Fuente de corriente controlada por voltaje

Aquí hay un circuito que parece funcionar bastante bien para permitir que un voltaje controle una corriente de hasta dos amperios.

circuito

Funciona en el simulador de falstad (la entrada de voltaje de onda triangular produce una forma de onda de corriente idéntica a través del diodo que es el LED; no solo funciona el control PWM, establecer el voltaje de entrada a la mitad en realidad reducirá a la mitad la corriente) y lo estaré probando con mis propios componentes, pero quiero averiguar algunas cosas antes de poder finalizar el diseño del circuito.

La forma de onda de la izquierda representa el voltaje que regula la corriente a través del diodo. La onda triangular (los 40 Hz y la elección de la onda triangular son arbitrarias) está a 5V. Está conectado al amplificador operacional a través de un divisor de voltaje, y la resistencia rosa en la parte inferior derecha se elige en coordinación con el voltaje que ingresa al amplificador operacional (después del divisor es de 100 mV). El propósito de establecerlo en 1 7 Ω es minimizar la generación de calor. Está en ese valor porque quería 700mA a través del diodo.

La fuente de voltaje de CC a la derecha es de 10 V.

Ahora miré la hoja de especificaciones de mi opamp, el MCP600x y su corriente máxima absoluta es de 2 mA. El transistor de par Darlington que estoy usando (BD681) tiene un h F mi de 750 lo que significa que cuando llego a este límite la corriente del colector es 2 metro A ∗ 750 = 1.5 A . Esto significa que no debería usar este circuito para controlar un LED de 3 amperios. ¿Hacen amplificadores operacionales de riel a riel con clasificaciones de corriente más altas? Mi transistor tiene una clasificación de 4A (aunque necesitará algo de disipación de calor ya que tiene una caída de 1.3v)

Dado que el transistor disipa bastante calor a altas corrientes, creo que sería necesario un MOSFET para reducir las ineficiencias. Sin embargo, no he tenido mucha suerte en lograr que un circuito MOSFET tenga una buena regulación de corriente porque no hay un camino conductor desde la puerta hasta la fuente. Sin embargo, puedo usarlo como un interruptor, por lo que la operación PWM está bien.

Supongo que mi pregunta es: ¿existe una forma relativamente simple de construir un circuito mosfet que funcione como este, pero capaz de generar más corriente (y mayor eficiencia)? Además, ¿qué tipo de MOSFET debo usar (tipo p, tipo n... ¿otros tipos?)?

¿Por qué no usar un "Trarlington"? Use un tercer transistor para hacer un Darlington triple, que debería reducir la corriente base a un rango que el amplificador operacional pueda manejar.
Esa es una idea muy interesante. Ciertamente, nada me impide ampliar aún más la ganancia de esa manera. ¡Gracias!
@Bitrex, Steven, también conocido como "superdarlington"
@Bitrex: +1 para "Trarlington", aunque estrictamente un triple-Darlington sería un "Hexlington" :)
@Mike: ¿corriente de accionamiento de 1pA?
solo por curiosidad, con ese tipo de ganancias masivas, ¿no se volvería el circuito extremadamente sensible a pequeñas cargas electrostáticas y cosas así? No creo que se necesiten muchos microvoltios para producir unos pocos picoamperios de corriente. Oh, espera, tiene que estar por encima del umbral de voltaje, ¿hmm?

Respuestas (3)

Este circuito usa un FET para controlar un transistor, pero puede reemplazar el transistor con un darlington, de modo que obtenga una especie de superdarlington híbrido.

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Esto debería resolver la limitación de corriente de salida opamp.

Los MOSFET de potencia tienen otro problema: tienen una capacitancia de compuerta significativa, y con una corriente de salida de 2 ma, se recargará muy despacio... Los controladores de alta velocidad bombean hasta 1 A de corriente solo para impulsar las compuertas...

Por lo tanto, primero intentaría usar un par Darlington de baja potencia Y un transistor de potencia encima. Esto le dará suficiente amplificación.

¡Gracias por señalar esto! Dudo que el simulador tome esto en cuenta
Bueno, los simuladores decentes deberían tener esto en cuenta. Simplemente agregue una resistencia de 1-10kOhm en serie con la puerta y verá.

Puede reemplazar el transistor bipolar NPN en su circuito casi directamente con un FET de canal N de bajo voltaje. Siempre que el amplificador operacional tenga suficiente capacidad de voltaje para impulsar la puerta, establecerá el voltaje de la puerta en lo que sea necesario para obtener el voltaje deseado (y, por lo tanto, la corriente deseada) a través de la resistencia de detección de corriente. Si está utilizando un MCP600x, su voltaje de salida será limitado y el FET debe ser del tipo de "nivel lógico". Eso significa que funcionará en todo su rango con 5V en la puerta en lugar de los 12-15V habituales.

En cuanto a la eficiencia, el control lineal del LED es una mala idea. Configure las cosas para que tengan el voltaje suficiente para hacer funcionar el LED a la corriente máxima que desee, luego use PWM para corrientes más bajas. En otras palabras, para obtener la mitad de brillo, ejecute el LED a brillo total la mitad del tiempo en lugar de a la mitad de brillo todo el tiempo.

Entiendo que los LED funcionan mejor mediante el uso de PWM, pero varios de estos emisores novedosos pueden beneficiarse de la conducción a corrientes variables. El Cree XM-L, por ejemplo, puede proporcionar unos sorprendentes 160 lúmenes por vatio cuando funciona a 350 mA. También es capaz de casi 1000 lúmenes cuando se maneja a más de 3 amperios, pero con una eficiencia menor. Si quiero configurar este emisor en ~30 por ciento de su salida máxima, me gustaría usar una corriente más baja en lugar de PWM a 3 amperios. De hecho, tengo una linterna XM-L que usa PWM en sus modos bajos. Calculo 300Hz pwm. Y creo que sería mejor si se conduce directamente.
Además, lo que sucedió cuando reemplacé directamente el NPN con un MOSFET de canal n en la simulación fue que el voltaje de la puerta se atascó en alto y el MOSFET no se apagó. Tuve que jugar con él y agregar una resistencia para drenarlo a tierra. Sin embargo, no me dio control lineal.
Tenga en cuenta que si va a hacer un iluminador y ver la escena con una cámara de video, el uso de PWM puede causar efectos estroboscópicos/aliasing en la imagen.
Me alegro de que lo hayas señalado, Mike. Esta es una de esas cosas que se pasan por alto fácilmente y se suma a mi lista de razones por las que me gusta evitar PWM (o al menos encontrar soluciones para ello)
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