如何利用耗尽型MOSFET实现电流调节器

时间： 2024-10-09 来源：方舟微

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电流镜型电流调节器

电流调节器（CurrentRegulator）一般采用电流镜（CurrentMirror）等比例地“复制”IC中的基准电流IREF，从而实现恒流输出，如图1(a)所示。由于需要IC来产生基准电流I_REF，并且IC本身又需要稳定的电源电压V_DD，其电路较为复杂，具有较高的系统成本。电流镜型电流调节器的输出电压范围V_OUT为

其中V_DS为输出级MOS管漏极-源极之间的电压差。由于V_DD一般不高于18V，电流镜型电流调节器的输出电压范围较窄，大大限制了其应用。

由此可见，电流镜型电流调节器具有如下优缺点
(1)电流精度高；
(2)输出电压范围较窄；
(3)电路结构复杂，成本较高。

耗尽型MOS管电流调节器
采用耗尽型MOSFET，可以非常简便地实现电流调节器电路，如图1(c)所示。在饱和工作区，耗尽型MOS管的漏-源电流I_D为

其中k为跨导系数，为一常数。
栅-源零偏时（V_GS=0V）的漏-源饱和电流I_DSS为

在图1(c)的电流调节器电路中，

由式（3）和（4）可以得出

由式（5）可以看出，I_D由饱和电流I_DSS、关断电压V_GS(OFF)和可调电阻R共同决定。对于某一给定型号的耗尽型MOS器件，饱和电流I_DSS和关断电压V_GS(OFF)均是确定的。以方舟微的DMZ6005E为例，其饱和电流I_DSS的最小值为20mA，V_GS(OFF)位于-3.3V～-1.5V之间，典型值为-2.0V。因此，当选定耗尽型MOS管后，电流I_D由电阻R唯一确定。

由式（5）可以得出

由于不可避免的工艺波动，器件参数I_DSS和V_GS(OFF)在批次到批次（LottoLot）之间存在一定的变化。因此，电路设计者需要根据式（6），以及I_DSS和V_GS(OFF)的取值范围，确定电阻R的可调范围。在电路配置完成后，通过微调电阻R的值，即可得到所期望的恒定电流。

表1耗尽型MOS管DMZ6005E的参数

例如，要实现I_D=5mA，根据表1可以计算出R的取值范围。

因此，选取500Ω的可调电阻可满足要求。

由图2可以看出，耗尽型MOS管电流调节器只要进入了饱和工作区，即可输出稳定的恒流。只要输入电压不超过MOS管的击穿电压BV_DSX，该电路均能够正常地工作。由此可见，耗尽型MOS管电流调节器具有极宽的电压输入输出范围

耗尽型MOS管电流调节器具有极好的瞬态特性。由于耗尽型MOS管的漏-源电容C_DS较小(～pF量级)，该电路具有极快的响应速度。MOS管栅-源之间跨接的电阻R起到了负反馈作用，有效地抑制了输入电压变化对输出电流的影响。假设V_IN突然增大导致I_D增大，则V_GS=-I_D*R将变得更负，产生负反馈，迫使I_D变小，最终I_D维持不变。如图3所示，输入电压V_IN存在较大幅度的波动，但输出电流却能保持稳定的5mA输出。

综上所述，耗尽型MOS管电流调节器具有如下优缺点
(1)电流精度高；
(2)输出电压范围极宽，拓展了其应用范围；
(3)输入电压范围极宽，可以直接联接到整流后的市电；
(4)不需要参考电流IREF，省去了IC，电路结构简单，系统成本低；
(5)需要调节电阻R以得到所期望的恒定电流。

典型应用

采用ARK（方舟微）公司的耗尽型MOS管DMZ6005E，可以构建17mA的电流调节器，用于驱动串联式LED电路，如图４所示。220V的市电通过桥堆整流和电容Ｃ滤波后，得到约200 ～300V的电压V_IN。V_IN具有较大的纹波，但这并不影响恒定的17mA电流输出，因为耗尽型MOS管电流调节器具有极好的瞬态响应特性。

此外，耗尽型MOS管电流调节器还可以广泛应用于电流基准、电压基准、偏置电路以及电流驱动电路。

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