Probleme mit der Konstantstrom-Opamp-Schaltung

Es ist ein Wunder, dass Sie überhaupt 1,5 A bekommen.

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Da Sie 3,3 V als Eingang für Ihren Aufwärtsregler erwähnen, gehe ich davon aus, dass dies auch die Stromversorgung für Ihren 555 und Ihren Operationsverstärker ist. Der LM555 funktioniert bei dieser niedrigen Spannung nicht, daher müssen Sie die CMOS-Version TLC555 verwenden .

$H_{FE}$für den 2N5191 bei 1,5 A ist mindestens 25, Sie benötigen also 60 mA Basisstrom. Ein$H_{FE}$von 25 macht, dass der Operationsverstärker die 0,5 sieht$\Omega$Emitterwiderstand als 12,5$\Omega$. Das ist immer noch niedrig, also wird es nicht der begrenzende Faktor für den Basisstrom sein:$\dfrac{3.3V - 0.7V}{12.5\Omega}$= 208mA.

Das Problem ist der Operationsverstärker. Bei einer Stromversorgung von 2,5 V beträgt der Kurzschlussstrom des MCP6021 typischerweise 30 mA, was im schlimmsten Fall nur 750 mA Kollektorstrom ergibt. Der Grund, warum Sie 1,5 A erhalten , ist, dass die 25 das Minimum des Transistors ist$H_{FE}$, es kann bis zu 100 gehen.

Der$H_{FE}$Sie erhalten, ist typisch für einen Leistungstransistor, daher hilft es wahrscheinlich nicht viel, ihn gegen einen anderen Typ auszutauschen. Sie können einen Darlington verwenden oder Ihren eigenen bauen, indem Sie einen kleinen Signaltransistor hinzufügen, um die Basis des Leistungstransistors anzusteuern. Der BC817 wird geeignet sein.

Ein MOSFET ist auch eine Möglichkeit, aber dies sollte mit Bedacht gewählt werden. Selbst Logik-MOSFETs geben nicht immer ihren maximalen Strom bei 5 V ab$V_{GS}$, und der Messwiderstand subtrahiert auch eine bestimmte Spannung davon. Der Ausgangsteiler des 555 liefert 1,65 V für den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers, und bei ausreichendem Treiberstrom pendelt sich auch der Messwiderstand auf 1,65 V ein, was den LEDs 3,3 A liefert. Das bedeutet, dass der MOSFET in der Lage sein sollte, 3,3 A Drainstrom bei nur 3,3 V - 1,65 V = 1,65 V zu liefern$V_{GS}$. Das ist sehr niedrig! Aber durch einen glücklichen Zufall zeigte eine Antwort auf eine andere aktuelle Frage diese Grafik:

Dieser verdammte AO6408 liefert 8 A bei nur 1,5 V$V_{GS}$! Maßgeschneidert für den Job!

• Selbst ein kleines Rauschen an IN+ führt dazu, dass etwas Strom durch Rsense fließt und die LED einschaltet, obwohl es sehr schwach ist, verbraucht es Strom und ist nicht ideal. Wie kann ich dies nur über einer bestimmten Spannung an IN + funktionieren lassen, zum Beispiel 1 V.

Nehmen Sie einfach Ihr Feedback vom Ausgang des Operationsverstärkers (der Basis des BJT). Wenn nun das Eingangssignal weniger als etwa 0,6 V beträgt, erfolgt keine IR-Ausgabe.

Wenn Sie immer noch die gleiche maximale Ausgangsleistung haben möchten, können Sie die beiden Widerstände (in Ihrem Schaltplan nicht gekennzeichnet) so einstellen, dass die "Ein" -Spannungseingabe zum Operationsverstärker um etwa 0,7 V erhöht wird.

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Wie Nick Alexeev betont, ist das obige eine Art "Quick-and-Dirty" -Lösung. Es gibt ungefähr 100-200 mA Unsicherheit des Ausgangsstroms. Es kann auch Ihre Möglichkeiten einschränken, das Problem zu lösen, dass der Operationsverstärker nicht genug "Pep" hat, um den Basisstrom im BJT bereitzustellen, den Sie benötigen, um den gewünschten Ausgangsstrom zu erhalten (wie in Nicks Antwort beschrieben).

Hier ist eine Lösung, die beide Probleme löst (dies ersetzt den Operationsverstärker, den BJT und den Messwiderstand in Ihrer Schaltung):

Mit dieser Schaltung müssen Sie sich keine Gedanken über die Treiberfähigkeit des Operationsverstärkers machen. Sie reduzieren auch die Unsicherheit des Ausgangsstroms. Die ursprüngliche Schaltung hatte mögliche Fehler aufgrund der Widerstandsvariation (0,5 - 5 %, je nachdem, welchen Widerstand Sie kaufen) und des BJT-Beta (1 - 2 %).

Damit bleiben Ihnen nur die Widerstandsvariation und ein Fehler aufgrund der Variation der Diodendurchlassspannung.

Wenn der 47-kOhm-Widerstand dazu führt, dass diese Schaltung für Ihre Anforderungen zu langsam reagiert, müssen Sie möglicherweise die Werte Ihrer Spannungsteilerwiderstände verringern, damit Sie den Wert des neuen Widerstands verringern können.

BEARBEITEN 2

Um die Anzahl der Komponenten zu reduzieren, könnten Sie die Diode in Ihren Widerstandsteiler einbauen. R1 ersetzt hier den unteren Widerstand im Teiler. Der Wert von R1 würde auf 10 kOhm reduziert. Ein zusätzlicher Widerstand wird in Reihe mit der Diode hinzugefügt, um der obere Widerstand im Teiler zu sein. Der Input kommt dann direkt vom 555.

Der Wert des oberen Widerstands sollte so gewählt werden, dass er den gewünschten Ausgangsstrom liefert, wenn der Eingang hoch ist.

• Ich konnte den Strom durch die LED nicht auf sehr hohe Zahlen drücken. Ich verwende einen 5A-fähigen BJT und MCP6021 als Operationsverstärker. Ich kann bis zu 1,5 A sehen, komme aber nicht weiter. (1,5 A gemessen am Spannungsabfall von Rsense).

Der maximale Ausgangsstrom des MCP6021 beträgt 30 mA, was dem Gate -Basisstrom entspricht$I_b$. Der LED-Strom ist der Kollektorstrom$I_c=I_b h_{FE}$. Wir wissen nicht, welches Modell Q1 ist, aber die Werte von$h_{FE}$(manchmal wird es auch als Beta bezeichnet) liegen normalerweise zwischen 10 und einigen Hundert. Es stimmt mit 1,5 A max überein, die Sie bekommen. Ein Darlington-Paar oder ein MOSFET könnten Ihnen mehr Strom liefern.