¿Cómo se limita la corriente en este circuito de drenaje común?

Estoy tratando de crear un circuito de carga ficticia, pero se limitaba alrededor de 1,7 A, así que construí este circuito. V1 es 0 - 5 V a través de un potenciómetro y V2 es una fuente de alimentación de 5 V / 3 A.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Cuando aumento el voltaje Vgs, incluso hasta 5 V, la corriente a través de la fuente de alimentación (medida con un multímetro) se limita a alrededor de 1,7 A. Si elimino la resistencia de 1 Ohm, la corriente no está limitada en absoluto y sigue creciente.

Miré estos dos diagramas en la hoja de datos del MOSFET, pero parece que no puedo entender por qué la corriente se limita debido a la resistencia:

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Quería una corriente de 3 A a través de la fuente de alimentación/MOSFET/resistencia, así que miré la figura 3. Para una corriente de 3 A, Vgs debe ser de ~3,4 V. A 3 A, habrá una caída de 3 V en R1, por lo que Vds será de 2 V. Luego miré la figura 1, y en Vds = 2 V, debería poder tener un Id de 3 A, dado que Vgs = 3,4 V.

Entonces, ¿por qué no puedo sacar 3 A de este circuito?

Creo que las palabras clave aquí son "típico" y "a 25 grados C"
R1 hace que Vg deba ser mayor que Vgs, en función de la cantidad de corriente que fluye a través de él, y simultáneamente reduce Vds.
@ W5VO ¿Entonces mis cálculos son correctos? Sin embargo, no probé a Vgs = 3.4V, incluso a 5V se limitó a 1.7A. Además, el mosfet está en un gran disipador de calor.
@IgnacioVazquez-Abrams ¿Cuál es la diferencia entre Vg y Vgs?
Vg es el voltaje que aplica a la puerta con referencia a tierra, y Vgs es la diferencia de voltaje en el transistor.
@IgnacioVazquez-Abrams: Vg es el voltaje entre la puerta y tierra, Vgs es el voltaje entre la puerta y la fuente, y Vds es el voltaje en el transistor. Es decir, del drenaje a la fuente.

Respuestas (6)

Lo que observa está muy bien descrito al calcular las caídas de voltaje en los diversos componentes y luego buscar los resultados en los gráficos de la hoja de datos que ha proporcionado.

Los tres factores clave son

  • ¿Cuál es el valor FET Rdson en el punto de operación que observa, cuál es la consiguiente caída de Vds y qué efecto tiene esto?

  • ¿Cuál es la caída a través de R1 en la corriente observada, cuál es el Vs resultante y qué efecto tiene esto?

  • ¿Los parámetros "típicos" de la hoja de datos coinciden con lo que espera ver en estado estable en su aplicación?
    Pista: Adivina.

Eres víctima de una serie de cosas que contribuyen a ayudar a Murphy. El FET tiene un Rdson desagradablemente alto: el valor exacto es incierto, pero si es de 1 ohmio, entonces tiene una resistencia adicional que combate el flujo de corriente.
Como dijo W5Vo, los resultados son 'típicos', y luego agregan letra pequeña de comadreja a los gráficos para definir lo típico.

Ver las cajas naranjas.
El ancho de pulso de 20 uS de "palabras de comadreja" es permitir que la matriz se caliente mínimamente y se enfríe nuevamente entre pulsos. Rdson puede ser el doble en algunos casos con algunos FET a temperatura de estado estable completo. En su caso, la figura 4 muestra Rdson con la temperatura del dado.

Usted mostró la figura 1, que está a 25 C.
Ahora mire la figura 2, que está a 150 C. Aproximadamente a 2 V Vds (mayor Rdson debido a una matriz más caliente) y 3,3 V Vgs, el punto de operación se encuentra por encima de las gráficas disponibles. Solo puede volver al gráfico con Vgs más altos o Vds más bajos (por lo tanto, corriente más baja). Eso es a 150 C. Su realidad se encuentra entre las dos curvas y depende principalmente de su Rdson, que depende de la Rja térmica efectiva, que depende de su disipador de calor.

Tenga en cuenta los Vds en Fig3. **50 voltios** !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
La figura 1 está a 25 °C: si la temperatura ambiente es de 25 °C y tiene 1,7 A a 1 ohmio = 1,7 vatios, la temperatura de la matriz dependerá en gran medida del disipador de calor. Sumidero infinito - Tjc = 2.5C/W - aumento de unos 4 grados C. ¡Genial!
Aire libre sin sumidero Tja = 62 C/W - aumento de aproximadamente 100 C+ - y Rdson aumentará, por lo que la disipación aumentará, por lo que ... . ¡No toques al bot FET como un guante!

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Con identificadores de 1,7 A, V_R1 = 1,7 A.
V1 = 5V entonces Vgs = 3.3V.

Vuelva a calcular, enjuague, repita.
Asíntota es probable que se trate de lo que ves.

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He estado tratando de entender esto durante algunas horas y todavía estoy atascado con respecto al negocio del punto de operación: para un Vds determinado, ¿por qué la corriente de drenaje es más alta para la temperatura de unión más alta? ¿No debería Rdson ser más alto, por lo tanto, una corriente más baja (refiriéndose a la Fig. 1 frente a la 2)
@ tgun926 Se desconoce la respuesta exacta de dónde terminará. Demasiadas variables que interactúan. Traté de proporcionar una guía sobre las diversas cosas que pueden "confundir" una respuesta estática. En esta etapa, no analizaré lo que está señalando, lo que bien puede ser correcto (o no) dependiendo de qué otras suposiciones se hagan. ||| Encender. Flujos de corriente. Vgs cae a medida que aumenta la corriente debido a que Vr1 aumenta con la corriente, por lo que Rdson aumenta con la disminución de Vgs. I^2.Rdson calienta FET. Rdson aumenta con la disminución de la temperatura actual. Vgs aumenta con la disminución de la corriente y la reducción de Rdson... . Se alcanza un punto estable. ....
... Si coloca el punto estable correctamente y resuelve las cosas, todo se equilibra. Si adivina, por ejemplo, que los Id son demasiado altos, el cálculo genera un valor de lpower y vuelve a intentarlo. | Tenga en cuenta los "valores típicos", los datos proporcionados, por ejemplo, 25C o Vds - 50-V o corriente pulsada y la hoja de datos se convierte en solo una guía. | Una lección valiosa es que un circuito limitador de corriente que depende de Vgs y Rdson va a ser muy variable y aproximado y si quiere precisión, use control externo. | Lo principal que obtienes con un amplificador operacional muy barato agregado es una ganancia de bucle muy alta, por lo que es una comparación precisa con una referencia y ...
... el punto de funcionamiento no depende de las características del dispositivo de potencia. por ejemplo, use lm324/4 IR lm358/2 (ambos son del mismo amperaje) configure R1 = digamos 0./1 Ohm y obtenga una referencia de 0.3V. Opamp conduce FET. OA- a la parte superior de R1. OA+ a 0,3V ref. Un suministro máximo de 3A casi "perfecto" (si se usa FET permite 3A con qué voltaje suministrará OA).

La corriente a través del MOSFET se rige por el voltaje de puerta a fuente, no por el voltaje de puerta a tierra.

Con 1,7 amperios a través del FET, habrá 1,7 voltios en R1, lo que hace que el voltaje de la puerta a la fuente sea 1,7 voltios menor que el voltaje V1.

Lo ha entendido, mira el final de su pregunta. Lo que está tratando de hacer es construir un limitador de corriente usando esta función para colocar el FET en un punto operativo de su elección.

Para una corriente de 3A, Vgs debe ser ~ 3.4V.

...

Entonces, ¿por qué no puedo sacar 3A de este circuito?

Para el circuito tal como se dibuja, escriba la ecuación para el voltaje de la puerta-fuente:

V GRAMO S = V GRAMO − V S = V GRAMO − I D ⋅ 1 Ω

Para I D = 3 A , la ecuación es

V GRAMO S = V GRAMO − 3 V

Pero has estipulado que

V GRAMO , metro a X = 5 V

Entonces, con el voltaje máximo aplicado a la puerta y I D = 3 A , tenemos

V GRAMO S , 3 A = 2 V < 3.4 V

En otras palabras, una contradicción.

Así, con V GRAMO = 5 V , la corriente debe ser menor que 3 A .

Sospecho que el problema es la resistencia del transistor. Según la hoja de datos, RDSon puede acercarse a 1 ohmio en circunstancias bastante normales. Eso lo limita a 2.5A (5V / 2ohms). Si la temperatura aumenta (que lo hará, incluso con un disipador de calor), el RDSon sube un poco más. 5V podría no ser suficiente para V2. Apuesto a que obtendrías mejores resultados con un suministro de 10V.

El problema es que, dado que la resistencia de drenaje a fuente (Rds) varía inversamente con el voltaje de puerta a fuente (Vgs), tan pronto como Vgs aumenta hasta el punto en que Rds comienza a caer y permite que la corriente de alimentación pase por el transistor, esa corriente también fluye a través de la resistencia de fuente externa.

Luego, esa corriente provoca una caída de voltaje en la resistencia de la fuente, lo que aumenta el voltaje en la fuente, lo que hace que la pendiente de Vgs disminuya un poco, lo que limita el cambio en la corriente a través del transistor a medida que aumenta el voltaje de la fuente de la puerta.

Eso se muestra gráficamente, a continuación, donde el trazo rojo muestra un aumento independiente de 0 a 5 voltios en el voltaje de la puerta, Vg, el trazo verde muestra que Vgs cambia debido al cambio en el voltaje a través de R1 a medida que cambia la corriente a través de R1, y el trazo amarillo muestra el cambio en la corriente a través de R1 a medida que cambian Vg y Vgs.

El archivo LTspice está aquí si quieres jugar con el circuito.

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La respuesta de Russell es increíble. Solo intento sumar mis 2 kopeks. Busque con "amplificador de fuente común". Uno de los enlaces: De Wikipedia "Amplificador de fuente común"

¿Cómo se limita la corriente en este circuito de drenaje común?
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