Fuente de corriente / limitador de corriente MOSFET solicitud de revisión

Question

Necesito una corriente independiente del voltaje (más o menos) pequeña (alrededor de 10 mA), con un rango de voltaje de 3-30V. Se me ocurrió el siguiente circuito.

simula este circuito – Esquemático creado usando CircuitLab

Dibujé la característica U/I del resistor en la característica Id-Vgs del MOSFET:

La idea es que el circuito se establezca en la intersección de ambas características.

El MOSFET es de tipo canal N de modo de agotamiento. CircuitLab parece no tener símbolos distintivos para modo de mejora y modo de agotamiento.

Elegí un tipo que pueda manejar más de 1W de potencia para mantenerme alejado de los límites de la SOA.

Soy consciente de que existe una solución similar para JFET, pero no pude encontrar un tipo de JFET que pudiera manejar el requisito de voltaje. También sé que existen dispositivos similares con JFET como componentes discretos (diodos de corriente constante), pero son bastante caros (más de $5. El objetivo es mantener tanto el número de componentes como el precio bajos. Una fuente de Widlar no es una opción, porque necesita una corriente de referencia, la cual no está disponible.

La constancia de la corriente es menos importante, se supone que limita la corriente de un voltaje desconocido, suministrado a una resistencia baja (20-50 ohmios), 10-20 mA está bien. Tampoco son muy importantes los tiempos de respuesta.

No me siento realmente cómodo trabajando en el extremo inferior de la característica. ¿Alguien ve algún problema con esta configuración, algo que pasé por alto, problemas de estabilidad térmica y tal vez puntos para mejorar? ¿Quizás estoy demasiado confiado en la constancia del rendimiento de los dispositivos individuales?

Answer 1

Una fuente de corriente de transistor bipolar puede ser utilizada para tu aplicación. Esta todavía regula (apenas) con Vin2=3v, pero desperdicia casi 3mA cuando Vin2=30v:

simula este circuito – Esquemático creado utilizando CircuitLab

Este es un regulador de corriente de bajo lado utilizando transistores de silicio NPN genéricos. R3 determina el punto de ajuste de regulación de corriente. Alrededor de 10mA fluyendo a través de R3 genera suficiente voltaje para encender Q3, que comienza a regular la corriente. Este circuito tiene una carga de voltaje un poco más de un voltio, mejor que un MOSFET. Q2 disipa algo de calor. Un 2N3904 genérico se calentará con 10mA, un poco demasiado con 20mA. Para más de 10mA, sustituye Q2 por algo más robusto, como un MJE181 que puede disipar calor con mayor facilidad.

Answer 2

El objetivo es mantener tanto el número de componentes como el precio bajos

Dadas tus otras limitaciones, es difícil superar simplemente un MOSFET de modo de agotamiento y un resistor. (Entiendo de dónde vienes, dejando de lado los JFET). Supongo que estás pensando en esto:

simular este circuito – Esquemático creado utilizando CircuitLab

No puedo decir por tu redacción cuánta repetibilidad necesitas hacer en esto, sin embargo. El valor de \$V_{GS\left(off\right)}\$ no es tan preciso. Por lo que puede que necesites un potenciómetro allí. Lo cual aumenta el precio, el tamaño físico, etc. O podrías simplemente seleccionar partes, supongo, y hacerlo de esa manera.

Por ejemplo, el Supertex DN3525 especifica \$V_{GS\left(off\right)}\$ en cualquier lugar entre \$-1.5\:\textrm{V}\$ y \$-3.5\:\textrm{V}\$, con \$V_{DS} = 15\:\textrm{V}\$ y \$I_D = 1.0\:\textrm{mA}\$. ¿Será suficientemente repetible sin seleccionar partes o sin seleccionar el valor del resistor?

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Sé que existe una solución similar para los JFET, pero no pude encontrar un tipo de JFET que pueda manejar el requisito de voltaje.

Puedes usar esta topología para cubrir esa preocupación:

simular este circuito

Sin embargo, con los dispositivos mostrados es posible que necesites más margen que solo \$3\:\textrm{V}\>.

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Sé que el enfoque de la línea de carga parecería llevarte allí. Pero ¿no es la variabilidad bastante significativa? ¿O crees que es suficiente?