Besoin d'aide pour optimiser un circuit de limitation de courant simple

J'ai expérimenté la simulation de circuits de limitation de courant. J'essaie de limiter le courant à ~ 500mA avec une source fixe de 4.8V. J'ai commencé à utiliser un circuit comme celui trouvé sur cette page wikipedia ...

J'ai fait une simulation de ce circuit en utilisant CircuitLab. Je montre les résultats ci-dessous. Le circuit de gauche utilise une simple résistance série pour faire la limitation de courant tandis que le circuit de droite est basé sur le circuit Wikipedia. J'ai ajusté les valeurs de R_bias et R_load à des valeurs de résistance communes qui empêchent plus de 480 mA d'être tirés de la source lorsque la charge est de 0 Ohms. J'ai également réglé le hFE des transistors à 65 pour correspondre à certaines mesures multimètre que j'ai faites de certains transistors de puissance que j'ai à portée de main. Les valeurs adjacentes aux ampèremètres sont les valeurs simulées.

Si je fais maintenant une charge de 10 ohms, il devient clair pourquoi un circuit de limitation de courant est supérieur à une résistance série. Le circuit de limitation de courant baisse sa résistance effective, laissant passer plus de courant que lors de l'utilisation d'une résistance série. .

Cependant, le circuit de limitation de courant fournit toujours une certaine résistance en série dans ce cas. Un limiteur de courant idéal n'aurait aucune résistance du tout jusqu'à ce que la charge tente de tirer plus de courant que la limite. Existe-t-il un moyen de régler R_bias et R_load pour mieux y parvenir, et / ou existe-t-il des ajustements de circuit qui peuvent aider à mieux y parvenir?

Le circuit illustré fonctionnera, mais le transistor et Rsense créent une chute de tension qui doit être prise en compte.
Ce que vous voyez en est l’effet:

À 480 mA, la chute de tension aux bornes de la résistance 10 Ω serait de 4,8 V, ce qui ne laisse aucune "place" à la tension de saturation du transistor ou à la chute de tension Rsense.
Le courant sera donc (Vsupply - Qsat - Vrsense) / Rload. Pour résoudre ce problème, augmentez l'alimentation de quelques volts et essayez à nouveau les tests 0Ω et 10Ω. En outre, réduisez considérablement Rdefend (<10Ω)
Vous devriez, espérons-le, ne voir (presque) aucune différence.

Pour de meilleurs résultats, plus vous gagnez, mieux c'est. Une autre chose à noter est (comme Dave le mentionne dans sa réponse) que Rbias doit avoir un point limite plus élevé que le paramètre Rsense, sinon il dominera. Si le transistor a un gain de 65 et que vous voulez que Rsense soit réglé sur 500mA, alors Rbias doit être réglé pour autoriser plus de 500mA. À 500Ω, il fixera la limite absolue à 65 * ((5V - 1,4V) / 500Ω) = 468mA, donc même si Rsense était réglé sur 500mA, vous ne l'obtiendrez pas. Pour éviter cet ensemble de Rbias pour par exemple 250Ω, ou comme mentionné ci-dessous, utilisez un MOSFET pour Q1 et la valeur n'est pas aussi importante (10kΩ fera l'affaire)

Une autre option consiste à utiliser un circuit courant constant opamp commun:

Simulation avec une alimentation de 4,8 V, courant limité à 500 mA, Rload balayé de 1 mΩ à 50 Ω et courant passant par rapport à cela (notez que le courant reste plat à 500 mA tout en étant limité):

Cela répond à vos exigences d'une limite solide de 500 mA à une alimentation de 4,8 V, et est facilement réglable en faisant varier le non-inverseur opamp via le diviseur de tension d'entrée R2 / R3. La formule est V (opamp +) / Rsense = I (Rload) Par exemple, la référence 1V est divisée par 20 pour fournir 50mV à l'entrée opamp +, donc 50mV / 100mΩ = 500mA.
Un MOSFET est utilisé pour éviter les erreurs de courant de base compliquant les choses (un MOSFET à faible Vth peut également être utilisé dans le circuit de transistor d'origine pour améliorer les choses)

Je pense qu'il y a ici un malentendu fondamental. Ce n'est pas Rbias qui est censé définir la valeur actuelle limite, c'est la combinaison de Rsense et de la baisse Vbe de Q2.

Votre premier circuit a deux effets de limitation de courant différents: l'un est le courant passant par Rbias multiplié par le gain (rapport de transfert de courant) de Q1, et l'autre est le Vbe de Q2 divisé par Rsense. Le premier donne la valeur de 470 mA que vous voyez, mais celle-ci est mal contrôlée. Ce qui se passe dans ce mode, c'est que le circuit se comporte comme une résistance qui a la valeur de Rbias / Hfe, soit environ 7,8Ω dans ce cas. Le courant va toujours varier avec la tension d'alimentation.

Le deuxième mécanisme vous donnerait une valeur d'environ 600 mA (c.-à-d. 0,6 V / 1 Ω), avec un «genou» beaucoup plus précis - la résistance effective de la source dans ce cas est Rsense multipliée par les gains combinés de Q2 et Q1 , qui est beaucoup plus proche d'une source de courant idéale. Cependant, vous n'atteignez pas le niveau de courant où ce mécanisme interviendrait.

Vous dites

"Un limiteur de courant idéal n'aurait aucune résistance tant que la charge ne tentera pas de tirer plus de courant que la limite."

Un capteur de courant idéal utilise un amplificateur à gain infini pour mesurer l'augmentation de tension dans une résistance de zéro ohm.
Vous approximez la résistance zéro ohm en utilisant une résistance suffisamment basse pour provoquer une chute de tension négligeable.
"Le problème" est que votre circuit de base est fondamentalement défectueux. Il n'est même pas ESSAYÉ de mettre en œuvre un circuit idéal simi. Au lieu de cela, il utilise une chute de tension Vbe car c'est la tension de détection nécessaire. Cela met une limite inférieure et médiocre sur Vsense.

Tant que vous utilisez une baisse de Vbe au T2 ou équivalent comme seuil de détection, vous ne pouvez pas approcher une solution idéale. Ce qu'il faut, c'est un "comparateur" qui détecte une tension proche de zéro Volt, où "fermer" dépend de ce que vous désirez. Par exemple, une chute de 0,1 volt avec une alimentation de 5 V = 2% est susceptible d'être adéquate pour la plupart des utilisations, mais vous pouvez construire des circuits avec Vsense = disons 0,01 volt si vous le souhaitez.

Le choix facile et évident est d'utiliser un comparateur IC ou un ampli op MAIS vous pouvez construire un comparateur approprié à partir de transistors seuls si vous le souhaitez. Utilisez soit une "paire à longue queue" de PNP avec leur nœud commun référencé à V + ou utilisez des transistors NPN avec les entrées de tension à ~ = 0 V agissant comme le bas des chaînes de diviseur qui transfèrent les changements de tension aux bases de transistors fonctionnant à une tension plus élevée.

Le circuit ci - dessous est d'ici, ce qui permet une accumulation à partir d'un transistor à travers -

Si cela n'a aucun sens, jetez un œil à
Wikipedia - amplificateur différentiel

et cela fournira de nombreuses pistes

Voici un circuit intégré avec une paire longtailed PNP et NPN à l' intérieur. Ceci est fait pour un fonctionnement de 100 MHz (ou plus) mais montre ce qui peut être acheté.

Il y a longtemps, ils ressemblaient à ceci :-):