¿Cómo funciona este circuito fuente de corriente?

Estoy usando un regulador reductor LTC3623 5A como fuente de corriente programable. En las notas de aplicación hay este circuito:

Fuente de corriente programable

Estoy tratando de entender cómo Iout puede ser 0A con esta configuración. Según el gráfico es cuando Vshunt es 0.5V.

Por lo tanto, habría 0.5V a través de los 10k a tierra, por lo tanto, el fet se vuelve difícil al tratar de obtener todos los 50uA. Pero si Iout está conectado a una carga de 10 ohmios a tierra, efectivamente haría que las dos resistencias de 10k se conectaran en paralelo entre Iset y tierra, o una sola resistencia de 5k a tierra. Lo que establecería Iset en 0,25 V y, por lo tanto, la salida no sería cero.

¿Funcionaría si se quitaran los 10k inferiores y la entrada no inversora del amplificador operacional se conectara a la parte superior del fet en lugar de a la parte inferior? De esa manera, cuando Vshunt sea de 0,5 V, haría un cortocircuito a tierra y establecería Iset en 0V.

Editar: Significa invertir.

Respuestas (2)

El esquema es incorrecto, y tiene toda la razón: la corriente de salida nunca puede ser cero con el esquema como se muestra.

Considere dos casos:

  1. El BSC... está apagado por completo (esto podría ser cuando Vshunt es 0 V pero podemos ignorarlo por el momento). En estas condiciones, la corriente de referencia de 50 uA fluye a través de los 10k hacia el pin de salida (y debemos suponer que aquí la salida está en cortocircuito a tierra para facilitar las cosas). El voltaje desarrollado en el amplificador de error es de 0,5 V... por lo que la corriente (generada por PWM) a través de la resistencia de 0,1 ohmios es de 5 A (habrá una ondulación asociada con esto, pero ignoremos por el momento). ....hasta ahora todo bien, podemos llegar a 5 A.

  2. El BSC... está saturado, y dado que (esencialmente) no hay corriente del lado de la puerta del dispositivo, las resistencias de 10k Ohm están efectivamente en paralelo y el voltaje de referencia desarrollado es de 0.25 V. ...entonces el (PWM generado ) la corriente a través de la resistencia de 0,1 ohmios es de 2,5 A.

Entonces, el esquema que se muestra no coincide con el gráfico que produjeron.

Ahora, ¿bajo qué condición podría el voltaje de referencia en el amplificador de error producir corriente cero a través de la resistencia de 0,1 ohmios?
Si el voltaje de referencia fuera cero, entonces el PWM nunca se encendería, por lo que la corriente caería a cero (una vez que se descargue el capacitor de 47 uf).

Para lograr un voltaje de referencia de 0 V en el amplificador de error, debe desviar toda la corriente de referencia de 50 uA a tierra.

¿Podrían LTC2054 y BSC... desviar la corriente? No como se muestra, pero si la fuente de corriente fuera alimentada por un suministro negativo, podría hacerlo. Si Vshunt es 0,5 v, entonces el BSC... es un generador de corriente constante de 50 uA... entonces tenemos la corriente correcta, pero la tierra que se muestra para el generador de corriente constante tendría que ser al menos -0,5 V para ser capaz de llevar la referencia de voltaje en el amplificador de error a cero.

Sugeriría que el generador actual podría incluir una fuente de alimentación negativa de al menos 1 V para que sea viable. Esto hace que sea menos fácil generar el Vshunt, pero aún así es bastante posible.

Así que algo como esto funcionaría:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Ahora, lo último, considere el impacto de una resistencia de carga (recuerde que consideré la carga como un cortocircuito en todo lo anterior).

A medida que aumenta la carga (resistencia o compensación), se desarrollará un voltaje en la salida, y esto elevará un extremo de la resistencia de 10 K. Usando las modificaciones que propuse anteriormente, no importa cuál sea el voltaje de salida, ya que solo compensamos el voltaje creado entre el extremo de salida de la resistencia de detección de 0,1 ohmios y el voltaje de referencia en el amplificador de error.

Por ejemplo, considere que estaba usando este generador de corriente para caracterizar el voltaje directo de un diodo de potencia. El voltaje en la salida aumentaría bastante (0.7 a 1 V o más) dependiendo de la corriente a través del dispositivo. Siempre que el suministro de voltaje de entrada sea lo suficientemente alto, no habría problemas con voltajes de salida más altos con el LTC2054 como fuente de corriente pura. También puede llegar a corriente cero (dentro de las limitaciones prácticas) utilizando el voltaje de derivación V de 0 a 0,5 V.

PD: como una nota al margen significativa para hacer que su cabeza dé vueltas, el esquema que se muestra funcionaría con corrientes de salida muy pequeñas (pero es poco probable que llegue a cero) si el voltaje de salida fuera superior a 0.5 V. Entonces, en el caso de un diodo o zener que se está probando donde el voltaje de salida es superior a 0,5 V, el generador Vshunt funcionaría como se muestra en la nota de aplicación. Simplemente no funcionará en una carga resistiva donde el voltaje de salida cae por debajo de 0.5 V.

Implementando una corrección

El LT2054 es un amplificador operacional de muy alta calidad, con compensaciones muy bajas.
Una posible solución para acercarte a la corriente cero sería bajar la resistencia de 10k Ohm a 100 Ohms. Ahora, la caída de voltaje para hundir los 50 uA es solo 5 mV.

Si desea mantener los 0 - 0,5 V como Vshunt, entonces podría funcionar un divisor resistivo de 100:1.

Algo como esto:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Gran respuesta, esto ayuda. ¿Crees que mi sugerencia en la parte inferior le permitiría acercarse a 0A con una pequeña carga resistiva? Quitando los 10k y conectando la entrada inversora a la parte superior del fet, lo que permite que Iset esté cerca de 0V. No tengo fácil acceso a un riel negativo.
¿Qué tan cerca de cero necesitas llegar? ¿Qué cargas estás conectando?
Es una celda Peltier. <0.1V sería mejor.
Los Peltiers suelen tener una gran masa térmica. ¿No sería mejor conducir con un PWM/PID?
Los Peltiers son más eficientes para conducirlos con una corriente constante debido al componente I2R.
No estoy seguro de entender su lógica sobre la eficiencia, pero ¿por qué sería eso un problema con corrientes muy bajas?
No es un problema a bajas corrientes. Cuando quiere tenerlo a la mitad, es más eficiente suministrar 2.5A constantes que PWM 5A al 50% de servicio. Las pérdidas I2R son 15W y 30W respectivamente.

Según el gráfico es cuando Vshunt es 0.5V.

cuando eso sucede, toda la corriente de 50ua va a ese mosfet (BSC....). y no pasa corriente a través de esa resistencia de 10k desde la entrada del amplificador de error hasta la salida. es decir. el diferencial de voltaje entre la resistencia de 0.1ohm es cero -> la corriente de salida es cero.

puede pensar en todo esto como un amplificador de detección de corriente de lado alto. los dos terminales de entrada del amplificador de error tienen un diferencial de voltaje de Iout * 0.1ohm - (50ua - Vshunt / 10k) * 10k.

con retroalimentación negativa, ese diferencial de voltaje tiene que ser cero.

así tienes la relación que tienes.

"toda la corriente de 10ua va a ese mosfet (BSC....) y no pasa corriente a través de esa resistencia de 10k desde la entrada del amplificador de error hasta la salida". Te refieres a 50uA, ¿verdad? Pero si la salida tiene una baja resistencia a tierra, ¿no se dividiría la corriente de manera uniforme entre ambas resistencias de 10k?
el lado del mosfet es un CCS, cuyo disipador de corriente está controlado por Vshunt.
Pero incluso si el mosfet se encendiera completamente (0 ohmios), la resistencia total de esa rama sería de 10k, lo mismo que los 10k de la carga de baja resistencia. Entonces la corriente se dividiría.
La corriente se puede regular hasta 0A (pero no 0) como ha explicado dannyf, pero hay una condición adicional, es decir, el sumidero de corriente programable en la parte inferior izquierda debe estar en la región operativa, lo que se traduce en Vout no puede ser menor de 0,5 V más la caída en el FET.
@dannyf. Esto no es correcto, no puede hacer que la corriente a través de los 10k Ohm se reduzca a cero. Los 10k en el generador CC tendrían que tener 0,5 V a través de él cuando Vshunt se establece en 0,5 V... esto también aparece a través de los otros 10k Ohm si la salida es de cero voltios. Por lo tanto, nunca puede llevar la entrada del amplificador de error a cero.
> Por lo tanto, nunca puede llevar la entrada del amplificador de error a cero. pero no necesita generar 0v para obtener 0amp -> el circuito está diseñado para controlar un conjunto de LED, por lo que la salida mínima para alcanzar 0amp está muy por encima de 0v.
el circuito es muy fácil de simular, ya que todo el lado del chip es realmente un amplificador operacional de potencia. puedes simularlo a través de un opamp + un mosfet y puedes ver cómo funciona el circuito. Sin embargo, el CCS necesitará un opamp r2r (solo entrada) para funcionar correctamente.
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