高精度程控电流源设计（4-20ma）

登录 · 发表于 2018-6-2 10:24

本帖最后由 mcbot 于 2018-6-2 10:55 编辑

图为一个程控电流源，采用20bit 2.5V满量程输出的DAC
输出电流4-25mA，精度0.02%RDG+2uA
带负载能力600Ω（@25mA）
运放改成了OP27(±9V供电)
输出端串联了一个M7二极管保护
取样电阻采用25ppm 0.1% 晶圆电阻，

请问电路中是否还有其它问题需要避免或者注意，或者设计有问题的地方？

发表于 2018-6-2 10:32

自己顶一下，路过的前辈给点指点。

发表于 2018-6-2 10:34

不要沉了，自己再顶一下

发表于 2018-6-2 11:16

不懂，看看。。。。。。。。。

发表于 2018-6-2 11:56

要看具体的要求：
1. 是DAC设置之后再接上负载？还是负载始终接着，调DAC使负载电流变化就可以了？
若是前者，那么在每次负载接上时都会产生很大的过冲电流。
2. 输出端口的M7，其漏电流可能在某些温度条件下破坏指标。
3. C15的存在不一定有好处（不过，这个可以通过测试确认）。
4. 电流采样电阻的功率裕量很好，应该是经过计算了。
5. 可在运放的反相输入端和输出端之间预留一个补偿电容。
6. 输出端的RC不一定有必要，且R7的功率不需要这么大。
7. 除非纯粹为了分辨力，否则20bit的DAC有点浪费。

发表于 2018-6-2 12:42

问题太大。运放5v驱动nmos加24v就不对，原则错误。

发表于 2018-6-2 13:44

本帖最后由 mcbot 于 2018-6-2 13:51 编辑

fzyuan 发表于 2018-6-2 11:56
要看具体的要求：
1. 是DAC设置之后再接上负载？还是负载始终接着，调DAC使负载电流变化就可以了？
若是前 ...

1，先接负载，再开电流，
   先开电流，再接负载
   通着电流，负载断开
这几种情况都有可能，我如何才能尽可能避免电流冲击呢？请老师指点

2、输出端口M7您说的是并联的M7吗，这个我担心负载会有感性的，所以加了续流，您说的漏电流确实存在，考虑去掉或者换一个漏电流小的二极管了

3、C15  R11存在，主要是为了补偿掉高频的反馈回路，是我从另一个论坛的老师那学会的，但是会造成负载调整速率下降，最终导致电流上升沿过冲，所以再输入端加上了低通滤波，以减小阶跃响应过充电流。
不知道这么做是否有道理，具体效果还没有测试对比，后续会测试。

4、电流采样功率，是计算过得，主要是为了防止温升对采样造成影响。做PCB设计时候，会把电阻下边全部铺铜皮，增加热量传导尽可能避免自发热温升。

5、运放反向输入端和输出端电容，主要作用是什么呢？大概参数是多少呢？根据什么来调节？请老师指点

6、输出端RC 预留的， R7功率担心电阻发热，所以选的比较大
7、还有个问题就是，我看很多恒流源都是用的JFET,或者JFET+BJT，用JFET的目的是什么呢？我这里是否有必要把增强型的NMOS换掉呢？请老师指点。

发表于 2018-6-2 14:52

@chunyang 老师可以帮我看一下吗？是否需要加一些保护和优化。

发表于 2018-6-2 15:01

@NE5532 老师，可否屈尊指点一二?

发表于 2018-6-2 15:09

一周一天班发表于 2018-6-2 12:42
问题太大。运放5v驱动nmos加24v就不对，原则错误。

就算运放电源采用5V的，在这个电路中也没问题。
再说，楼主明确说了是9V电源。

发表于 2018-6-2 15:14

mcbot 发表于 2018-6-2 13:44
1，先接负载，再开电流，
先开电流，再接负载
通着电流，负载断开

1. 更高的响应速度；
2. 不能只有“担心”而没有论证；如果对付感性负载，1N4148足亦；
5. 相位补偿；
6. R7最大可能的功率是可以计算的，不能靠“担心”；
7. JFET可以得到更好漏电流指标。

发表于 2018-6-2 15:25

本帖最后由 mcbot 于 2018-6-2 15:54 编辑

fzyuan 发表于 2018-6-2 15:14
1. 更高的响应速度；
2. 不能只有“担心”而没有论证；如果对付感性负载，1N4148足亦；
5. 相位补偿；

老师：
1、更高的响应速度，通过哪些影响量来实现呢？我的意思是说，哪些因素决定了我的调整速度。
2、IN4148能否用一个JFET代替呢，源极和漏极接在一起。进一步减小反向漏电流，同时减小温度变化引起的漏电流变化。

5、相位补偿的电容的，大小如何确定呢？

6、阻容吸收电路，R7的功率应该如何计算呢？
8、关于DAC位数，0.02%准确度，我选用16位DAC，分辨率可以达到1/(2^16)=0.00153% 最大误差是最小分辨率的13倍左右这样合适吗？

@mcbot · 发表于 2018-6-2 16:19

晶圆电阻不错

发表于 2018-6-2 17:05

877049204 发表于 2018-6-2 16:19
晶圆电阻不错

电流是程控的，通过DAC输出电压，控制的。

发表于 2018-6-2 17:08

mcbot 发表于 2018-6-2 17:05
电流是程控的，通过DAC输出电压，控制的。

我的意思是指DAC输出的信号频率是多少，还是直流信号？

发表于 2018-6-2 17:42

本帖最后由 mcbot 于 2018-6-2 17:54 编辑

877049204 发表于 2018-6-2 16:19
晶圆电阻不错

老师：您好！
G S间增加电容，减小mosfet的弥勒效应，主要是用来降低开关损耗吗？还是什么作用呢？
这个mos是长期工作在恒流区的，不是工作在开关状态，这种情况下，密勒效应需要考虑吗？

发表于 2018-6-2 19:31

那应该不用考虑了，我的恒流源是用在开关状态，所以加电容了。不要叫我老师，我也是个菜鸟，哈哈学习学习

发表于 2018-6-3 09:53

输出下限是4ma为啥还需要使用双电源运放？用一片轨到轨运放5V供电不行？

发表于 2018-6-3 10:01

线性恒流，用三极管比MOS管效果要好。
另外如果换用三极管，建议用带散热片的低放大倍数功率三极管，耐压取高些，比如用TO126/220封装的 13005

发表于 2018-6-3 10:07

wh6ic 发表于 2018-6-3 10:01
线性恒流，用三极管比MOS管效果要好。
另外如果换用三极管，建议用带散热片的低放大倍数功率三极管，耐 ...

三极管不是会引入b端电流？

[运放] 高精度程控电流源设计（4-20ma）

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