利用DS4303或DS4305构造精密电流源

Abstract

本应用笔记介绍了如何利用DS4303/DS4305电压采样和永久保持IC构造精密、高度灵活的电流源,价格不高且易于实现。

引言

有些应用中需要可调节电流源控制另一系统或为其提供偏置。在产品的有效使用期限内可能只需要一次电流调节,多数情况下是在生产线上或工厂校准期间进行调整。目前,电流设置可以通过人工挑选电阻、调节电位器或利用DAC实现,无论是元件成本还是校准费用,这些方案都相对比较昂贵。

另外,有些应用可能需要灵活调整电流源,要求大电流范围(中等精度)或小范围(高精度),还要足够简单以保持系统的稳固性。

设计挑战

把DS4303/DS4305的高精度电压输出转换成电流源,只需要额外增加三个元件:一路运放、一只晶体管和一个电阻(图1),采用最便宜的元件即可构建电路。附加电路利用运放反馈,把DS4303/DS4305输出电压转换成独立的电流源。只要晶体管保持正确偏置,就可以控制电流源并保持高精确电流输出(图2)。电路中的误差源主要包括:运放失调电压、较低的晶体管增益或漏电流等,这些都可以通过DS4304/DS4305的调整消除掉。一旦完成调整,VIN可以悬空,电流输出IOUT将保持在所要求的数值。

图1. 利用DS4303和几个低成本元件构建高精度电流源。

图1. 利用DS4303和几个低成本元件构建高精度电流源。

图2. 利用DS4303和几个便宜元件构成高精度电流源,可吸入电流。

图2. 利用DS4303和几个便宜元件构成高精度电流源,可吸入电流。

上述电路中,需谨慎选择电阻R,不仅用其设置电流范围,还需保证晶体管工作在线性区。电流高于特定工作点时,可能引起晶体管饱和,导致最大电流下降。相反,如果运放摆幅为VCC至GND,则在电流范围的低端,电流设置可能导致电压无法足以驱动晶体管开启,使晶体管处于截止状态。为了防止这种情况,运放必须提供一点负压,以保持最小电流下的正常工作。尽管电路存在缺陷,但在80%以上的电流范围内仍可保证理想工作。

考虑到晶体管特性并非理想,计算R时可以设置目标范围和精度。设置R后,再通过调节DS4303/DS4305的VIN电压调整输出电流。下表给出了一些兼顾电流和精度的R推荐参数。

DS4303 Minimum VOUT (V) DS4303 Maximum VOUT (V) R (Ω) Maximum IOUT* (mA) Minimum IOUT (mA) Current Span (mA) Current Accuracy ±(mA)
0.3 3.3 30 110 10 100 0.033333
0.3 3.3 100 33 3 30 0.01
0.3 3.3 1000 3.3 0.3 3 0.001
0.3 3.3 10000 0.33 0.03 0.3 0.0001
0.3 3.3 100000 0.033 0.003 0.03 0.00001
*采用理想元件。

结论

该应用笔记描述如何利用DS4303/DS4305构建一个低成本、高度灵活的电流源,能够提供源出电流或吸入电流。在DS4303/DS4305的VIN引脚作用一个电压,然后调节ADJ,即刻调整电流源输出。可反复操作该过程,直到得到正确的输出电流。