電磁加熱、電鍍電源、LED調(diào)光（需正弦電流）。

方案2：專用恒流IC（消費(fèi)級(jí)高集成方案）

• 器件推薦：

• TI UCC28950：PFC+恒流二合一控制器，支持100W交流恒流輸出。

• Infineon ICE3PCS01G：內(nèi)置電流環(huán)，驅(qū)動(dòng)電磁閥等感性負(fù)載。

• 優(yōu)勢(shì)：

• 單芯片方案：集成采樣、運(yùn)算、驅(qū)動(dòng)，PCB面積<1cm2。

• 保護(hù)完備：含過(guò)流、過(guò)壓、短路保護(hù)。

• 成本對(duì)比：

• 方案BOM成本約3~5元（含IC、電感、采樣電阻），較CRD方案增加10倍，但性能提升50倍。

方案3：線性交流恒流電路（低成本替代）

• 電路：
  交流輸入→橋式整流→電解電容濾波→高精度運(yùn)放（如OPA277）→JFET恒流鏡→負(fù)載。

• 關(guān)鍵設(shè)計(jì)：

• JFET恒流鏡：用兩只JFET（如2N5457）組成電流鏡，正負(fù)半周對(duì)稱性>99%。

• 運(yùn)放補(bǔ)償：通過(guò)運(yùn)放調(diào)整JFET柵極電壓，補(bǔ)償電源電壓波動(dòng)。

• 局限性：

• 僅適用于小功率（<1W）、低頻（<1kHz）場(chǎng)景。

• 需大容量電解電容（>1000μF）濾波，體積較大。

四、CRD在交流場(chǎng)景中的妥協(xié)性應(yīng)用

場(chǎng)景1：交流負(fù)載的直流偏置控制

• 案例：
  驅(qū)動(dòng)電磁閥時(shí)需在交流信號(hào)上疊加直流分量（如100mA DC + 50mA 50Hz AC），可用CRD提供直流分量，交流分量由其他電路疊加。

• 電路：
  交流輸入→變壓器→CRD（提供直流偏置）→耦合電容（隔離直流）→負(fù)載。

場(chǎng)景2：交流信號(hào)的限流保護(hù)

• 案例：
  保護(hù)示波器探頭免受高壓交流信號(hào)損壞，可用CRD限制探頭電流（如500μA）。

• 電路：
  交流信號(hào)→CRD→示波器輸入端，CRD反向并聯(lián)TVS二極管吸收瞬態(tài)高壓。

五、終極結(jié)論：CRD與交流恒流源的不可調(diào)和矛盾

核心建議：

1. 放棄CRD直接用于交流恒流源：其單向性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)和電流對(duì)稱性缺陷無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單電路克服。

2. 選擇專用方案：

• 工業(yè)場(chǎng)景：電流互感器+PWM控制器（如UCC28950）。

• 消費(fèi)場(chǎng)景：專用恒流IC（如ICE3PCS01G）。

• 低成本實(shí)驗(yàn)：線性交流恒流電路（JFET+運(yùn)放）。

3. 保留CRD在交流場(chǎng)景的邊緣價(jià)值：如直流偏置控制、限流保護(hù)等非核心功能。

工程化原則：“以應(yīng)用場(chǎng)景定義技術(shù)路線，避免因器件特性誤用導(dǎo)致設(shè)計(jì)返工”，CRD的正確歸宿是直流恒流，而非強(qiáng)求其適應(yīng)交流。