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限流恒流電路設計方案

GReq_mcu168 ? 來源:頭條號喝枸杞論電子 ? 作者:頭條號喝枸杞論電 ? 2022-04-27 13:00 ? 次閱讀

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上圖是一個限流恒流電路,當電流低于閾值時,輸出電流由負載決定,當負載加重,輸出電流達到閾值時,輸出電流穩定在閾值保持恒定,負載再加重的話,輸出電流也保持恒定,而輸出電壓Vout會隨著負載加重而下降。下面具體分析。

圖中R1和R2為分壓電阻,使MOS管Q2的Vgs電壓固定為12V.ZD1為穩壓二極管,防止輸入電壓波動時,Q2的Vgs電壓超過限制,保護MOS管。具體穩壓管參數可根據MOS管規格書中Vgs限制參數來選擇。電容C1為緩啟動電容,剛上電時,因C1上電壓為零,A點的電壓最高,隨著電容充電,充電電流越來越小,A點的電壓逐漸下降,電容上的電壓也越來越大,從而確保Q2的Vgs是緩慢增大的。實現Q2開關動作的緩啟動。如下圖:

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當負載電流達到一個閾值時,即R3上的壓降達到0.7V時(實際約為0.7V),Q1會導通。這個閾值約為0.7V/6.8R.為方便計算,我們將這個閾值約等于為100mA.

下面來講講這個電路是怎么實現限流恒流的。給輸出加上一定的負載,當輸出電流小于100mA時,Q1不工作,輸出電流的大小完全由負載大小決定,調整負載,負載越重輸出電流越大,當這個負載加重,欲使輸出電流超過100mA時,R3上的電壓使Q1的發射結導通,Q1導通工作,Q1導通后,MOS管的Vgs電容上存儲的電壓會通過Q1放電,Vgs電壓會下降,隨著Vgs電壓下降(見下圖),MOS管DS極間的等效電阻會加大,Vgs會下降到什么程度呢?我們知道,根據MOS管的特性,Vgs電壓的大小和DS極間的電阻大小是有關聯的,當Vgs下降到某值,即DS極間的電阻增大到一定值時,整個回路的總阻抗保持不變,即雖然負載加重,負載阻抗減小了,但MOS管的DS極間的電阻增大了,從而限制了因為負載加重,輸出電流想要超過100mA的這個趨勢,而且因為Q1發射結的存在,整個回路的電流將被鉗位為不超過100mA.最終MOS的Vgs將穩定在低于12V的一個值。此時,若再接著加重負載,同理Vgs將繼續減小,MOS的DS極電阻將繼續增大,通俗的將就是,你負載阻抗減小的部分,我MOS管DS極間電阻給你補上,從而保證整個總阻抗不變,從而保證整個輸出電流不超過100mA。

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Vgs電容放電回路

以上同理,當負載減輕時,MOS管的Vgs電壓會上升,DS極間電阻會減小,保證輸出電流為100mA.本電路的關鍵點為MOS管,只要你理解了MOS管的輸出特性,就能很好的理解以上。下面我們從MOS管的輸出特性方面來闡述以上觀點。下圖是MOS管的輸出特性曲線。

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MOS管輸出特性曲線

該電路能實現恒流的作用,主要是因為當電流超過閾值時,MOS管工作于可變電阻區,即上圖的變阻區,根據上圖,MOS管處于可變電阻區的A、B、C三種狀態時,根據歐姆定律可知,A狀態時,MOS管的DS電阻最小,C狀態時,MOS管的DS電阻最大。也就是斜率越高,MOS管DS間的電阻越小。當負載加重,即負載電阻減小時,為了保證回路的輸出電流不變,只有將MOS管的DS極間電阻加大,我們在曲線圖的橫軸上畫一條線和AB相交得到下圖,即想要保證電流不變(同樣大小的電流下),MOS管的DS極間電阻想要加大的話,只能由A狀態變為B狀態,而B狀態的Vgs明顯比A狀態要小,B狀態的Vgs為5V,而A狀態的Vgs為6V,從而反證了,恒流狀態下,負載加重,Vgs電壓會減少的分析結果。如下圖:

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附上仿真圖,上篇文章有些條友評論說,過流時MOS管會處于不停的開、不停的關的狀態,這個電路沒法使用。而根據以上分析,實際MOS管工作于可變電阻區,輸出也很穩定,見下圖。這個電路適用于電流負載不大且恒流精度要求不高的場合,三極管的發射結,隨著溫度變化和電流變化也不會始終恒定的為0.7V.

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加重負載測試

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繼續加重負載,電流保持不變,輸出電壓穩定

原文標題:一種分立器件組成的限流恒流電路分析

文章出處:【微信公眾號:硬件攻城獅】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

審核編輯:湯梓紅

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原文標題:一種分立器件組成的限流恒流電路分析

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