Giúp tối ưu hóa mạch giới hạn dòng đơn giản

Tôi đã thử nghiệm mô phỏng các mạch giới hạn hiện tại. Tôi đang cố gắng giới hạn dòng điện xuống ~ 500mA với một nguồn 4,8V cố định . Tôi đã bắt đầu sử dụng một mạch giống như mạch được tìm thấy trên trang wikipedia này ...

Tôi đã thực hiện một mô phỏng của mạch này bằng CircuitLab. Tôi hiển thị kết quả dưới đây. Mạch bên trái sử dụng điện trở nối tiếp đơn giản để thực hiện giới hạn dòng điện trong khi mạch bên phải dựa trên mạch Wikipedia. Tôi đã điều chỉnh các giá trị của R_bias và R_load thành các giá trị điện trở phổ biến ngăn không cho hơn 480 mA được rút ra khỏi nguồn khi tải là 0 Ohms. Tôi cũng đặt hFE của các bóng bán dẫn thành 65 để phù hợp với một số phép đo vạn năng mà tôi đã thực hiện với một số bóng bán dẫn điện mà tôi phải trao. Các giá trị liền kề với ampe kế là các giá trị mô phỏng.

Nếu bây giờ tôi thực hiện tải 10 Ohm, thì rõ ràng tại sao một mạch giới hạn dòng điện lại vượt trội hơn so với điện trở nối tiếp. Mạch giới hạn dòng điện giảm điện trở hiệu dụng của nó, cho phép dòng điện đi qua nhiều hơn so với khi sử dụng điện trở nối tiếp. .

Tuy nhiên, mạch giới hạn hiện tại vẫn cung cấp một số điện trở loạt trong trường hợp này. Một bộ giới hạn hiện tại lý tưởng sẽ không có điện trở nào cho đến khi tải cố gắng vẽ nhiều dòng hơn giới hạn. Có cách nào để điều chỉnh R_bias và R_load để đạt được điều này tốt hơn và / hoặc có những điều chỉnh mạch nào có thể giúp đạt được điều này tốt hơn không?

Mạch được hiển thị sẽ hoạt động, nhưng bóng bán dẫn và Rupense tạo ra sự sụt giảm điện áp phải được tính đến.
Những gì bạn đang thấy là ảnh hưởng của điều này:

Ở 480mA, điện áp rơi trên điện trở 10Ω sẽ là 4,8V, không để lại "khoảng trống" cho điện áp bão hòa bóng bán dẫn hoặc điện áp Rense giảm.
Vì vậy, hiện tại sẽ là (Vsupply - Qsat - Vrsense) / Rload. Để khắc phục điều này, hãy tăng nguồn cung lên một vài volt và thử lại các thử nghiệm 0Ω và 10Ω. Ngoài ra, hạ thấp đáng kể Rdefend (<10Ω)
Bạn hy vọng sẽ thấy (gần như) không có sự khác biệt.

Để có kết quả tốt hơn, bạn càng đạt được nhiều càng tốt. Một điều khác cần lưu ý là (như Dave đề cập trong câu trả lời của mình) rằng Rbias cần phải có điểm giới hạn cao hơn cài đặt của Rense, nếu không nó sẽ chiếm ưu thế. Nếu bóng bán dẫn có mức tăng 65 và bạn muốn đặt Rense cho 500mA, thì Rbias phải được đặt để cho phép nhiều hơn 500mA. Ở mức 500Ω, nó sẽ đặt giới hạn tuyệt đối ở mức 65 * ((5V - 1.4V) / 500Ω) = 468mA, vì vậy ngay cả khi Rupense được đặt cho 500mA, bạn sẽ không nhận được. Để tránh bộ Rbias này cho ví dụ 250Ω, hoặc như được đề cập dưới đây, hãy sử dụng MOSFET cho Q1 và sau đó giá trị không quan trọng (10kΩ sẽ làm)

Một lựa chọn khác là sử dụng một mạch dòng không đổi opamp chung:

Mô phỏng với nguồn cung cấp 4,8V, dòng điện giới hạn ở 500mA, Rload quét từ 1mΩ đến 50Ω và dòng điện qua nó được vẽ tương đối với điều này (lưu ý dòng điện vẫn giữ ở mức 500mA trong khi giới hạn):

Điều này đáp ứng các yêu cầu của bạn về giới hạn 500mA chắc chắn ở nguồn cung cấp 4,8V và có thể điều chỉnh dễ dàng bằng cách thay đổi opamp không đảo qua bộ chia điện áp đầu vào R2 / R3. Công thức là V (opamp +) / Rupense = I (Rload) Ví dụ: tham chiếu 1V được chia cho 20 để cung cấp 50mV ở đầu vào opamp +, do đó 50mV / 100mΩ = 500mA.
Một MOSFET được sử dụng để tránh các lỗi hiện tại cơ bản làm phức tạp các vấn đề (một MOSFET có Vth thấp cũng có thể được sử dụng trong mạch bóng bán dẫn ban đầu để cải thiện mọi thứ)

Tôi nghĩ rằng có một sự hiểu lầm cơ bản ở đây. Không phải Rbias được cho là đặt giá trị giới hạn hiện tại, đó là sự kết hợp giữa Rupense và Vbe giảm của Q2.

Mạch đầu tiên của bạn có hai hiệu ứng giới hạn dòng điện khác nhau: Một là dòng điện qua Rbias nhân với mức tăng (tỷ lệ truyền hiện tại) của Q1 và cái còn lại là Vbe của Q2 chia cho Rupense. Cái đầu tiên cho giá trị 470 mA mà bạn thấy, nhưng điều này được kiểm soát kém. Điều xảy ra trong chế độ này là mạch hoạt động giống như một điện trở có giá trị Rbias / Hfe, hoặc khoảng 7,8Ω trong trường hợp này. Dòng điện vẫn sẽ thay đổi theo điện áp cung cấp.

Cơ chế thứ hai sẽ cung cấp cho bạn giá trị khoảng 600 mA (tức là 0,6V / 1Ω), với "đầu gối" được xác định rõ ràng hơn nhiều - điện trở nguồn hiệu quả trong trường hợp này là Rupense nhân với mức tăng kết hợp của quý 2 và quý 1 , gần hơn với một nguồn hiện tại lý tưởng. Tuy nhiên, bạn không đạt đến mức hiện tại nơi cơ chế này sẽ hoạt động.

Bạn nói

"Một bộ giới hạn dòng điện lý tưởng sẽ không có điện trở nào cho đến khi tải cố gắng rút ra dòng điện lớn hơn giới hạn."

Một cảm biến dòng điện lý tưởng sử dụng bộ khuếch đại khuếch đại vô hạn để đo mức tăng điện áp trong điện trở 0 Ohm.
Bạn ước tính điện trở zero ohm bằng cách sử dụng một điện trở đủ thấp để gây sụt áp không đáng kể.
"Vấn đề" là mạch cơ bản của bạn bị thiếu sót cơ bản. Nó thậm chí không TRY để thực hiện một mạch lý tưởng simi. Thay vào đó, nó sử dụng giảm điện áp Vbe như điện áp cảm giác cần thiết. Điều này đặt giới hạn thấp hơn và kém hơn cho Vsense.

Miễn là bạn sử dụng mức giảm Vbe trong quý 2 hoặc tương đương với ngưỡng cảm nhận của bạn, bạn không thể tiếp cận một giải pháp lý tưởng. Những gì được yêu cầu là một "bộ so sánh" phát hiện điện áp gần bằng 0 Volts, trong đó "đóng" phụ thuộc vào những gì bạn mong muốn. Ví dụ, mức giảm 0,1 volt với nguồn cung cấp 5V = 2% có thể phù hợp với hầu hết các mục đích nhưng bạn có thể xây dựng các mạch với Vsense = say 0,01 Volt nếu muốn.

Sự lựa chọn dễ dàng và rõ ràng là sử dụng bộ so sánh IC hoặc opamp NHƯNG bạn có thể xây dựng một bộ so sánh phù hợp từ bóng bán dẫn một mình nếu muốn. Sử dụng một "cặp đuôi dài" của PNP với nút chung được tham chiếu đến V + hoặc sử dụng các bóng bán dẫn NPN với các đầu vào điện áp ở ~ = 0V đóng vai trò là đáy của các dải phân cách chuyển điện áp thay đổi sang các bóng bán dẫn hoạt động ở một số điện áp cao hơn.

Mạch bên dưới là từ đây cung cấp sự tích tụ từ một bóng bán dẫn xuyên suốt -

Nếu điều đó không có ý nghĩa thì hãy xem
Wikipedia - bộ khuếch đại vi sai

và điều này sẽ cung cấp nhiều khách hàng tiềm năng

Đây là một IC có cặp đuôi dài PNP và NPN bên trong. Điều này được thực hiện cho 100 'MHz hoạt động (hoặc nhiều hơn) nhưng hiển thị những gì có thể được mua.

Lâu rồi họ trông như thế này :-):