帮助优化简单的限流电路

我一直在尝试模拟限流电路。在固定的 4.8V电源下，我试图将电流限制在〜500mA。我已经开始使用这种维基百科页面上的电路...

我已经使用CircuitLab对这个电路进行了仿真。我在下面显示结果。左边的电路使用一个简单的串联电阻来进行电流限制，而右边的电路则基于Wikipedia电路。我将R_bias和R_load的值调整为通用电阻值，以防止在负载为0 Ohms时从源汲取超过480 mA的电流。我还将晶体管的hFE设置为65，以匹配我对一些必须处理的功率晶体管所做的一些万用表测量。电流表附近的值是模拟值。

如果我现在负载为10欧姆，那么很清楚为什么限流电路优于串联电阻。限流电路会降低其有效电阻，从而比使用串联电阻时允许更多的电流通过。。

但是，在这种情况下，限流电路仍提供一些串联电阻。理想的限流器将完全没有电阻，直到负载尝试汲取超过限制的电流为止。是否有一种方法可以调整R_bias和R_load以更好地实现这一目标，和/或是否存在电路调整可以帮助更好地实现这一目标？

所示电路可以工作，但是晶体管和Rsense会产生必须考虑的压降。
您所看到的是这种效果：

在480mA时，跨过10Ω电阻的压降为4.8V，这为晶体管饱和电压或Rsense压降没有留下任何“余地”。
因此，当前电流将为（Vsupply-Qsat-Vrsense）/ Rload。要解决此问题，请将电源升高几伏，然后再次尝试0Ω和10Ω测试。同样，将Rdefend大大降低（<10Ω），
您应该希望（几乎）没有区别。

为了获得更好的结果，您获得的收益越多越好。要注意的另一件事是（正如Dave在他的回答中提到的那样）Rbias需要具有比Rsense设置更高的极限点，否则它将占主导地位。如果晶体管的增益为65，并且您要将Rsense设置为500mA，则必须将Rbias设置为允许超过500mA。在500Ω时，它将把绝对极限设置为65 *（（5V-1.4V）/500Ω）= 468mA，因此即使将Rsense设置为500mA也不会得到它。为了避免将此设置的Rbias设置为例如250Ω，或者如下所述，请使用MOSFET作为Q1，然后该值就不那么重要了（10kΩ就可以了）

另一种选择是使用通用运算放大器恒流电路：

在电源为4.8V的情况下进行仿真，电流限制为500mA，Rload从1mΩ变为50Ω，流过它的电流相对于此进行绘制（请注意，电流在500mA处保持不变，但受到限制）：

这可以满足您在4.8V电源下限制为500mA的要求，并且可以通过输入电压R2 / R3分压器改变运算放大器的同相来轻松调节。公式为V（opamp +）/ Rsense = I（Rload）例如，将1V参考电压除以20，以在opamp +输入端提供50mV，因此50mV /100mΩ= 500mA。
MOSFET用于避免基极电流误差使问题复杂化（Vth低的MOSFET也可用于原始晶体管电路中以改善问题）

我认为这里存在一个基本的误解。不是Rbias应该设置极限电流值，而是Rsense和Q2的Vbe下降的组合。

您的第一个电路有两种不同的限流效果：一种是流过Rbias的电流乘以Q1的增益（电流传输比），另一种是Q2的Vbe除以Rsense。第一个给出您看到的470 mA的值，但是控制不佳。在这种模式下发生的事情是电路的行为就像一个电阻，其电阻值为Rbias / Hfe，在这种情况下约为7.8Ω。电流仍将随电源电压而变化。

第二种机制将为您提供大约600 mA的值（即0.6V /1Ω），并具有更清晰定义的“拐点”-在这种情况下，有效源电阻为Rsense乘以Q2和Q1的组合增益，它更接近理想的电流源。但是，您还没有达到该机制的最新水平。

你说

“理想的限流器将完全没有电阻，直到负载试图汲取超过限制的电流为止。”

理想的电流传感器使用一个无限增益放大器来测量零欧姆电阻中的电压上升。
您可以通过使用一个低到足以引起可忽略的压降的电阻来近似零欧姆电阻。
“问题”是您的基本电路存在根本缺陷。甚至没有尝试实现类似理想的电路。相反，它使用Vbe压降作为必需的感应电压。这对Vsense设置了较低且较差的限制。

只要您使用Q2中的Vbe下降或等效阈值作为感测阈值，就无法找到理想的解决方案。需要一个“比较器”来检测接近零伏的电压，其中“闭合”取决于您的期望。在5V电源= 2％的情况下，例如0.1伏的压降可能足以满足大多数用途，但是如果您愿意，可以使用Vsense = 0.01伏的电压构建电路。

一个简单而明显的选择是使用IC比较器或运算放大器，但如果需要，您可以仅使用晶体管来构建合适的比较器。使用PNP的“长尾对”，其公共节点以V +为参考，或者使用NPN晶体管，其输入电压在〜= 0V处用作分压器串的底部，这些分压器将电压变化传送到以更高电压工作的晶体管基极。

下面的电路是从这里开始的，它提供了从一个晶体管一直到-

如果那没有意义，那么请看
维基百科-差分放大器

而这将提供很多线索

这是一个内部带有PNP和NPN长尾对的IC 。这是针对100兆赫（或更高）的工作频率而做的，但显示了可以购买的产品。

很久以前，它们看起来像这样：-)：