请教限流电路工作原理

只看该作者 · 2012-12-10 16:18

这个是我在杂志上看到的一个限流电路，但是分析不透它的工作原理，Vref是输入电压，Vctrl是控制电压，当Vref小于Vctrl时，流过RL的电流受输入电压Vref控制；当Vref大于Vctrl时，流过RL的电流则被Vctrl控制在一个的定值上。U1、Q1组成一个恒流电路，往后就不知道怎么分析下去了，用Multsim作仿真的时候，电路是可以正常工作的，但改变Vref与Vctrl时，最大只能限定在85Am左右，而且当我将运放UA741换成AD707时，就仿真出错了，不解。请各位大侠多多指教。

只看该作者 · 2012-12-10 21:16

这个电路挺好玩的呀，看了你的解释才稍微明白。
Vref<Vctrl时，U2输出-13V左右，Q2完全导通，U1和Q1组成恒流电路。
Vref>Vctrl时，U1输出13V左右，Q1完全导通，U2和Q2组成恒流电路。
电路的最大电流（忽略LED压降），假设Q1，Q2完全导通 I=15/(100+40)=107mA左右，仿真得到87mA应该完全没有问题，因为忽略LED，Q1和Q2的压降才107mA。AD707和uA741在这里的作用没什么差别，楼主看看是不是线连错了呀

只看该作者 · 2012-12-10 21:22

Vref>Vctrl时，U1输出13V左右，Q1完全导通，U2和Q2组成恒流电路
发现自己这个说法还是不对，Q1不会完全导通，但恒流是U2，Q2，Rs组成的

只看该作者 · 2012-12-10 22:03

按照这样分析的话，U1与Q1组成恒流源，那么Q2工作在什么区？相同，U2与Q2组成恒流源，Q1又是怎么工作呢？整个电路又是如何实现限流呢？不解。使用AD707时，仿真通不过，不知哪出了问题。

只看该作者 · 2012-12-10 22:35

ljn06002 发表于 2012-12-10 22:03
按照这样分析的话，U1与Q1组成恒流源，那么Q2工作在什么区？相同，U2与Q2组成恒流源，Q1又是怎么工作呢？整 ...

1.Q:按照这样分析的话，U1与Q1组成恒流源，那么Q2工作在什么区？
A:这个时候，U2输出大概是-13V左右，那Q2的Vgs=-28V,对一个PMOS来说，Q2不就变成了个零欧的电阻吗？
2.Q:相同，U2与Q2组成恒流源，Q1又是怎么工作呢？
A:这个时候，U1输出大概是13V,那Q1的Vgs=13V-（Rs上的压降）。以为Rs上的压降最大是 40欧*0.1A（刚才算得最大电流时0.1A）即4V左右，那Q1的Vgs=9V左右，实际Vgs可能大于9V，看IRF530的datasheet，Vgs=10V时rDS(ON)是0.16欧，我想9V左右（猜实际Vgs会大于9V），rDS(ON)也是非常小，这个时候Q1可以看作个0欧电阻。
3.Q:整个电路又是如何实现限流呢？
A:这也许应该叫恒流电路。由运放的虚短，RS上的压降会等于Vref和Vctrl中较小的一个，RS又是定值，那流过RS上的电流就恒定了。单个运放，FET，采样电阻组成这样的恒流电路是很常见的。

仿真不对，可能是软件的问题，个人感觉原理是没有问题的。
如果uA741可以,AD707没道理不可以的呀。如果条件允许可以实际搭个电路来验证。

只看该作者 · 2012-12-10 22:49

RS上的电压大于Vref时Q1关断，大于Vctrl时Q2关断

只看该作者 · 2012-12-10 22:59

“由运放的虚短，RS上的压降会等于Vref和Vctrl中较小的一个”不解。改变电压，仿真结果如图，更不解。

只看该作者 · 2012-12-11 00:02

仿真结果很正常啊，有什么不解的？
第一张图：设Q1Q2全导通忽略压降，设led压降1.8v，设运放为理想运放，则Rs电流=（15-1.8）/（100+40）=94.3ma，RS上电压=40*94.3=3.77v 小于Vref和Vctrl 所以当VRref=5v和Vcrtl=4v时，Q1、Q2都是完全导通的，电流并不受控制，仿真结果电流81.5ma与计算是基本吻合的。
第二张图：Vref=3v，则限定了rs上电压不超过3v，也就是电流不超过3/40=75ma，而Vctrl=2v则限定了Rs上的电压不超过2v，也就是电流不超过2/40=50ma，仿真结果是完全吻合的，当Vctrl不大于Vref的3v，此时电流大小完全由Vctrl控制，当Vctrl电压超过了Vref，则电流大小完全由Vref控制

只看该作者 · 2012-12-11 09:09

ljn06002 发表于 2012-12-10 22:59
“由运放的虚短，RS上的压降会等于Vref和Vctrl中较小的一个”不解。改变电压，仿真结果如图，更不解。 ...

这个图有一个最大电流的限制Imax=(15-V(LED))/140。第一个图电流不受控是因为电流超过了这个限制，所以电流智能是81.5mA，如8楼兄弟的分析。
第二个图，电流是50mA,没有超过Imax=(15-V(LED))/140的限制，所以能受Vctrl控制，I=Vctrl/Rs=50mA。

在电流不超过Imax=(15-V(LED))/140的前提，RS上的压降会等于Vref和Vctrl中较小的一个。

只看该作者 · 2012-12-11 09:59

望断云山发表于 2012-12-11 00:02
仿真结果很正常啊，有什么不解的？
第一张图：设Q1Q2全导通忽略压降，设led压降1.8v，设运放为理想运放， ...

(1)、设定 Vctrl=3V, Vref=0.1V~3V 变化，Rs上压降 VRs=Vref ，流过 RL 的电流 IRL=Vref/Rs ;继续增大Vref ，只要 Vref > 3V 时，仿真通不过，不知是否是软件问题。
(2)、设定 Vctrl=4V， Vref=0.1V~3.26V 变化，Rs上压降 VRs= Vref ，流过 RL 的电流 I=Vref/Rs ；;继续增大 Vref ，Rs上压降 VRs ！= Vref，VRs 最终稳定在3.262V，电流IRL=81.561mA.
(3)、设定 Vctrl=5~15V，Vref=0.1V~3.26V 变化， Rs上压降 VRs= Vref ，流过 RL 的电流 I=Vref/Rs ；;当 Vref>3.26V时，Rs上压降 VRs ！= Vref，VRs 最终稳定在3.262V，电流IRL=81.561mA.

只看该作者 · 2012-12-11 10:24

从仿真结果来看，这个电路的最大电流就是81.561ma，则rs上的电压最高=81.561*40=3.262v，所以：当Vref大于这个3.262时，Vref就失去了控制作用，电流不会再随着Vref的增加而增加。同样，当Vctrl大于这个3.262时，Vctrl就失去了控制作用，电流不会再随着Vctrl的增加而增加。当Vref与Vctrl都小于这个3.262v时，则电流受控于Vref与Vctrl中较小的那一个，其值=Vref/rs或者Vctrl/rs。

只看该作者 · 2012-12-11 10:44

望断云山发表于 2012-12-11 10:24
从仿真结果来看，这个电路的最大电流就是81.561ma，则rs上的电压最高=81.561*40=3.262v，所以：当Vref大于 ...

仿真只是一个直观的手段，理论上这个 3.262V 或者 81.56mA 是怎么被限定的呢？电流为什么是受控于电压较小的一个？设定 Vctrl=2V 时，Vref=3V，此时两个管子都完全导通吗？可不可能其中一个管子的导通程度被限制了呢？

只看该作者 · 2012-12-11 11:06

ljn06002 发表于 2012-12-11 10:44
仿真只是一个直观的手段，理论上这个 3.262V 或者 81.56mA 是怎么被限定的呢？电流为什么是受控于电压较 ...

理论上这个最大电流就是（vcc - q2的饱和压降 - led1的压降 - q1的饱和压降）/（RL+RS),在这种小电流下，mos的压降基本可以忽略，则式子简化成 (Vcc -Vled1)/（RL+RS),当led是普通红光管，其压降约1.8v-2.2v左右，当led是高亮白光，其压降约3.0v-3.5v左右，不同的led其压降不同。

只看该作者 · 2012-12-11 12:29

本帖最后由 SA555 于 2012-12-11 12:31 编辑

电流为什么是受控于电压较小的一个？
假设 Vctrl=3V ，Vref=2V时，有一个电流流过Rs,这个电流使得Rs上的电压是2.5V，
2.5V反馈到U1的的反相端，使U1的输出减小，那流过Rs的电流也会减小；
2.5V反馈到U2的同相端，因为2.5V<Vctrl,U2输出是-13V可以使Q2完全导通，不影响流过Rs的电流。
这样流过Rs的电流不就只U1（即Vref）控制吗？
Vref>Vctrl时，也可以同样分析。

设定 Vctrl=2V 时，Vref=3V，此时两个管子都完全导通吗？
肯定不是呀! 两个管子完全导通，那电流能受控吗？
Vctrl<Vref时，Q1完全导通，Q2可以看作受U2输出控制的可调电阻。
Vctrl>Vref时，Q2完全导通，Q1可以看作受U1输出控制的可调电阻。
这个我在5楼也说。

另外Q1要完全到通过，Vgs要在10V，U1最大只能输出13V，所以Rs的电压不宜比3V大太多。
我想电路的设计者把Rs设成40欧，就是考虑到Rs的电压不宜比3V大太多。

只看该作者 · 2012-12-11 14:50

感谢“望断云山”“SA555”的耐心指点，电路工作原理基本明白了。我是想用它做半导体激光器的恒流电路，稳定性还有控制电流精度不知怎样,还是要看实验了。

请教限流电路工作原理

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