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電源/智慧型能源 Share print

三電晶體電流源覆蓋範圍較廣

2014年10月16日  | Einar Abell

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本文討論到了一種雙線式電流調節器,它可在性能和元件計數之間取得很好的平衡。藉由使用三個電晶體、三個電阻和一個LED燈,雙線式電流調節器可實現很好的調節效果(在大部分電壓情況下準確度好於1%),且要求的工作電壓(通常為1.2V)更低,溫度係數也比複雜度相同的其他電路更理想(0.07%/K)。


按照它的設計,雙線式電流調節器可在各種電流範圍下(從幾十毫安培到幾安)運行,要找到合適的元件也並不困難,例如:LM10可被用來製作性能更高的電路,但該電路並非多源電路,因此很可能會出現中斷。


圖中本文所討論的電路可在性能和元件數之間取得很好的平衡

圖中本文所討論的電路可在性能和元件數之間取得很好的平衡。

紅外線LED採用~1.05V的標準電壓,由自舉開關的電流源Q1驅動。Q2和Q3形成主電流調節器。R1提供啟動電流,R2設定了參考電流,R3設定了通過Q2的電流,Q2控制通過調節器99%的電流。在啟動時,R1的所有電流流入Q3基極,Q3反過來促使Q1和Q2導電,從而為Q3提供更多的電流。這種情況將一直持續到D1開始導電和R3內的電流形成足夠電壓來開始關閉Q3,而這則產生了負反饋。Q3調節Q2內電流,同時也調節Q1內電流,產生偏差相同,但發射電阻R2可降低電流。此時,Q1和Q2內電流將穩定在R3設定的值,並在較小程度上穩定在R2設定的值。


維持Q1內的恆定電流要求其與Q2進行熱耦合,而Q2將耗散電路內的大部分功率。要實現這一點最容易的方式就是Q1和Q2使用相同的電晶體,並將Q1和Q2通過螺栓固定在散熱器兩邊。此外,還可將Q1黏附在Q2上。在低電流情況下,可選擇雙電晶體。第四種選擇是停止熱跟蹤,通過降低R1來進行補償。Q2內耗散的功率將作為電壓函數,使Q1內電流值降低也成為電壓函數,從而可以通過R1進行補償。不幸的是,所有這四種方法將在功率突然變化時導致熱力瞬變,而且最後一種方法造成的熱力瞬變幅度最大、持續時間最長。


Q2內電流等於D1電壓和Q3 VBE(通常為0.3-0.4V)之間的差值除以R3,即(VD1 - VBE) / R3。D1正向電壓的溫度係數幾乎與Q3正向電壓的溫度係數相同(僅相差0.25mV/K),從而使調節器的整體溫度係數達到約0.07%/K。由於R3電阻值一般為幾歐姆或更低,通過調整R2來調整電流是最容易實現的,這也將改變D1的電流,從而改變R3的電壓。


由於啟動電流非常小,R1的電阻值在很多情況下為幾百萬歐(megohm);當D1不通電時,僅產生正回饋。R2的電阻值通常為200∼300Ω;由於Q2和Q3的增益會成倍增加,即使主傳輸電流達到幾安,Q1和D1所需的電流也僅為1mA左右。


當電壓設定在1.2V時,測試電路的電流會下降5%。最低電壓由Q1和Q3的VD1和Vsat來決定。應當選擇飽和電壓較低的電晶體(如Q3選擇2N3904,Q1和Q2選擇MJE210)。這一最低電壓將隨著溫度而變化,在溫度較高時下降,在溫度較低時上升。主傳輸電晶體使用PNP,但電路可輕易地轉化為NPN。


D1出現短路時可導致調節器被關閉;電流將下降並流經R1。





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