上图是一个限流恒流电路,当电流低于阈值时,输出电流由负载决定,当负载加重,输出电流达到阈值时,输出电流稳定在阈值保持恒定,负载再加重的话,输出电流也保持恒定,而输出电压vout会随着负载加重而下降。下面具体分析。
图中r1和r2为分压电阻,使mos管q2的vgs电压固定为12v.zd1为稳压二极管,防止输入电压波动时,q2的vgs电压超过限制,保护mos管。具体稳压管参数可根据mos管规格书中vgs限制参数来选择。电容c1为缓启动电容,刚上电时,因c1上电压为零,a点的电压最高,随着电容充电,充电电流越来越小,a点的电压逐渐下降,电容上的电压也越来越大,从而确保q2的vgs是缓慢增大的。实现q2开关动作的缓启动。如下图:
当负载电流达到一个阈值时,即r3上的压降达到0.7v时(实际约为0.7v),q1会导通。这个阈值约为0.7v/6.8r.为方便计算,我们将这个阈值约等于为100ma.
下面来讲讲这个电路是怎么实现限流恒流的。给输出加上一定的负载,当输出电流小于100ma时,q1不工作,输出电流的大小完全由负载大小决定,调整负载,负载越重输出电流越大,当这个负载加重,欲使输出电流超过100ma时,r3上的电压使q1的发射结导通,q1导通工作,q1导通后,mos管的vgs电容上存储的电压会通过q1放电,vgs电压会下降,随着vgs电压下降(见下图),mos管ds极间的等效电阻会加大,vgs会下降到什么程度呢?
我们知道,根据mos管的特性,vgs电压的大小和ds极间的电阻大小是有关联的,当vgs下降到某值,即ds极间的电阻增大到一定值时,整个回路的总阻抗保持不变,即虽然负载加重,负载阻抗减小了,但mos管的ds极间的电阻增大了,从而限制了因为负载加重,输出电流想要超过100ma的这个趋势,而且因为q1发射结的存在,整个回路的电流将被钳位为不超过100ma.最终mos的vgs将稳定在低于12v的一个值。
此时,若再接着加重负载,同理vgs将继续减小,mos的ds极电阻将继续增大,通俗的将就是,你负载阻抗减小的部分,我mos管ds极间电阻给你补上,从而保证整个总阻抗不变,从而保证整个输出电流不超过100ma。
vgs电容放电回路
以上同理,当负载减轻时,mos管的vgs电压会上升,ds极间电阻会减小,保证输出电流为100ma.本电路的关键点为mos管,只要你理解了mos管的输出特性,就能很好的理解以上。下面我们从mos管的输出特性方面来阐述以上观点。下图是mos管的输出特性曲线。
mos管输出特性曲线
该电路能实现恒流的作用,主要是因为当电流超过阈值时,mos管工作于可变电阻区,即上图的变阻区,根据上图,mos管处于可变电阻区的a、b、c三种状态时,根据欧姆定律可知,a状态时,mos管的ds电阻最小,c状态时,mos管的ds电阻最大。也就是斜率越高,mos管ds间的电阻越小。
当负载加重,即负载电阻减小时,为了保证回路的输出电流不变,只有将mos管的ds极间电阻加大,我们在曲线图的横轴上画一条线和ab相交得到下图,即想要保证电流不变(同样大小的电流下),mos管的ds极间电阻想要加大的话,只能由a状态变为b状态,而b状态的vgs明显比a状态要小,b状态的vgs为5v,而a状态的vgs为6v,从而反证了,恒流状态下,负载加重,vgs电压会减少的分析结果。如下图:
附上仿真图,上篇文章有些条友评论说,过流时mos管会处于不停的开、不停的关的状态,这个电路没法使用。而根据以上分析,实际mos管工作于可变电阻区,输出也很稳定,见下图。这个电路适用于电流负载不大且恒流精度要求不高的场合,三极管的发射结,随着温度变化和电流变化也不会始终恒定的为0.7v.
加重负载测试
继续加重负载,电流保持不变,输出电压稳定。
来源:https://www.toutiao.com/article/6889251234704785924/
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