LM4041 稳压器伪装成精密电流源

出处:维库电子市场网时间:2025-04-23
  这些包括电压比较器、过压保护器、电压限制器等。电压,电压,电压,难道它总是与电压相关?这有点单调。当然,这款广受欢迎的精密芯片,虽然确实有些——嗯——“成熟”,但肯定还有未被发掘的潜力去做一些不以电压开头的事情。
 

 

 图 1 中展示的设计理念(DI)为 4041 提供了一个通常、可能有些奇怪、甚至可能是全新的角色。它是一个精密电流源。

  图 1 奇怪的是,“阴极”充当了主动电流源调节的感应引脚。
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  上述框图展示了 LM4041 在概念层面的工作原理:
  Sourced current = Is = (V+ – (Vc + 1.24v))/R1
  源电流 = Is = (V+ – (Vc + 1.24v))/R1
  Is > 0, V+ < 15v, Is < 20 mA
  串联连接从 CATHODE 引脚的外部电压输入中减去一个内部 1.24-V 精度参考电压。内部运算放大器从 FB 引脚的电压输入中减去这个差值,然后放大并将结果应用于功率晶体管。如果它是正的[(V+ – 1.24) > Vc],则晶体管导通并将电流从 CATHODE 旁路到 ANODE。否则,它关闭。
  当 LM4041 以传统方式连接(反馈端连接到阴极,阳极接地)时,该电路应像分流电压稳压器一样工作,迫使阴极达到内部 1.24V 参考电压。但如果将反馈端连接到恒定的控制电压[Vc < (V+ – 1.24v)],而阴极——而不是连接到反馈端——自由浮在电流检测电阻 R1 上,会发生什么?
  发生的情况是电流被调节而不是电压。因为 Vc 是固定的,不能被拉高到使 FB = 阴极 – 1.24,所以阴极必须被拉低,直到达到平衡。为了实现这一点,必须通过一个编程电流 Is,其值为:
  Is = (V+ – (Vc – 1.24))/R1.
  图 2 说明了如何利用这种关系(假设一个 5V 的电源足够准确)来使浮动的阴极 LM4041 调节一个恒定电流源:
  Is = (5v – 2.5 – 1.23)/R1 = 1.27v /R1

  它还说明了如何通过添加增强型晶体管 Q1 来满足需要超过 Z1 适度限制的电流或功率的应用。请注意,Z1 的精度将不受影响,因为无论 Q1 导致绕过的 Is 的任何部分,Z1 都会在通过 R1 之前再次相加。

  图 2 显示增强型晶体管 Q1 可以处理超过 4041 Is 和功耗限制的电流。

  图 3 展示了如何使用 PWM 数字线性编程 Is。
  图 3 展示了 DAC 控制 Is。Is = Df 安培,其中 Df = PWM 占空比。星号电阻应为 1%或更优。
  5-Vpp、10-kHz PWM 输入导致 Q2 切换 R5,创建可变平均电阻 = R5/Df。得益于 2.5-V Z1 参考,结果是将 0 到 1.22 mA 的电流输入到 Q1 的源。这加上来自 R4 的恒定 1.22 mA 偏置,并由 Q1 进行电平移位,形成 1.22 到 2.44 V 的控制电压 Vc,用于电流源 Z2。
  结果是线性 0 到 1-A 的输出电流 Is,输入到接地负载,其中 Is = Df 安培。电压兼容性为 0 到 12 V。8 位兼容的 PWM 纹波滤波采用“使用模拟减法消除 PWM DAC 纹波”进行 2 阶滤波。
  R3C1 提供级纹波滤波器,R7C2 提供第二级。C1 和 C2 的值已按 Fpwm = 10 kHz 缩放,以提供 8 位建立时间为 6 ms。如果使用不同的 PWM 频率,则将两个电容器按 10kHz/Fpwm 的比例缩放。
  Q4 可以用来散发热量超过 10W,所以不要节省散热器容量。

  Q3 是一个安全关断功能。当+5V 降至约 3V 以下时,它会移除 Q1 的栅极驱动,关闭电流源,并在控制器逻辑断电时保护负载。

  图 4 增加了零点和满量程调整电位器,以实现单次校准以获得精度:
  Set Df = 0% and adjust single turn ZERO trim for zero output current
  将 Df 设置为 0%,并调整单转零点调整以实现零输出电流。
  Set Df = 100% and adjust single turn CAL trim for 1.0 A output
  设置 Df 为 100%,调整单转 CAL 微调以获得 1.0 A 输出
  Done.  完成。
  图 4 额外的零点和量程电位器,以实现单次校准以获得精度。
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