BJT Limitador de corriente para fuente de alimentación lineal

Estoy tratando de diseñar un limitador de corriente o mi fuente de alimentación basada en LM317 usando este esquema.

La fuente de alimentación debe poder proporcionar un máximo de 1,5 A a 30 V. Hice algunos cálculos y me gustaría saber si estoy en el camino correcto. El objetivo es encontrar valores adecuados para las resistencias y los BJT correctos.

1) Q1: Suponiendo que la fuente de alimentación esté funcionando al límite, en Q1 tendremos un Ic=1.5A y Vce=Vcc-Vq2be=30-0.7=29.3V. Un BJT adecuado capaz de soportar estos valores podría ser el D44H8.

2) Valor de R1: el D44H8 tiene una ganancia de corriente en el peor de los casos de 10. Entonces, en Q1, si Ic = 1.5A, Ib = 1.5/10 = 0.15A. Estando cerca del límite de 1.5A, podemos asumir Vq2be=VRsen=0.7V, así: VR1 = 30-0.7-0.7=28.6. Esto conduce a R1 = 28,6/0,15 = 190 ohmios

3) Valor de Rsen: En Q1: Ic=1,5, Ib= 0,15, Ie=1,65 La caída de tensión en Rsen es de alrededor de 0,7. Entonces: Rsen=0,7/1,65=0,42 ohmios

4) Q2: Q2 debe poder soportar al menos 30-0.7-0.7=28.6V en su colector, pero una corriente mucho menor. Elijo un BJT de la familia BC337, que garantizará 45Vce y una corriente máxima de colector de 800mA

Manteniendo R1 constante y variando Rsen puedo establecer diferentes valores de corriente máxima en la carga.

¿Tengo más o menos razón?

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

¿Calculaste la disipación de potencia en tus transistores? Si RL es de 0 ohmios, Q1 disipará 40 vatios más o menos. No leí todo tu texto. Pero este circuito es una buena forma de limitar la corriente a través de RL. Tenga en cuenta que si planea usarlo como un limitador de corriente para un suministro, es posible que desee reorganizarlo para que funcione en el lado alto (usando PNP en lugar de NPN). Si el suministro de 30 V está flotando, entonces realmente no importa. Pero si el suministro de 30 V está conectado a tierra (o podría estarlo), entonces podría ser peligroso colocar el limitador en el lado bajo porque el usuario podría conectar a tierra el colector de Q1.
Esto no le dará un límite de corriente de precisión, y el límite real variará bastante con la temperatura de Q2.
@mkeith Simulé el circuito con EveryCircuit, y de hecho noté que para pequeños cambios de R1, ocurren cambios muy grandes en Ic. Así que esta fue en realidad mi siguiente pregunta, de alguna manera tuve la sensación de que este sistema no es tan preciso. Gracias por confirmar esto.
El cálculo definitivo se hizo aquí planetanalog.com/…

Respuestas (1)

Tienes más o menos razón, pero esta no es una buena solución. Su voltaje en el colector de q2 nunca superará mucho los 1.4v. Y su R1 de 190 ohmios disipará 30x0.15 = 4.5W

Debido a que tiene retroalimentación, puede usar un fet para pasar la corriente y hacer que R1 sea mucho más grande. Probablemente tendrá que usar disipadores de calor en Rsense (1W+), y su transistor de paso q1 tendrá que tomar toda la potencia. Eso es lo suficientemente cerca de 45W. Además, su límite variará en al menos 300 mA en todo el rango de temperatura, tal vez de 1,3 A como mínimo a 1,6 A como máximo.

Hay muchas soluciones más eficientes y precisas. ¿Qué otros criterios de diseño tienes? Por ejemplo, costo, precisión, espacio en el tablero?

Seguimiento de los comentarios: A continuación, Enrico pidió ver algunas alternativas. Una posibilidad es usar Lmp8646, que es un amplificador de detección de corriente de TI. Necesitaría Rsense de aproximadamente 0.1R. Establezca la ganancia en consecuencia y luego alimente la salida a un comparador. Use el comparador para apagar el suministro (¿su regulador tiene una entrada de habilitación?). Para este circuito, necesitaría un suministro fijo menos para alimentar el circuito integrado, el comparador y la referencia. La resistencia se disiparía un poco menos de 0,25 W. Sugeriría poner mucha histéresis en el comparador y también un condensador en la salida para evitar que se encienda y apague muy rápido durante una condición de falla. En su lugar, podría bloquear el suministro hasta que se presione un botón de reinicio.

Este IC también es adecuado para un control de corriente más sofisticado, como la limitación de corriente variable y el repliegue del voltaje de suministro conectando la salida a la retroalimentación del regulador. Es solo el primero que encontré: hay otras marcas / circuitos disponibles.

Es posible que deba tener cuidado con los mosfets de potencia en esta configuración esencialmente lineal. Sus clasificaciones de potencia están definidas para aplicaciones de conmutación, y pueden aparecer puntos calientes de iirc en el silicio en régimen resistivo de alta potencia.
Gracias, no sabía eso. ¿Está diciendo que un mosfet de potencia que funciona en modo lineal puede dañarse aunque se mantenga dentro de sus valores nominales de potencia y corrientes de drenaje continuas? Había dado por sentado que el límite actual era una condición de falla (es decir, temporal), pero si se trata de un suministro de banco para el desarrollo, tal vez no lo sea.
Sería muy interesante para mí saber cuáles son algunas posibles soluciones alternativas. Actualmente estoy aprendiendo, construyendo mi banco de trabajo para otros proyectos, por lo que en realidad no tengo grandes límites. Podría decidir implementar cada solución. En el proyecto original, la limitación de corriente se realizaba con resistencias simples.
Los mosfets no usan clasificaciones de potencia realistas. La potencia máxima generalmente se basa en mantener una temperatura de caja de 25C. Pero claro, al disipar 40W, la carcasa no estará a 25C. Debe realizar los cálculos térmicos utilizando las resistencias térmicas de la hoja de datos. Verifique si la unión excederá su temperatura máxima permitida.
Ok gracias estoy familiarizado con ese proceso. Pensé que tal vez te referías a su estructura de unión o algo así. Por ejemplo, recuerdo vagamente que un dvdt alto puede dañar los pies porque la corriente se concentra en un área pequeña a pesar de que todos los demás factores están dentro de las condiciones de operación recomendadas. De todos modos... @enrico, ¿quieres correr en modo de corriente constante indefinidamente? Si es así, el mejor enfoque probablemente sea ajustar la salida de su regulador. Cualquier solución de descarga de energía hará que su suministro se caliente
@loganf Tengo que usar este dispositivo para mis experimentos, será una fuente de alimentación para mi banco de trabajo. Lo usaré para sesiones de trabajo de unas 4-5 Horas, y el limitador de corriente funcionará solo si cometo algunos errores con la carga. Digamos un cortocircuito o una carga demasiado pequeña. En realidad, este circuito debería funcionar como un fusible electrónico muy rápido.
@Enrico, ¿se fijará en 30v y 1.5A o uno o ambos valores son variables? Si hay una condición de sobrecorriente, ¿desea que la salida se apague o reduzca el voltaje? Apagar es más fácil, pero hace que sea más difícil solucionar problemas.
@loganf La fuente de alimentación podrá proporcionar 3.3, 5, 9 o 12v. Puede seleccionar el voltaje de salida a través de un interruptor. Además, puede decidir cambiar a un voltaje de salida controlado manualmente (con un potenciómetro) que puede proporcionar de 1,5 a 30v. Una vez que establezca el voltaje, permanecerá fijo. La corriente en realidad no es configurable, la carga drena lo que necesita y, si drena demasiado, me gustaría que se apagara. Por el momento está apagando OK, este proyecto lo uso también para aprender, y me gustaría empezar por lo más fácil.
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