Wie funktioniert diese Stromquellenschaltung?

Der Schaltplan ist falsch, und Sie haben absolut Recht, dass der Ausgangsstrom mit dem gezeigten Schaltplan niemals Null sein kann.

Betrachten Sie zwei Fälle:

1. Der BSC ... ist vollständig ausgeschaltet (dies kann der Fall sein, wenn Vshunt 0 V beträgt, aber wir können dies im Moment ignorieren). Unter diesen Bedingungen fließt der 50-uA-Referenzstrom durch die 10 k zum Ausgangspin (und wir müssen hier annehmen, dass der Ausgang zur Vereinfachung gegen Masse kurzgeschlossen ist). Die im Fehlerverstärker entwickelte Spannung beträgt 0,5 V ..... also beträgt der (PWM-erzeugte) Strom durch den 0,1-Ohm-Widerstand 5 A (damit ist eine Welligkeit verbunden, die wir jedoch im Moment ignorieren). ....so weit so gut, wir kommen auf 5 A.

2. Der BSC ... ist gesättigt, und da (im Wesentlichen) kein Strom von der Gate-Seite des Geräts fließt, sind die 10-kOhm-Widerstände effektiv parallel und die entwickelte Referenzspannung beträgt 0,25 V. ... also die (PWM erzeugt ) Strom durch den 0,1-Ohm-Widerstand beträgt 2,5 A.

Das gezeigte Schema stimmt also nicht mit dem von ihnen erstellten Diagramm überein.

Unter welchen Bedingungen könnte nun die Referenzspannung in den Fehlerverstärker einen Nullstrom durch den 0,1-Ohm-Widerstand erzeugen?
Wenn die Referenzspannung Null wäre, würde sich die PWM niemals einschalten, sodass der Strom auf Null fallen würde (sobald sich der 47-uf-Kondensator entlädt).

Um eine Referenzspannung von 0 V im Fehlerverstärker zu erreichen, müssen Sie den gesamten Referenzstrom von 50 uA auf Masse umleiten.

Könnten der LTC2054 und BSC... den Strom überbrücken? Nicht wie gezeigt, aber wenn die Stromquelle von einer negativen Versorgung gespeist würde, könnte dies der Fall sein. Wenn Vshunt 0,5 V beträgt, dann ist der BSC ... ein Konstantstromgenerator von 50 uA ... also haben wir den richtigen Strom, aber die für den Konstantstromgenerator angezeigte Masse müsste mindestens -0,5 V betragen in der Lage, die Spannungsreferenz am Fehlerverstärker auf Null zu ziehen.

Ich würde vorschlagen, dass der Stromgenerator eine negative Stromversorgung von mindestens 1 V enthalten könnte, um funktionsfähig zu sein. Dies macht es weniger einfach, den Vshunt zu erzeugen, aber immer noch durchaus möglich.

Also sowas würde funktionieren:

Betrachten Sie als letztes die Auswirkungen eines Lastwiderstands (denken Sie daran, dass ich die Last in all dem oben Genannten als Kurzschluss betrachtet habe).

Wenn die Last (Widerstand oder Offset) ansteigt, entwickelt sich am Ausgang eine Spannung, die ein Ende des 10-K-Widerstands anhebt. Mit den oben vorgeschlagenen Änderungen spielt es keine Rolle, wie hoch die Ausgangsspannung ist, da wir nur die zwischen dem Ausgangsende des 0,1-Ohm-Messwiderstands und der Referenzspannung erzeugte Spannung in den Fehlerverstärker ausgleichen.

Stellen Sie sich beispielsweise vor, Sie würden diesen Stromgenerator verwenden, um die Durchlassspannung einer Leistungsdiode zu charakterisieren. Die Spannung am Ausgang würde je nach Strom durch das Gerät ziemlich hoch ansteigen (0,7 bis 1 V oder mehr). Bei ausreichend hoher Eingangsspannungsversorgung gäbe es mit dem LTC2054 als reine Stromquelle keine Probleme mit höheren Ausgangsspannungen. Mit der Vshunt-Spannung von 0 bis 0,5 V können Sie (innerhalb praktischer Grenzen) auch auf Nullstrom kommen.

PS: Als wichtige Randnotiz, um Ihren Kopf zum Drehen zu bringen, würde das gezeigte Schema bei sehr kleinen Ausgangsströmen funktionieren (aber wahrscheinlich nicht auf Null gehen), wenn die Ausgangsspannung höher als 0,5 V wäre. Also im Fall einer Diode oder Wenn der Zener getestet wird und die Ausgangsspannung über 0,5 V liegt, würde der Vshunt-Generator wie im Anwendungshinweis gezeigt funktionieren. Es funktioniert einfach nicht bei einer ohmschen Last, bei der die Ausgangsspannung unter 0,5 V fällt.

Implementieren einer Fehlerbehebung

Der LT2054 ist ein sehr hochwertiger Operationsverstärker mit sehr niedrigen Offsets.
Eine mögliche Lösung, um Sie nahe an Nullstrom zu bringen, wäre, den 10-kOhm-Widerstand auf 100 Ohm zu senken. Jetzt beträgt der Spannungsabfall zum Absenken der 50 uA nur noch 5 mV.

Wenn Sie die 0 - 0,5 V als Vshunt beibehalten möchten, könnte ein 100: 1-Widerstandsteiler funktionieren.

Etwas wie das:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Gemäß der Grafik ist es, wenn Vshunt 0,5 V beträgt.

Wenn das passiert, gehen alle 50 ua Strom zu diesem Mosfet (BSC ....). und kein Strom fließt durch diesen 10k-Widerstand vom Eingang des Fehlerverstärkers zum Ausgang. dh. Die Spannungsdifferenz zwischen dem 0,1-Ohm-Widerstand ist Null -> Ausgangsstrom ist Null.

Sie können sich das Ganze als High-Side-Strommessverstärker vorstellen. Die beiden Eingangsklemmen des Fehlerverstärkers haben eine Spannungsdifferenz von Iout * 0,1 Ohm - (50ua - Vshunt / 10k) * 10k.

bei negativer Rückkopplung muss diese Spannungsdifferenz Null sein.

so haben Sie die Beziehung, die Sie haben.