定電流回路

質問

定電流回路の設計についてご教授願います。
0～500mA及び±1.2mAの2種類の可変可能な定電流回路を考えています。
スマートかつ高精度な構成方法があればお願いします。
(アナログ回路についての知識が乏しいもので…)

回答No.3

inara1

【0～500mAの定電流源】
最大電圧が20V程度であれば、添付図の上側の回路でできます。Vinに印加する電圧（GNDに対する電圧）を0Vから5Vまで変えると、出力端子(Iout）からGNDに流れる電流を0から500mAまで変えることができます。負荷によって、出力端子の電圧は変わりますが、それが20V未満であれば、負荷の大きさに依らず、負荷に流れる電流は一定になります。

最大電圧は電源電圧-10V程度になるので、最大電圧が10Vで良ければ、電源電圧を20Vに下げることができます（電源電圧を下げるほどトランジスタの発熱が小さくなる）。オペアンプ(LM358）の最大電源電圧は36Vなので、電源電圧はこれ以上としないで下さい。

トランジスタ（2SD2012）は最大10Wくらいの発熱があるので適切なヒートシンク（放熱器）を付けてください。電流検出抵抗R5も最大2.5Wの発熱があるので、許容電力は5W以上のメタルクラッド抵抗などを使ってください。抵抗R1～R4の抵抗値の精度によって定電流性（出力電流の負荷依存）が変わってきます。R1とR2の比(R1/R2）とR3とR4の比(R3/R4）を±1%以内に合わせると、±1%以内の定電流性が得られます（負荷電圧が0～18Vの範囲で変わったときの出力電流の変動）。高精度とするには誤差の小さい金属皮膜抵抗を使ってください。出力電流 Iout(A) = 入力電圧Vin(V)/R5（Ω）となるので、R5の抵抗精度も性能に影響します。R6(1kΩ）の精度は必要ありません（±5%程度の精度抵抗でいい）。オペアンプの電源端子（8pin）とGND(4pin)間には、0.1μFくらいの積層セラミックコンデンサを入れ、最短距離で配線してください。

LM358　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-02324/
2SD2012　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-02510/
メタルクラッド抵抗（10Ω・10W）　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gR-03798/
金属皮膜抵抗
　　100kΩ・1%精度　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gR-03505/
　　100kΩ・0.1%精度　http://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/search.php?toku=%25C4%25F1%25B9%25B3%25B8%25C7%25C4%25EA&cond8=and&dai=%25B6%25E2%25C8%25EF&chu=&syo=B&k3=0&pflg=n&list=1
0.1μF積層セラミックコンデンサ　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-02211/
ヒートシンク　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-05151/

【±1.2mAの定電流源】
最大電圧が±12V程度であれば、添付図の下側の回路でできます。Vinに印加する電圧（GNDに対する電圧）を-5Vから5Vまで変えると、出力端子(Iout）からGNDに流れる電流を-5mAから5mAまで変えることができます（出力端子からGND方向に流れ出すとき＋符号の電流）。±1.2mAの電源とするにはVinに印加する電圧を-1.2Vから1.2Vまで変えればいいです。負荷によって、出力端子での電圧は変わりますが、負荷電圧が±10V未満であれば、負荷の大きさに依らず、負荷に流れる電流は一定になります。

最大電圧は±12V程度になります。オペアンプ(OPA2277）の最大電源電圧は±18Vなので、電源電圧はこれ以上大きくしないで下さい。抵抗R1～R4の抵抗値の精度によって定電流性（出力電流の負荷依存）が変わってきます。R1とR2の比(R1/R2）とR3とR4の比(R3/R4）を±1%以内に合わせると、±1%以内の定電流性が得られます（負荷電圧が±10Vの範囲で変わったときの出力電流の変動）。高精度とするには誤差の小さい金属皮膜抵抗を使ってください。出力電流 Iout(A) = 入力電圧Vin(V)/R5（Ω） となるので、R5の抵抗精度も性能に影響します。R5の発熱は少ないので高精度の金属皮膜抵抗が使えます。オペアンプの2つの電源端子（8pinと4pin）とGND間には、0.1μFくらいの積層セラミックコンデンサを入れ、最短距離で配線してください。

OPA2277　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-02356/
金属皮膜抵抗
　　1kΩ・1%精度 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gR-03375/

上の2つの回路では、入力電圧Vinを外部から与えるようになっていますが、可変抵抗でVinを変えることもできます。そのような回路が必要であれば回路図を添付します。

補足

詳細なご回答有難うございます。お返事遅れて申し訳ないです。
添付図の上側の回路とはどれでしょうか？
(デバイスデータシートのことでしょうか？)
※±1.2mAは±1.2Aの間違いでした。

電圧範囲及び用途 :
0～500mA → 3V(max) → レーザ駆動制御
±1.2A → 5V(max) → クーラ制御(ペルチェ)