Eu tenho experimentado simular circuitos limitadores de corrente. Estou tentando limitar a corrente para ~ 500mA, dada uma fonte fixa de 4.8V. Comecei a usar um circuito como o encontrado nesta página da wikipedia ...
Fiz uma simulação deste circuito usando o CircuitLab. Eu mostro os resultados abaixo. O circuito à esquerda usa um resistor de série simples para limitar a corrente, enquanto o circuito à direita é baseado no circuito da Wikipedia. Ajustei os valores de R_bias e R_load para valores comuns de resistores que impedem que mais de 480 mA sejam extraídos da fonte quando a carga é 0 Ohms. Também configurei o hFE dos transistores para 65 para corresponder a algumas medições de multímetro que fiz de alguns transistores de potência que tenho à mão. Os valores adjacentes aos amperímetros são os valores simulados.
Se agora eu fizer uma carga de 10 Ohm, fica claro por que um circuito limitador de corrente é superior a um resistor em série. O circuito limitador de corrente diminui sua resistência efetiva, permitindo a passagem de mais corrente do que quando se usa um resistor em série. .
No entanto, o circuito limitador de corrente ainda está fornecendo alguma resistência em série neste caso. Um limitador de corrente ideal não teria resistência alguma até que a carga tente extrair mais corrente que o limite. Existe uma maneira de ajustar o R_bias e o R_load para conseguir isso melhor e / ou existem ajustes no circuito que podem ajudar a conseguir isso?
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Rsensdeveria ser pequeno.Respostas:
O circuito mostrado funcionará, mas o transistor e o Rsense criam uma queda de tensão que deve ser levada em consideração.
O que você está vendo é o efeito disso:
A 480mA, a queda de tensão no resistor de 10Ω seria de 4,8V, o que não deixa espaço para a tensão de saturação do transistor ou a tensão Rsense cai.
Portanto, a corrente será (Vsupply - Qsat - Vrsense) / Rload. Para corrigir isso, aumente a alimentação em alguns volts e tente os testes de 0Ω e 10Ω novamente. Além disso, diminua a defesa consideravelmente (<10Ω).
Esperemos que você veja (quase) nenhuma diferença.
Para melhores resultados, quanto mais ganho você tiver, melhor. Outra coisa a ser observada é (como Dave menciona em sua resposta) que o Rbias precisa ter um ponto limite mais alto do que o cenário do Rsense, caso contrário, ele dominará. Se o transistor tiver um ganho de 65 e você desejar que o Rsense seja definido para 500mA, então Rbias deve ser definido para permitir mais de 500mA. Em 500Ω, ele definirá o limite absoluto em 65 * ((5V - 1.4V) / 500Ω) = 468mA, portanto, mesmo se o Rsense estiver definido para 500mA, você não o conseguirá. Para evitar esse conjunto de Rbias para, por exemplo, 250Ω, ou conforme mencionado abaixo, use um MOSFET para Q1 e, em seguida, o valor não é tão importante (10kΩ fará)
Outra opção é usar um circuito de corrente constante opamp comum:
Simulação com um suprimento de 4,8V, corrente limitada a 500mA, Rload variou de 1mΩ a 50Ω e corrente traçada em relação a isso (observe que a corrente permanece plana em 500mA enquanto limitada):
Isso atende aos requisitos de um sólido limite de 500mA na alimentação de 4,8V e é facilmente ajustável variando o opamp sem inversão via divisor R2 / R3 da tensão de entrada. A fórmula é V (opamp +) / Rsense = I (Carga) Por exemplo, a referência 1V é dividida por 20 para fornecer 50mV na entrada opamp +, então 50mV / 100mΩ = 500mA.
Um MOSFET é usado para evitar erros de corrente de base que complicam as questões (um MOSFET com baixo Vth também pode ser usado no circuito de transistor original para melhorar as coisas)
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Eu acho que há um mal-entendido fundamental aqui. Não é Rbias que deve definir o valor atual limitador, é a combinação de Rsense e a queda de Vbe no Q2.
Seu primeiro circuito possui dois efeitos limitadores de corrente diferentes: um é a corrente através de Rbias multiplicada pelo ganho (taxa de transferência de corrente) de Q1, e o outro é o Vbe do Q2 dividido por Rsense. O primeiro fornece o valor de 470 mA que você vê, mas isso é mal controlado. O que está acontecendo neste modo é que o circuito está se comportando como um resistor que tem o valor de Rbias / Hfe, ou cerca de 7,8Ω neste caso. A corrente ainda varia com a tensão de alimentação.
O segundo mecanismo forneceria um valor de cerca de 600 mA (0,6V / 1Ω), com um "joelho" muito mais definido - a resistência efetiva da fonte nesse caso é Rsense multiplicada pelos ganhos combinados de Q2 e Q1 , que está muito mais próximo de uma fonte atual ideal. No entanto, você não está chegando ao nível de corrente em que esse mecanismo entra em ação.
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Você diz
Um sensor de corrente ideal usa um amplificador de ganho infinito para medir o aumento de tensão em um resistor de zero Ohm.
Você aproxima o resistor de zero ohm usando um que seja baixo o suficiente para causar queda de tensão desprezível.
"O problema" é que seu circuito básico é fundamentalmente falho. Nem sequer tenta implementar um circuito ideal simi. Em vez disso, usa uma queda de tensão Vbe, pois é necessária a tensão sensorial. Isso coloca um limite baixo e ruim no Vsense.
Desde que você use uma queda de Vbe no Q2 ou equivalente ao seu limiar de detecção, não poderá se aproximar de uma solução ideal. O que é necessário é um "comparador" que detecte tensão próxima a zero Volts, onde "próximo" depende do que você deseja. Por exemplo, uma queda de 0,1 volts com uma fonte de 5V = 2% pode ser adequada para a maioria das finalidades, mas você pode construir circuitos com Vsense = dizer 0,01 Volt, se desejar.
A escolha fácil e óbvia é usar um comparador de IC ou opamp, MAS você pode construir um comparador adequado apenas a partir de transistores, se desejar. Use um "par de cauda longa" de PNPs com seu nó comum referenciado a V + ou use transistores NPN com as entradas de tensão em ~ = 0V atuando como a parte inferior das cordas divisórias que transferem as alterações de tensão para as bases de transistores que operam em alguma tensão mais alta.
O circuito abaixo é daqui, que fornece um acúmulo a partir de um transistor até -
Se isso não faz sentido, dê uma olhada na
Wikipedia - amplificador diferencial
e isso fornecerá muitos leads
Aqui está um IC com par de longa duração PNP e NPN dentro. Isso é feito para operações de 100 MHz (ou mais), mas mostra o que pode ser comprado.
Há muito tempo eles se pareciam com isso :-):
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