BJT Strombegrenzer für lineare Stromversorgung

Ich versuche, einen Strombegrenzer oder mein LM317-basiertes Netzteil mit diesem Schema zu entwerfen.

Das Netzteil muss maximal 1,5 A bei 30 V liefern können. Ich habe einige Berechnungen angestellt und möchte verstehen, ob ich auf dem richtigen Weg bin. Ziel ist es, geeignete Werte für die Widerstände und die richtigen BJTs zu finden.

1) Q1: Unter der Annahme, dass die Stromversorgung an ihrer Grenze arbeitet, haben wir bei Q1 einen Ic = 1,5 A und Vce = Vcc-Vq2be = 30-0,7 = 29,3 V. Ein geeigneter BJT, der diese Werte unterstützen kann, könnte der D44H8 sein.

2) Wert von R1: Der D44H8 hat eine Stromverstärkung im schlimmsten Fall von 10. Wenn also Ic = 1,5 A an Q1 ist, ist Ib = 1,5/10 = 0,15 A. In der Nähe der Grenze von 1,5 A können wir annehmen, dass Vq2be = VRsen = 0,7 V ist, also: VR1 = 30 – 0,7 – 0,7 = 28,6. Dies führte zu R1 = 28,6/0,15=190 Ohm

3) Wert von Rsen: An Q1: Ic=1,5, Ib= 0,15, Ie=1,65 Der Spannungsabfall über Rsen beträgt ca. 0,7. Dann: Rsen=0,7/1,65=0,42 Ohm

4) Q2: Q2 muss in der Lage sein, mindestens 30-0,7-0,7 = 28,6 V an seinem Kollektor zu unterstützen, aber einen viel kleineren Strom. Ich wähle einen BJT der BC337-Familie, der 45 Vce und einen maximalen Kollektorstrom von 800 mA garantiert

Durch Konstanthalten von R1 und Variieren von Rsen I können unterschiedliche maximale Stromwerte an der Last eingestellt werden.

Habe ich mehr oder weniger recht?

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Hast du die Verlustleistung in deinen Transistoren berechnet? Wenn RL 0 Ohm beträgt, verbraucht Q1 etwa 40 Watt. Ich habe nicht deinen ganzen Text gelesen. Aber diese Schaltung ist eine gute Möglichkeit, den Strom durch RL zu begrenzen. Beachten Sie, dass Sie, wenn Sie vorhaben, ihn als Strombegrenzer für eine Versorgung zu verwenden, ihn möglicherweise neu anordnen möchten, damit er auf der hohen Seite arbeitet (unter Verwendung von PNP anstelle von NPN). Wenn die 30-V-Versorgung schwebend ist, spielt es keine Rolle. Wenn die 30-V-Versorgung jedoch geerdet ist (oder sein könnte), könnte es gefährlich sein, den Begrenzer auf die niedrige Seite zu stellen, da der Benutzer den Kollektor von Q1 erden könnte.
Dadurch erhalten Sie keine genaue Strombegrenzung, und die tatsächliche Begrenzung variiert ziemlich stark mit der Temperatur von Q2.
@mkeith Ich habe die Schaltung mit EveryCircuit simuliert und festgestellt, dass bei kleinen Änderungen von R1 sehr große Änderungen an Ic auftreten. Das war also eigentlich meine nächste Frage, ich hatte irgendwie das Gefühl, dass dieses System nicht so präzise ist. Vielen Dank, dass Sie dies bestätigen.
Die endgültige Berechnung wurde hier durchgeführt planetanalog.com/…

Antworten (1)

Sie haben mehr oder weniger recht, aber das ist keine gute Lösung. Ihre Spannung am Kollektor von Q2 wird nie viel über 1,4 V liegen. Und Ihr 190 Ohm R1 wird 30 x 0,15 = 4,5 W abführen

Da Sie Feedback haben, können Sie einen Fet verwenden, um den Strom weiterzugeben und R1 viel größer zu machen. Sie müssen wahrscheinlich Kühlkörper auf Rsense (1W+) verwenden, und Ihr Durchgangstransistor q1 muss die volle Leistung aufnehmen. Das sind fast genug 45W. Außerdem variiert Ihr Grenzwert über den Temperaturbereich um mindestens 300 mA, möglicherweise mindestens 1,3 A bis maximal 1,6 A.

Es gibt viele effizientere und genauere Lösungen. Welche anderen Gestaltungskriterien haben Sie? ZB Kosten, Genauigkeit, Platz auf der Platine?

Weiterverfolgung der Kommentare: Unten bat Enrico darum, einige Alternativen zu sehen. Eine Möglichkeit ist die Verwendung von Lmp8646, einem Strommessverstärker von TI. Sie würden Rsense von etwa 0,1 R benötigen. Stellen Sie die Verstärkung entsprechend ein und speisen Sie den Ausgang in einen Komparator. Verwenden Sie den Komparator, um die Versorgung auszuschalten (hat Ihr Regler einen Freigabeeingang?). Für diese Schaltung benötigen Sie eine feste Versorgung weniger, um das IC, den Komparator und die Referenz mit Strom zu versorgen. Der Widerstand würde knapp 0,25 W abführen. Ich würde vorschlagen, den Komparator mit viel Hysterese und auch einen Kondensator am Ausgang zu versehen, um zu verhindern, dass das Ding während eines Fehlerzustands sehr schnell ein- und ausgeschaltet wird. Sie könnten stattdessen die Versorgung abschalten, bis eine Reset-Taste gedrückt wird.

Dieser IC eignet sich auch für ausgefeiltere Stromregelung, wie z. B. variable Strombegrenzung und Rückfaltung der Versorgungsspannung durch Anschluss des Ausgangs an die Reglerrückkopplung. Es ist nur das erste, auf das ich gestoßen bin - andere Marken / Schaltungen sind verfügbar.

In diesem im Wesentlichen linearen Setup müssen Sie möglicherweise mit Power-Mosfets vorsichtig sein. Ihre Nennleistungen sind für Schaltanwendungen definiert, und iirc-Hotspots können im Silizium im Hochleistungs-Widerstandsbereich auftreten.
Danke, das wusste ich nicht. Wollen Sie damit sagen, dass ein Leistungs-Mosfet, der im linearen Modus arbeitet, beschädigt werden kann, obwohl er innerhalb seiner Nennleistung und seines kontinuierlichen Drain-Stroms bleibt? Ich war davon ausgegangen, dass die Strombegrenzung ein Fehlerzustand (dh vorübergehend) war, aber wenn dies eine Laborversorgung für die Entwicklung ist, ist dies möglicherweise nicht der Fall.
Es wäre für mich sehr interessant zu wissen, welche alternativen Lösungen möglich sind. Ich lerne gerade und baue meinen Workbench-Vorrat für andere Projekte auf, sodass ich eigentlich keine großen Grenzen habe. Ich könnte mich entscheiden, jede Lösung zu implementieren. Im ursprünglichen Projekt wurde die Strombegrenzung mit einfachen Widerständen durchgeführt.
Mosfets verwenden keine realistischen Nennleistungen. Die maximale Leistung basiert typischerweise auf der Aufrechterhaltung einer Gehäusetemperatur von 25 °C. Aber natürlich wird das Gehäuse bei einer Verlustleistung von 40 W nicht 25 ° C erreichen. Sie müssen die thermischen Berechnungen mit Wärmewiderständen aus dem Datenblatt durchführen. Prüfen Sie, ob die Sperrschicht ihre maximal zulässige Temperatur überschreitet.
Okay, danke, das Verfahren ist mir bekannt. Ich dachte, Sie beziehen sich vielleicht auf ihre Verbindungsstruktur oder so etwas. Ich erinnere mich zum Beispiel vage daran, dass eine hohe dvdt Fets beschädigen kann, weil der Strom auf einen kleinen Bereich konzentriert ist, obwohl alle anderen Faktoren innerhalb der empfohlenen Betriebsbedingungen liegen. Wie auch immer ... @enrico willst du auf unbestimmte Zeit im Konstantstrommodus laufen? Wenn dies der Fall ist, ist es wahrscheinlich der beste Ansatz, den Ausgang Ihres Reglers anzupassen. Jede Power-Dumping-Lösung wird dazu führen, dass Ihre Versorgung heiß wird
@loganf Ich muss dieses Gerät für meine Experimente verwenden, es wird eine Stromversorgung für meine Werkbank sein. Ich werde es für Arbeitssitzungen von etwa 4-5 Stunden verwenden, und der Strombegrenzer funktioniert nur, wenn ich einige Fehler mit der Last mache. Sagen wir einen Kurzschluss oder eine zu kleine Last. Eigentlich sollte diese Schaltung als sehr schnelle elektronische Sicherung arbeiten.
@Enrico, wird es auf 30 V und 1,5 A festgelegt oder ist einer oder beide Werte variabel? Wenn ein Überstromzustand vorliegt, möchten Sie, dass der Ausgang abschaltet oder die Spannung zurückfaltet? Das Ausschalten ist einfacher, erschwert jedoch die Fehlersuche.
@loganf Das Netzteil kann 3,3, 5, 9 oder 12 V liefern. Sie können die Ausgangsspannung über einen Schalter auswählen. Darüber hinaus können Sie entscheiden, auf eine manuell gesteuerte Ausgangsspannung (mit einem Potentiometer) umzuschalten, die 1,5 bis 30 V liefern kann. Sobald Sie die Spannung eingestellt haben, bleibt sie konstant. Der Strom ist eigentlich nicht einstellbar, die Last entlädt, was sie braucht, und wenn sie zu viel entleert, möchte ich, dass sie abschaltet. Im Moment ist das Abschalten OK, ich nutze dieses Projekt auch zum Lernen, und ich möchte mit dem Einfachsten anfangen.
BJT Strombegrenzer für lineare Stromversorgung
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