在編輯Aalyia Shaukat的設(shè)計實例文章評論區(qū)，讀者朋友們對圖1所示的電流控制拓?fù)涞木窒扌浴⑻厥庑砸约霸O(shè)計技巧進(jìn)行了熱烈的討論。
圖1：如何使用傳統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)器作為電流調(diào)節(jié)器來控制Iout和Ic，其中Iout=(Vadj–IcRc)/Rs。
讀者Ashutosh Sapre提出了一個令人不安的觀察結(jié)果，即自發(fā)熱引起的溫度上升可能對調(diào)節(jié)器參考精度產(chǎn)生影響，如圖2所示。
圖2：LM317參考電壓隨結(jié)溫的變化，摘自LM317數(shù)據(jù)手冊第5頁。
如圖2所示，這些傳統(tǒng)器件的溫度穩(wěn)定性相當(dāng)好。然而，在某些情況下，溫度系數(shù)仍可能引發(fā)問題。
例如，假設(shè)一開始就將輸出電流設(shè)置為100%的滿量程(例如1A)，此時穩(wěn)壓器散熱符合就會很高。假設(shè)這個狀態(tài)維持足夠長的時間，使穩(wěn)壓器的結(jié)溫從25°C升至125°C。根據(jù)圖2預(yù)測，這個較大的溫度波動將導(dǎo)致Vref從1.25V漂移至1.2375V，從而導(dǎo)致輸出電流下降約1%的滿量程。
這1%的漂移相當(dāng)于1000mA電流中的10mA，略小于8位設(shè)置的3 LSB。這或許不算太好，但也不算太糟糕。但是，如果在穩(wěn)壓器仍處于高溫狀態(tài)時，將輸出重新編程為滿量程的10%(例如100mA)，情況又將如何？
那么，1%的滿量程誤差會變成設(shè)定值的10%。隨著結(jié)溫從125℃逐漸冷卻，這將表現(xiàn)為一個持續(xù)數(shù)秒的非常長的熱穩(wěn)定拖尾，使Vref(緩慢)恢復(fù)到其初始的1.25V，并使輸出電流穩(wěn)定在正確的100mA。雖然最終會穩(wěn)定，但所需時間令人難以接受，甚至可能是完全不可接受的。
幸運(yùn)的是，Ashutosh還提出了一個簡單實用的解決方案：采用輔助電流分流晶體管。這個分流晶體管可以讓大部分輸出電流，也就是大部分自發(fā)熱完全繞過穩(wěn)壓器。這樣一來，穩(wěn)壓器的結(jié)點就不會發(fā)熱，參考電壓(Vref)也不會漂移。問題也就迎刃而解了！
果真如此嗎？Ashutosh還指出，旁路晶體管雖然能輕松解決熱問題，但不幸的是，它也會繞過其他功能電路。具體來說，LM317和LM337芯片內(nèi)置的精妙故障保護(hù)功能(例如自動限流和過熱關(guān)斷)將會失效。雖然這些功能可以添加到晶體管分流器中，但這會大大削弱其最大的吸引點——簡潔性。
因此，我想知道Ashutosh的分流器方案能否以一種既能保留317/337理想特性又能保持簡單的方式來實現(xiàn)。最直觀的方案可能是用另一個LM3xx做分流器。圖3就展示了這一設(shè)計：該設(shè)計使用U1的317進(jìn)行控制，U2的337作為分流器，交叉連接互補(bǔ)穩(wěn)壓器。控制電流和分流電流隨后匯合，然后流經(jīng)Rs，為U1提供反饋，其中Iout=(I2+I3)=(Vadj_U1–IcRc)/Rs，且I3>>I2。注意分流器是如何“倒置”的。
圖3：交叉連接減少了自熱誤差，因為分流調(diào)節(jié)器U2承載了大部分電流，變得相對較熱，而Vref處于受控狀態(tài)的U1保持相對低溫且精度穩(wěn)定。
圖3中的U1除Rx外，基本按照圖1連接。Rx*I2產(chǎn)生的信號饋入U2的ADJ引腳，因此當(dāng)U1輸入電流I2超過約10mA時，U2的ADJ引腳電壓將下降到足以使其開始導(dǎo)通。這會導(dǎo)致I3電流分量上升，并最終構(gòu)成總電流I1=I2+I3的主體。因此，U2消耗了大部分自發(fā)熱功率，確保了U1保持相對低溫，其Vref保持精度穩(wěn)定。
與Rx并聯(lián)的1N4001可在U2的過溫或過流關(guān)斷功能啟動時保護(hù)Rx和U2的ADJ引腳。否則，U1會承擔(dān)全部負(fù)載，導(dǎo)致Rx兩端電壓驟降，這很可能損壞U2并燒壞電阻，該二極管可以防止這種情況發(fā)生。
圖4顯示了作為負(fù)電流源工作的原理。
圖4：如果317和337交換位置并且二極管反轉(zhuǎn)，圖3的電路也可以用于負(fù)電流。
如果需要更大的電流，可以添加更多的U2分流器和更高容量的二極管(圖5)。
圖5：使用更強(qiáng)大的二極管和更多的U2來提高電流處理能力。
圖6將這一思想融入完整的PWM控制負(fù)電流源中，詳見：“
還用電阻編程負(fù)恒流源？新設(shè)計讓LM337煥發(fā)新春”。
圖6：負(fù)電流源電路包含補(bǔ)償元件公差的措施，包括U1和Z1基準(zhǔn)電壓源的公差。注意：Rs=1.1Ω，額定功率應(yīng)大于1W。
單次調(diào)整順序為：
設(shè)置Df=100%
調(diào)節(jié)CAL電位器以獲得1安培輸出電流
設(shè)置Df=0%
調(diào)節(jié)ZERO電位器以獲得零輸出電流。
完成。Iout=1.1Df/Rs，其中Df為PWM占空比。
最后，再次感謝讀者Ashutosh提出的寶貴建議，并再次感謝編輯Aalyia創(chuàng)造的DI環(huán)境，正是這樣的協(xié)作氛圍使團(tuán)隊合作得以順利推進(jìn)。
責(zé)編：Ricardo
