【每日仿真】[MicroCap][004]——某LED串均流电路的动态直流分析，考下大家的水平。
这是Intersil的一个Application Note中部分电路的仿真。电路也很简单。数值为节点电压、电流，以及功耗。
仿真图中使用了两种不同的运放，分别是LM324和LM358，你知道X5 和 X4哪个是LM324，哪个是LM358么？为什么三个LED串的电流不同？
实际应用时，应该如何设计，如何确定串联电阻的阻值？
【补充下】：
电路的设计意图是使所有LED串有相同的电流——均流。但实际上除了使用相同运放的LED串电流相同之外，与第一串不同。随后更换了一个运放，与第一串的电流差异变小。
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_44/ourdev_665370EQAKLY.png
(原文件名:2011-08-07 23 18 15.png) 真的是每日仿真了。问题先不回答，先顶一下！ X5是358，X4是324 这个帖子的意义在于让你判断 那个是 LM324 那个是 LM358我猜X5是LM324X4是LM358呵呵！ X4=X5=X。
x2 用 LM358, x4 用 LM324。 so what's the point of this application? x5是358因为r1和r3电压最接近。385是低轨的轨到轨运放。其他的还能判断什么
更改原因是不小心打错了x4.先已经更正。在相同电阻上电压不同当让电流就不同了。 高深 358是低轨的轨到轨运放
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这个第一次听，学习了 以后每天都有吗 there is no way of telling.
rail-2-rail is irrelevant in this particular application as the output needs to be Vgs(th) above the ground, and
most Vgs(th) of a mosfet is well over 0.7v. so r2r output does not come into play. They are the same.
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_44/ourdev_665436MKE4U7.png
(原文件名:LM324_358.png) 回复【11楼】eblc1388
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汗，即便都是LM358或者都是LM324，各个厂家的还不一样呢。 其实就是用运放构成一个比较器
不平衡的时候出不同的Vgs
是不是这样，花生？ 回复【13楼】Jigsaw
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不是比较器，运放、MOSFET、电阻构成的电路，你把这部分单独画出来就明白了。
电压控制电流源。 NB。 两个参数还真的一样。疏忽了，疏忽了。 占位 顶花生！ 我说两句，如果说的不对请朋友们指正。
LM324、LM358 我都用过，不过从来没想过它们的内部结构是一样的。朋友们一说我查了些资料确实如此。
拿国半（National Semiconductor）来说两个产品都有，说明书中提供内部结构原理图完全一样（下图）。
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_44/ourdev_665514Z85C94.jpg
(原文件名:LM324.jpg)
于是我调出了 MicroCap10 （花生用的应该是这个软件吧）的仿真器件库的模型文件（节选如下）：
* National Semiconductor, Inc.
*//////////////////////////////////////////////////////////
*LM324 Low Power Quad OPERATIONAL AMPLIFIER MACRO-MODEL
*//////////////////////////////////////////////////////////
*
* connections: non-inverting input
* | inverting input
* | | positive power supply
* | | | negative power supply
* | | | | output
* | | | | |
* | | | | |
.SUBCKT LM324_NS 1 2995028
*
*Features:
*Eliminates need for dual supplies
*Large DC voltage gain = 100dB
*High bandwidth = 1MHz
*Low input offset voltage = 2mV
*Wide supply range = +-1.5V to +-16V
*
*NOTE: Model is for single device only and simulated
* supply current is 1/4 of total device current.
* Output crossover distortion with dual supplies
* is not modeled.
*
****************INPUT STAGE**************
*
IOS 2 1 5N
*^Input offset current
R1 1 3 500K
R2 3 2 500K
I1 99 4 100U
R3 5 50 517
R4 6 50 517
Q1 5 2 4 QX
Q2 6 7 4 QX
*Fp2=1.2 MHz
C4 5 6 128.27P
*
***********COMMON MODE EFFECT***********
*
I2 99 50 75U
*^Quiescent supply current
EOS 7 1 POLY(1) 16 49 2E-3 1
*Input offset voltage.^
R8 99 49 60K
R9 49 50 60K
*
*********OUTPUT VOLTAGE LIMITING********
V2 99 8 1.63
D1 9 8 DX
D2 10 9 DX
V3 10 50 .635
*
**************SECOND STAGE**************
*
EH 99 98 99 49 1
G1 98 9 POLY(1) 5 6 0 9.8772E-4 0 .3459
*Fp1=7.86 Hz
R5 98 9 101.2433MEG
C3 98 9 200P
*
***************POLE STAGE***************
*
*Fp=2 MHz
G3 98 15 9 49 1E-6
R12 98 15 1MEG
C5 98 15 7.9577E-14
*
*********COMMON-MODE ZERO STAGE*********
*
*Fpcm=10 KHz
G4 98 16 3 49 5.6234E-8
L2 98 17 15.9M
R13 17 16 1K
*
**************OUTPUT STAGE**************
*
F6 50 99 POLY(1) V6 300U 1
E1 99 23 99 15 1
R16 24 23 17.5
D5 26 24 DX
V6 26 22 .63V
R17 23 25 17.5
D6 25 27 DX
V7 22 27 .63V
V5 22 21 0.27V
D4 21 15 DX
V4 20 22 0.27V
D3 15 20 DX
L3 22 28 500P
RL3 22 28 100K
*
***************MODELS USED**************
*
.MODEL DX D(IS=1E-15)
.MODEL QX PNP(BF=1.111E3)
*
.ENDS
*//////////////////////////////////////////////////////////
*LM358 DUAL OPERATIONAL AMPLIFIER MACRO-MODEL
*//////////////////////////////////////////////////////////
*
* connections: non-inverting input
* | inverting input
* | | positive power supply
* | | | negative power supply
* | | | | output
* | | | | |
* | | | | |
.SUBCKT LM358_NS 1 2995028
*
*Features:
*Eliminates need for dual supplies
*Large DC voltage gain = 100dB
*High bandwidth = 1MHz
*Low input offset voltage = 2mV
*Wide supply range = +-1.5V to +-16V
*
*NOTE: Model is for single device only and simulated
* supply current is 1/2 of total device current.
* Output crossover distortion with dual supplies
* is not modeled.
*
****************INPUT STAGE**************
*
IOS 2 1 5N
*^Input offset current
R1 1 3 500K
R2 3 2 500K
I1 99 4 100U
R3 5 50 517
R4 6 50 517
Q1 5 2 4 QX
Q2 6 7 4 QX
*Fp2=1.2 MHz
C4 5 6 128.27P
*
***********COMMON MODE EFFECT***********
*
I2 99 50 75U
*^Quiescent supply current
EOS 7 1 POLY(1) 16 49 2E-3 1
*Input offset voltage.^
R8 99 49 60K
R9 49 50 60K
*
*********OUTPUT VOLTAGE LIMITING********
V2 99 8 1.63
D1 9 8 DX
D2 10 9 DX
V3 10 50 .635
*
**************SECOND STAGE**************
*
EH 99 98 99 49 1
G1 98 9 POLY(1) 5 6 0 9.8772E-4 0 .3459
*Fp1=7.86 Hz
R5 98 9 101.2433MEG
C3 98 9 200P
*
***************POLE STAGE***************
*
*Fp=2 MHz
G3 98 15 9 49 1E-6
R12 98 15 1MEG
C5 98 15 7.9577E-14
*
*********COMMON-MODE ZERO STAGE*********
*
*Fpcm=10 KHz
G4 98 16 3 49 5.6234E-8
L2 98 17 15.9M
R13 17 16 1K
*
**************OUTPUT STAGE**************
*
F6 50 99 POLY(1) V6 300U 1
E1 99 23 99 15 1
R16 24 23 17.5
D5 26 24 DX
V6 26 22 .63V
R17 23 25 17.5
D6 25 27 DX
V7 22 27 .63V
V5 22 21 0.27V
D4 21 15 DX
V4 20 22 0.27V
D3 15 20 DX
L3 22 28 500P
RL3 22 28 100K
*
***************MODELS USED**************
*
.MODEL DX D(IS=1E-15)
.MODEL QX PNP(BF=1.111E3)
*
.ENDS
仔细对比没看到不同之处。那么完全相同的两个器件为什么仿真结果会有差异呢？
我查了MicroCap的帮助，MicroCap的线性器件都是由分立元件组成的，这点从模型文件中也能看出。而MicroCap中晶体管的零点漂移是随机的，这就意味着两个相同的器件在仿真中工作点会有微小差异。
想证实这点还得请 花生 老师再画一张同样的图，两个器件都用 LM324（一定要单选，不要复制），如果仿真出来仍有微小差异，说明猜测是对的。其实这才符合实际，世界上哪有两个器件是完全一样的。 回复【19楼】chenweiqun伟群
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你说的对，MC中考虑了很多因素，甚至包括温度。
只是似乎俺没有说明白，图里用的不是两个相同的器件。一个是LM358A 一个是LM324_NS。
LM358A是低功耗器件。随手选的，并没有注意。
但问题还不在这里，俺再看下。 又确认了下，不同公司的产品，模型参数是不一样的。
比如，TI的 LM324 和 LM358 的模型是一样的。但与NS的模型不一样。
这点已经无需置疑了。。。
最大的问题是俺的疏忽，MOSFET 忘记更换成相同型号的了。。汗！
下面这个图，显示了所有器件的名称，作为对照使用了两个公司的产品，同一公司的同类型 358 324是一致的。
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_44/ourdev_665547BIMJEW.png
(原文件名:2011-08-08 18 51 03.png)
另：无论如何还请 Chen 老写个如何建模、如何自己制作宏的文档，就以光耦 PS2501-4 如何？不尽感激。
这个软件实在太好了。 又忘记贴文档了。
MC10仿真文件：
点击此处下载 ourdev_665548ITHEZB.zip(文件大小:6K) (原文件名:1.zip)
参考的 AN1387.0 ：White LED Driver Circuits for Off-Line Applications using Standard PWM Controllers
点击此处下载 ourdev_665549WAUVQR.pdf(文件大小:358K) (原文件名:an1387.pdf)
问题还没人回答呢。。。。。 是不是真正起到设置电流大小的是左串中那个二极管？ 回复【23楼】Jigsaw
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不是，这个电路只是一部分。
每串的电阻都有限流的作用，但也都有检流的作用。均流是以第一串LED串联的电阻为参考，获取电压调整其他串的电流。
你如果看了那个文档的第10页，就会看到引出的FB，就是第一串电阻串联的电阻的上端对地电压。
这个电压除了为其他串提供参考值，同时也馈给电压调整电路。那个文档的图10表述的很清楚：FB与参考电压进行误差放大，输出电压控制PWM，以此调整电源的输出电压。而调整电流与参考电压分别经过电阻送到误差放大器的同相输入端，换句话说，是电流相加，合成以参考电压为中心的变化范围做为调整。
这个文档很值得学习，公式、图，一应俱全。。 明天白天看看那个文档
就是不明白324和358会有什么区别 后面两串的运放和mos管部分，其实是个非常普通的恒流源电路。
I=(V正相端+Vos)/R，差异应该来自于模型的Vos不同。
只要电源输出能力足够，电流是与MOS管和LED的参数无关的，仅受上述公式约束！！
其实仍存在可靠性问题。VC上电的瞬间或者若VC是连续脉冲供电，在上电和断电瞬间，流经串串的电流是会抖动一下的，时间与运放的带宽和SR有关，一般为20us左右。
所以若LED作为普通照明，此驱动电路是可以的；但是若要用在色谱分析等对光照度非常敏感的精密应用上，还不是很到位。 回复【26楼】fishplj2000
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又见高手，总能学到东西。。感谢！
两个运放带来的差异确实是模型不同导致的，不过俺认为不是Vos不同造成的，应该是偏置电压不同造成的。
但之前的错误，似乎确实与Ios有关，因为俺随手选了个几十A的MOSFET却没注意，所以导致偏差稍大。
可靠性的问题是不必担心的，不会超过LED的正常工作范围，主要原因是这个电路只是一部分的仿真，电源电压是有另一个反馈环来控制的，而且还有电阻限流，即便MOSFET完全导通，也不会导致过流烧毁。
对于电路而言，上电和掉电的瞬间是最危险的。多谢提醒。。
这种简单恒流源本身也做不了精密电路。。多级叠层的电流源或许合适？
色谱分析也用LED照明么？ "这种简单恒流源本身也做不了精密电路。"
whether it is a precision current regulator depends on the opamp used (assuming that they have sufficient open loop gain). all the opamp does is to make sure that the voltage drop over R2 equates that over R3 and R1. from that, you can adjust the value of R2/R3 vs. R1 to set each string's current.
As the current going through R1 varies, the current going through R2 and R3 varies as well. 回复【28楼】millwood0
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是的，问题是还有温度因素的影响。即便是开环增益满足精密电流源的要求，这种恒流源的温度特性还是成问题的。
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to other guys:
限流、检流电阻的值，前面之所以说要如何确定，主要还是为了生产而考虑的，不可能使用非标准的电阻值。
太小的阻值对恒流源不利，太大的又会增加功耗。所以还不如先确定好电阻值，然后确定电源电压的好。
而且实际上LED灯的厂家也是这么做的，即便是单独提供的电源，也是很特殊的电压值。
我想，说到这里，也该明白了。 这2个……有区别吗？ 鸭子听雷.. 回复【31楼】Helloeveryon
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其实也没啥的，只是不同厂家的同型号器件模型不同而已。。
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