オペアンプを用いた定電流回路の動作不良

Question

EDLCを定電流充電するべく、PchMOSFETとオペアンプを用いた定電流回路を試作しましたが、どうも正常に動作しません。PchMOSFET(Q1)が導通にならず、ゲート電圧がソースに対して-1.4V程度に留まってしまいます。

回路動作としては、おおよそ500mAでEDLCを充電、定電流制御が出来なくなったあともとりあえず電源電圧 -0.5V付近まで充電するという物で、基準電圧が分圧抵抗であることから分かる通り割とラフなものです。精度は気にしていませんが、動かないのは困る、ということで色々調べているところです。

40MHz帯域のオシロスコープを使った為にオペアンプの発振が見えていないのかと思い、R2,R7を10kΩ、C1を220pFまで増やしてみましたが状況解消されませんでした。また半田不良なども一通りチェックしましたが、これも特に問題ありませんでした。

各ポイントの電圧はオペアンプ1pin(output)が約3.6V、2pin(inv_input)が約5.1V、3pin(noninv_input)が約4.6Vであり、イマジナリショートが成立していないようでした。

オペアンプU1はOnSemi製LM358EDR2G、PchMOSFET Q1はVishay製SQS401EN-T1_BE3を使用しています。試作前にLTSpiceでU1, Q1のモデルを適応した同一の回路を構築しシミュレーションした際には正常に動いていたので、どうしたものかと頭をひねっているところです。

よろしくお願いいたします。

Accepted Answer

＞＞PchMOSFETがターンオンしないのは入力電圧がレンジを超えているため、レンジ外での電圧比較（今回は4.5～5.1V程度）では正常なLレベルが出力されないという認識でよろしいでしょうか。

はい、その理解でよろしいかと。
初段の電流が枯れてしまっているので、次段以降の動作が想定通りに動作しないと考えられます。
入力の作動電圧的にはLOWレベルが出そうな気がするでしょうが
定電流回路からの電流が最終段のNPNTrを駆動してHI出力が出ている状態だと思いますよ。

Answer

LM358の選択がまずいからだと思いますよ。
基本的には、５V動作、入出力Rail-to-RailのOPアンプを選択すべきかと。
電源電圧がオーバーシュートしない保証があるならMCP6491とかで良くないかな。
https://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-16227/

LM358の入力構成はPNP入力で添付のような回路構成です。
正常動作させようと思ったら入力電位は VCC-VCE-2VBE が上限値になります。5V動作だと3.5～3.8Vってとこだと思いますが
提示の回路図では4.5Vのとこで動作させようとしていますよね。
さらに出力電圧レンジも同様で、3.5～3.8Vまでしか出ませんので
電圧が足りずPMOSの電流を停止しきれないと思います。
こちらは出力にプルアップ抵抗をつけることで回避は可能だと思われます。

オペアンプを用いた定電流回路の動作不良