MOSFET-Stromquelle / Strombegrenzer Anfrage zur Überprüfung

Ich brauche einen kleinen (etwas) spannungsunabhängigen Strom (ca. 10 mA) mit einem Spannungsbereich von 3-30 V. Ich habe mir folgende Schaltung ausgedacht.

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Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Die Widerstands-U/I-Kennlinie habe ich in die Id-Vgs-Kennlinie des MOSFET eingezeichnet:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Idee ist, dass die Schaltung am Schnittpunkt beider Charakteristika in den Ruhezustand versetzt wird.

Der MOSFET ist ein N-Kanal-Typ vom Verarmungstyp. Circuitlab scheint keine eindeutigen Symbole für den Erweiterungs- und den Verarmungsmodus zu haben.

Ich wähle einen Typ, der mehr als 1 W Leistung verarbeiten kann, um die SOA-Grenzwerte weit entfernt zu halten.

Mir ist bekannt, dass es eine ähnliche Lösung für JFETs gibt, aber ich konnte keinen JFET-Typ finden, der die Spannungsanforderung bewältigen kann. Ich weiß auch, dass ähnliche Geräte mit JFETs als diskrete Komponenten (Konstantstromdioden) existieren, aber diese sind ziemlich teuer ($ 5 oder mehr). Ziel ist es, sowohl die Anzahl der Komponenten als auch den Preis niedrig zu halten. Eine Widlar-Quelle ist keine Option, weil sie benötigt wird ein Referenzstrom, der nicht verfügbar ist.

Stromkonstanz ist weniger ein Problem, es soll den Strom einer unbekannten Spannung begrenzen, die einem niedrigen Widerstand (20-50 Ohm) zugeführt wird, 10 - 20 mA sind in Ordnung. Reaktionszeiten sind auch nicht sehr wichtig.

Am unteren Ende der Kennlinie fühle ich mich nicht wirklich wohl. Sieht jemand ein Problem mit diesem Setup, etwas, das ich übersehen habe, Probleme mit der thermischen Stabilität und vielleicht Punkte für Verbesserungen? Vielleicht bin ich zu sehr auf Leistungskonstanz einzelner Geräte angewiesen?

Der gezeigte RdsOn von Nch ist <30 bis 60 Ohm, was zu hoch für die gezeigte Schaltung mit 80-Ohm-Strommessung ist, um die Genauigkeit zu gewährleisten. Es ist Idss=20mA. aber zur groben annäherung ok. Die Verwendung eines FET mit Idss = 10 mA ist besser mit R1 = 0 oder einem BJT-Strombegrenzer
Der LM317 und ein Widerstand ergeben eine schöne Stromquelle von ~ 10 mA.
Wie George andeutet, kann LM 317 TO92 den Trick machen. Kostet fast nichts.
@GeorgeHerold 10 mA liegen für einen LM317 ganz unten im Bereich. Ich habe nach etwas gesucht, bei dem 10 mA innerhalb des Betriebsbereichs für ein Gerät liegen, und den LT3092 gefunden , der praktisch im selben Paket wie ein BSP135 erhältlich ist. Könnte das eine bessere Option sein?
@AndrewMorton, ich habe noch nie vom lt3092 gehört ... nett (sehr teuer). Ich bin mir nicht sicher, was du mit dem unteren Bereich meinst. Ich denke, der lm317 hat einen Vorstrom von 10 uA, also sollten 10 mA in Ordnung sein. (Auf meiner Bank hat es gerade gut funktioniert.)
@GeorgeHerold Meine Argumentation basierte auf dem Verweis auf das Datenblatt TI LM317 : Der empfohlene Mindeststrom beträgt 0,01 A. An diesem Punkt liegt die Welligkeitsunterdrückung etwa 7 dB unter der Zahl bei 1 A (möglicherweise kein Problem). Das Maximum für "Mindestlaststrom zur Aufrechterhaltung der Regelung" beträgt 10 mA, ein Pechvogel ist also direkt am Rande der Stabilität. Normalerweise arbeitet es bei 3,5 mA. Schließlich beträgt die empfohlene minimale "Eingangs-zu-Ausgangs-Differenzspannung" 3 V, und das OP möchte von 3 V bis 30 V für V (in) betrieben werden. ICBW.
Haben Sie geregelte Spannungsschienen zur Verfügung, die Sie für Vorspannungszwecke verwenden können? Wenn ja, gibt es eine gute Möglichkeit, einen BJT als Stromsenke zu verwenden (was anscheinend das ist, was Sie brauchen).
@mkeith Ich denke, das OP erklärt, dass er solche Schienen nicht indirekt hat, indem er schreibt: "Eine Widlar-Quelle ist keine Option, da sie einen Referenzstrom benötigt, der nicht verfügbar ist." Wenn es eine Schiene gäbe, dann gäbe es eine Möglichkeit, einen Referenzstrom zu erzeugen.

Antworten (2)

Für Ihre Anwendung kann eine Bipolartransistor-Stromquelle verwendet werden. Dieser regelt immer noch (kaum) mit Vin2 = 3 V, verschwendet aber fast 3 mA, wenn Vin2 = 30 V:

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Dies ist ein Low-Side-Stromregler, der generische NPN-Siliziumtransistoren verwendet. R3 bestimmt den Sollwert der Stromregelung. Etwa 10 mA, die durch R3 fließen, erzeugen genug Spannung, um Q3 einzuschalten, der mit der Stromregulierung beginnt. Diese Schaltung hat eine Spannungsbelastung von etwas mehr als einem Volt, besser als ein MOSFET. Q2 gibt etwas Wärme ab. Ein generischer 2N3904 wird mit 10 mA warm, mit 20 mA etwas zu warm. Ersetzen Sie für mehr als 10 mA Q2 durch etwas Stärkeres wie MJE181, das Wärme leichter ableiten kann.

Ziel ist es, sowohl die Anzahl der Komponenten als auch den Preis niedrig zu halten

Angesichts Ihrer anderen Einschränkungen ist es schwer, nur einen MOSFET im Verarmungsmodus und einen Widerstand zu schlagen. (Ich sehe, woher Sie kommen, wenn Sie die JFETs beiseite legen.) Ich nehme an, Sie denken darüber nach:

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Ich kann Ihrem Schreiben jedoch nicht entnehmen, wie wiederholbar Sie dies machen müssen. Der Wert von v G S ( Ö F F ) ist nicht so genau. Sie benötigen also möglicherweise ein Potentiometer. Was den Preis, die physische Größe usw. erhöht. Oder Sie könnten einfach Teile auswählen, nehme ich an, und so arbeiten.

Zum Beispiel die Spezifikationen von Supertex DN3525 v G S ( Ö F F ) irgendwoher 1.5 v Zu 3.5 v , mit v D S = 15 v Und ICH D = 1.0 mA . Wird das wiederholbar genug sein, ohne entweder Teile auszuwählen oder den Widerstandswert auszuwählen?


Mir ist bekannt, dass es eine ähnliche Lösung für JFETs gibt, aber ich konnte keinen JFET-Typ finden, der die Spannungsanforderung bewältigen kann.

Sie könnten diese Topologie verwenden, um dieses Problem abzudecken:

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Bei den gezeigten Geräten benötigen Sie jedoch möglicherweise mehr Headroom als nur 3 v .


Ich weiß, dass der Load-Line-Ansatz Sie dorthin zu bringen scheint. Aber ist die Variabilität nicht ziemlich bedeutend? Oder hältst du es für ausreichend?