限流恒流電路設(shè)計(jì)方案

上圖是一個(gè)限流恒流電路，當(dāng)電流低于閾值時(shí)，輸出電流由負(fù)載決定，當(dāng)負(fù)載加重，輸出電流達(dá)到閾值時(shí)，輸出電流穩(wěn)定在閾值保持恒定，負(fù)載再加重的話，輸出電流也保持恒定，而輸出電壓Vout會(huì)隨著負(fù)載加重而下降。下面具體分析。

圖中R1和R2為分壓電阻，使MOS管Q2的Vgs電壓固定為12V.ZD1為穩(wěn)壓二極管，防止輸入電壓波動(dòng)時(shí)，Q2的Vgs電壓超過(guò)限制，保護(hù)MOS管。具體穩(wěn)壓管參數(shù)可根據(jù)MOS管規(guī)格書(shū)中Vgs限制參數(shù)來(lái)選擇。電容C1為緩啟動(dòng)電容，剛上電時(shí)，因C1上電壓為零，A點(diǎn)的電壓最高，隨著電容充電，充電電流越來(lái)越小，A點(diǎn)的電壓逐漸下降，電容上的電壓也越來(lái)越大，從而確保Q2的Vgs是緩慢增大的。實(shí)現(xiàn)Q2開(kāi)關(guān)動(dòng)作的緩啟動(dòng)。如下圖：

當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到一個(gè)閾值時(shí)，即R3上的壓降達(dá)到0.7V時(shí)(實(shí)際約為0.7V)，Q1會(huì)導(dǎo)通。這個(gè)閾值約為0.7V/6.8R.為方便計(jì)算，我們將這個(gè)閾值約等于為100mA.

下面來(lái)講講這個(gè)電路是怎么實(shí)現(xiàn)限流恒流的。給輸出加上一定的負(fù)載，當(dāng)輸出電流小于100mA時(shí)，Q1不工作，輸出電流的大小完全由負(fù)載大小決定，調(diào)整負(fù)載，負(fù)載越重輸出電流越大，當(dāng)這個(gè)負(fù)載加重，欲使輸出電流超過(guò)100mA時(shí)，R3上的電壓使Q1的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，Q1導(dǎo)通工作，Q1導(dǎo)通后，MOS管的Vgs電容上存儲(chǔ)的電壓會(huì)通過(guò)Q1放電，Vgs電壓會(huì)下降，隨著Vgs電壓下降(見(jiàn)下圖)，MOS管DS極間的等效電阻會(huì)加大，Vgs會(huì)下降到什么程度呢?我們知道，根據(jù)MOS管的特性，Vgs電壓的大小和DS極間的電阻大小是有關(guān)聯(lián)的，當(dāng)Vgs下降到某值，即DS極間的電阻增大到一定值時(shí)，整個(gè)回路的總阻抗保持不變，即雖然負(fù)載加重，負(fù)載阻抗減小了，但MOS管的DS極間的電阻增大了，從而限制了因?yàn)樨?fù)載加重，輸出電流想要超過(guò)100mA的這個(gè)趨勢(shì)，而且因?yàn)镼1發(fā)射結(jié)的存在，整個(gè)回路的電流將被鉗位為不超過(guò)100mA.最終MOS的Vgs將穩(wěn)定在低于12V的一個(gè)值。此時(shí)，若再接著加重負(fù)載，同理Vgs將繼續(xù)減小，MOS的DS極電阻將繼續(xù)增大，通俗的將就是，你負(fù)載阻抗減小的部分，我MOS管DS極間電阻給你補(bǔ)上，從而保證整個(gè)總阻抗不變，從而保證整個(gè)輸出電流不超過(guò)100mA。

Vgs電容放電回路

以上同理，當(dāng)負(fù)載減輕時(shí)，MOS管的Vgs電壓會(huì)上升，DS極間電阻會(huì)減小，保證輸出電流為100mA.本電路的關(guān)鍵點(diǎn)為MOS管，只要你理解了MOS管的輸出特性，就能很好的理解以上。下面我們從MOS管的輸出特性方面來(lái)闡述以上觀點(diǎn)。下圖是MOS管的輸出特性曲線。

MOS管輸出特性曲線

該電路能實(shí)現(xiàn)恒流的作用，主要是因?yàn)楫?dāng)電流超過(guò)閾值時(shí)，MOS管工作于可變電阻區(qū)，即上圖的變阻區(qū)，根據(jù)上圖，MOS管處于可變電阻區(qū)的A、B、C三種狀態(tài)時(shí)，根據(jù)歐姆定律可知，A狀態(tài)時(shí)，MOS管的DS電阻最小，C狀態(tài)時(shí)，MOS管的DS電阻最大。也就是斜率越高，MOS管DS間的電阻越小。當(dāng)負(fù)載加重，即負(fù)載電阻減小時(shí)，為了保證回路的輸出電流不變，只有將MOS管的DS極間電阻加大，我們?cè)谇€圖的橫軸上畫(huà)一條線和AB相交得到下圖，即想要保證電流不變(同樣大小的電流下)，MOS管的DS極間電阻想要加大的話，只能由A狀態(tài)變?yōu)锽狀態(tài)，而B(niǎo)狀態(tài)的Vgs明顯比A狀態(tài)要小，B狀態(tài)的Vgs為5V,而A狀態(tài)的Vgs為6V,從而反證了，恒流狀態(tài)下，負(fù)載加重，Vgs電壓會(huì)減少的分析結(jié)果。如下圖：

附上仿真圖，上篇文章有些條友評(píng)論說(shuō)，過(guò)流時(shí)MOS管會(huì)處于不停的開(kāi)、不停的關(guān)的狀態(tài)，這個(gè)電路沒(méi)法使用。而根據(jù)以上分析，實(shí)際MOS管工作于可變電阻區(qū)，輸出也很穩(wěn)定，見(jiàn)下圖。這個(gè)電路適用于電流負(fù)載不大且恒流精度要求不高的場(chǎng)合，三極管的發(fā)射結(jié)，隨著溫度變化和電流變化也不會(huì)始終恒定的為0.7V.

加重負(fù)載測(cè)試

繼續(xù)加重負(fù)載，電流保持不變，輸出電壓穩(wěn)定

原文標(biāo)題：一種分立器件組成的限流恒流電路分析

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審核編輯：湯梓紅