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OPA227: OPA运放+功率管组成的LED恒流源电路,电压变化,为什么恒流了呢?

Part Number: OPA227

  5023.OPA+LED_放大应用电路.pdf

按照这个电路图,相同的器件,但是得到了不理想的效果:

我通过滑动变阻器改变Vin的大小,

1、首先在Vs=3.3V时,改变Vin,测量LED电流I,得到的曲线斜率约为-0.85,而不是-1,想知道可以改进的地方(上电前测试了三个电阻,几乎接近标准值);

2、当改变Vs的值,而Vin=-2.185v不变时,测量LED电流I发现:

Vs>3.3时,Vs上升,电流竟下降;

Vs<3.3时,Vs下降,电流竟上升;

这不是恒流源吗,想知道为什么会有上面的现象?

  • 测了OPA227的第3引脚电压为-0.15V

  • 您好,

    我通过滑动变阻器改变Vin的大小,

    具体的怎样连接的?与R1电阻连接的时候中间是否加了跟随器以减少输出阻抗?否则的话,信号源输出阻抗太大会改变电路图中R1和R2的比值。

    1、应该是滑动变阻器分压造成的,这样信号源输出阻抗会较大,建议加电压跟随器以减少输出阻抗。

    2、此时 Vin=-2.185v是滑动变阻器产生的分压吗?此Vs=3.3V时输出电流多少?LED在此电流下导通压降是多少?

    您有FTZ851的 datasheet 吗?我没有找到其 datasheet

    测了OPA227的第3引脚电压为-0.15V

    3脚是接地管脚,您怎样测量其电压为-0.15V的?

  • 我把滑动变阻器的分压通过一个放大器转换成负压。它的输出阻抗一个也是比较小的吧,还需要再接跟随器吗?

  • 2、我下午测一下

  • FZT851.pdfIRFR7446.pdf

    我将FZT851换成了大电流MOS管,原理上来说效果应该一样

  • 3脚我测得应该不准确,因为运放输入阻抗大,和万用表大小相差不大,因此暂时没办法准确测量

  • 反相器输出端您为什么加了一个上拉?OPA227不是OD或OC输出,不用接上拉,我担心这里有电流流入R16,影响恒流源的工作,您这里去掉R26,再测试结果怎样?是否斜率为-1?如果不是的话,我估计与MOS管有关,您先确认这一点。

    文档中三极管元件型号应该写错了,不是FTZ851应是FZT851,要不然我搜FTZ851找不到。

    此Vs=3.3V时输出电流多少?LED在此电流下导通压降是多少?

    如果斜率为-1后,再去改变Vs电压,再看这里是什么问题。

    也建议您附上 LED datasheet

  • 1、我把上拉电阻去掉了,斜率仍然不是-1,

    2、我又去掉了前面将负电压转正电压的电路,只留下图纸上的那一个原本的三极管电路,然后直接用电源供负电压当DAC,斜率也不是-1

    而且以上两次,Vs变化时,电流都会变,我想是不是三极管或MOS管的原因。

    是不是因为在电路反馈调节时,MOS管存在动态电阻调节电流电压,但是是有限度的?

    附上FZT851和MOS管IRFR7446,LED的手册

    8015.IRFR7446.pdf3051.FZT851.pdf2577.白灯10w.pdf

    这里还有一段去掉了前部分的正负电压转换,DAC=-1.8V,Vs变化,电流变化的调试视频

  • 1、我把上拉电阻去掉了,斜率仍然不是-1,

    2、我又去掉了前面将负电压转正电压的电路,只留下图纸上的那一个原本的三极管电路,然后直接用电源供负电压当DAC,斜率也不是-1

    斜率不是-1,也与电路元件参数的公差有关,所以请确认R1、R2和Rshunt电阻的精度,它们的值决定的Vin与Iout的比值。

    这里还有一段去掉了前部分的正负电压转换,DAC=-1.8V,Vs变化,电流变化的调试视频

    这里Vs输出电流的能力是恒定的吗?Vs调节在不同电压时可以输出的电流是多少?是否有要求的恒流输出的电流的能力?

  • 是不是因为在电路反馈调节时,MOS管存在动态电阻调节电流电压,但是是有限度的?

    应该是这里的问题,看MOS管在不同电流下导通电阻是mΩ级别的,不同电流下导通电阻变化不大,因此其导通压降不易调节,因此很可能是这里的问题。

    您在给定输入电压时,测量输出电流的同时,您可以测量Rshunt上、LED和 三极管的电压吗?比如输入-2V时,期望的电流是2A,在2A电流时,LED需要的压降是约3.2V,Rshunt电阻上是2A*0.1Ω=0.2V,三极管Q也有压降,这样VLED+VRshunt+VQ=Vtotal需小于Vs,否则的话应该实现不了恒流。Vs-Vtotal这部分多余的电压,需降在三极管上,三极管调节其导通内阻,从而调节导通压降。

  • 我通过将R1也就是我仿真图中的R16换成滑动变阻器,然后通过它进行校准,可以实现电流电压斜率=-1,而且此后改变DAC电压,固定VCC=5V,输出电流变化是线性的;断电后测得此时电阻约为8.14KΩ。

  • 谢谢你的解答,我现在特意做了实验,记录了数据,其中DAC输入是恒定不变的,只改变VCC,观察各点电压变化:

    但要注意的是,OPA227负极电压测量是不准确的,但是应该可以用来判断其变化趋势并进行对比

    我发现:

    1、绝大多是时候,OPA227的负极竟然不是一直为0的,为什么不会自动调节到0呢;

    2、随着VCC增加,电流是减小的;反之,电压减小的一段范围内,电流居然是增大的;

    3、MOS管两端电压Vds居然可以达到3V左右,也能减小到接近0V还可以工作;

    4、采样电阻Rshunt两端电压也不是固定不变的;

    以上这些我感觉很奇怪,不合运放恒流源的常理,希望您可以给我一些解答,谢谢!

  • 每个运放由于工艺问题其输入端都有输入失调电压和输入失调电流,OPA227也不例外,如下截图其失调参数,但是我没想到会这么大,达到几个mV级别,两个电阻您是采用8.14KΩ和1KΩ吗?这样计算也不该达到几个mV级别。我想可能与电路环路的响应延迟有关,或者说电路的稳定性有关,因为运放差分输入V1控制Vg电压输出,Vg电压又控制Vds电压,Vds电压又决定了Vs电压,这个控制环路有滞后,那么就会出现运放差分输入不为0。

    您在电路中加上C1=100pF补偿电容,再测试结果怎样?我预测应该有所改善。

    看下面英文版文档截图如下描述,(中文版的翻译不准确),电路的稳定性与补充电容C1有关,电路VCC在5V供电时响应是干净的,或者说是没有过冲的,那么在大于5V时就不能保证响应的稳定的了,因此需调节C1值。

    https://www.ti.com/lit/an/sbea001/sbea001.pdf

    以上这几种现象我理解都与V1电压不是0有关,而V1电压不是0V与整个电路的环路响应有关。

    Vds=0V了,MOS管就不能调节电路压降使电路工作在恒流下了。

  • 你好,我刚开始就是加了C1电容的,100pf,然后现在我又更换了10pf和470pf,结果V1的电压仍不为0,只是影响了LED电流稳定的速度;

    我感觉还是MOS管的原因,因为我发现只要减小VCC使Vds<Vgs-Vth,也就是工作在线性区,V1就可以接近0;反之,就不为0;

    现在问题就是当电流调节时,无法固定一个VCC使得MOS管满足上述关系从而工作在线性区,从而V1也无法接近0;

  • 很抱歉,我上一条回复没有注意到MOS管的工作状态。

    现在问题就是当电流调节时,无法固定一个VCC使得MOS管满足上述关系从而工作在线性区,

    您这句话是什么意思?我没有明白

  • 不好意思,我没有阐述明白。

    我的意思是说,根据测得的数据可以发现只要MOS管工作在线性区,那么电流就不会随Vds变化,也就是电流不会随着Vs的变化而变化;但是需要满足工作在线性区,就需要Vds<Vgs-Vth,那么Vds电压不能过大,那么Vs不能过大,也就是Vs需要随时调整大小,不能太大。所以我才说,无法固定一个Vs,使得MOS管工作在线性区从而使LED电流不随Vs变化。

  • 目前计划使用一个线性可调恒压器实时调节Vs。

    给我的感觉是,运放恒流源想要做好,还存在很多问题。

  • LED电流就是要跟随Vs变化而变化的,因为工作原理就是通过调节Vs电压来调节LED电流的。因为MOS管D极电流约为其S极电流,D极电流就是LED电流,Rshunt电流就是S极电流。调节Vs电压也就调节了LED电流。Vs电压是通过运放反馈回路调节的。