* Doğrusal * MOSFET sürücü aşaması tasarlama

Transistörü lineer bir amplifikatör olarak çalıştırmak için bir op-amp ile bir güç MOSFET arasına yerleştirilebilen bir MOSFET sürücü devresi (anahtarın aksine) arıyorum.

Arka fon

Bir yükü yaklaşık 1µs kademesine sokması gereken bir elektronik yük devresi geliştiriyorum. En önemli adım büyüklüğü küçüktür, 100mA diyelim, bir kere hallettikten sonra muhtemelen 2.5A / µs büyük bir sinyal adım hızı elde etmek isterim. 1 - 50V arası kaynakları, 0 - 5A arasındaki akımları barındırması ve yaklaşık 30W'lık bir disaptırabilmesi gerekir.

İşte devre şu anda nasıl görünüyor. Daha önceki sorularda göründüğünden beri MOSFET'i en küçük kapasitans cihazıyla değiştirdim (IRF530N -> IRFZ24N) ve kaldığım süre boyunca oldukça geniş bant genişliğine, yüksek dönüş oranlı op-amp'e (LM358 -> MC34072) taşındı. jöle-fasulye bölgesinde. Şu anda kararlılık için op amp üzerinde yaklaşık 4 bir kazanç koşuyorum, bu bana 1MHz mahallesinde bir bant genişliği verir. İlgilenen herkes için aşağıda daha fazla arka plan.

Sorun

Devre makul derecede iyi performans gösterirken, şimdi sorun şu ki stabilite iyi, kararlı değil :) :) Salınımlı bir şey veya buna benzer bir şey değil, ancak adım yanıtı aşırı yüklenmeden (aşılma yok) oldukça zayıflamaya (% 20) kadar değişebilir yüklenmekte olan kaynağa bağlı olarak, aşırı çekim, üç çarpma). Düşük voltaj ve dirençli kaynaklar sorunludur.

Teşhisim, MOSFET'in artan giriş kapasitansının, her iki kaynak direnci tarafından üretilen Miller etkisinin yanı sıra yüklenen kaynağın gerilimine karşı duyarlı olması ve bu , op "dolaşan" bir kutup . MOSFET'in kaynağına bağlı ile etkileşime girme .C g a t $R_o$$C_{gate}$

Benim çözüm stratejim, op-amp ve MOSFET arasında, geçit kapasitansına çok daha düşük bir çıkış empedansı (direnç) sunmak ve gezinti çubuğunu yapamayacakları yüzlerce MHz aralığına kadar sürmek için bir sürücü aşaması sunmaktır. zarar vermek

İnternet üzerinde MOSFET sürücü devreleri ararken, çoğunlukla bulduğum şeyin MOSFET'i mümkün olan en kısa sürede tamamen açmak veya kapatmak istediğini varsayıyor. Devremde , MOSFET'i doğrusal bölgesinde modüle etmek istiyorum . Bu yüzden ihtiyacım olan içgörüyü tam olarak bulamıyorum.

Sorum şu: "MOSFET'in lineer bölgesinde iletkenliğini değiştirmek için hangi sürücü devresi uygun olabilir?"

Olin Lathrop'un bir başka yazıdan geçerken bahsettiğini, zaman zaman böyle bir şey için basit bir yayıcı takipçisi kullanacağını gördüm, ancak yayın başka bir şeyle ilgiliydi, bu yüzden sadece bir söz oldu. Op amp ve gate arasına bir verici takipçisi ekledim ve aslında yükselişin istikrarı için harikalar yarattı; ama sonbahar her şeyi kontrol etmeye gitti, bu yüzden umduğum kadar basit olmadığını anladım.

Tamamlayıcı bir BJT itmeli-çekme amplifikatörü gibi kabaca bir şeye ihtiyacım olduğunu düşünmeye meyilliyim, ancak bir MOSFET sürücüsünü ayıran nüanslar olacağını umuyorum.

Bu durumda hile yapabilecek bir devrenin kaba parametrelerini belirleyebilir misiniz?

İlgilenenler için daha fazla bilgi

Devre aslen Jameco 2161107 elektronik yük kitine dayanıyordu ve kısa süre önce kesildi. Benimki şimdi orijinal tamamlayıcısından yaklaşık 6 parça daha az :). Şu anki prototipim, benim gibi, bu tür şeylerle ilgilenenlere benziyor :)

Kaynak (genellikle test edilen bir güç kaynağı) öndeki muz jakına / bağlama direklerine bağlanır. PCB'nin solundaki bir köprü dahili veya harici programlamayı seçer. Soldaki düğme, 0-3A arasında sabit bir yük seçilmesine izin veren 10 dönüşlü bir tenceredir. Sağdaki BNC, isteğe bağlı bir dalga biçiminin yükü 1A / V seviyesinde kontrol etmesini sağlar, örneğin yükü adımlamak için kare bir dalga ile. İki açık mavi direnç, geri bildirim ağını içerir ve kazancın lehimleme olmadan değiştirilmesine izin vermek için işlenmiş soketler halindedir. Ünite şu anda tek bir 9V hücre tarafından desteklenmektedir.

Öğrenim adımlarını izlemek isteyenler, diğer üyelerden aldığım mükemmel yardımı burada bulacaklar:

• Op amp girişleri arasına kapasitör eklemek hiç yararlı oldu mu?
• Gelişmiş aktif bölge kararlılığı için kapı direnci değerinin hesaplanması
• Op amp stabilitesi nasıl test edilir?
• LTSpice neden bu op-amp salınımını öngörmüyor?
• Bir op-ampin salındığı frekanstan ne çıkarılabilir?
• Küçük adım neden kararsızlığı daha iyi gösteriyor?
• $R_o$
• Bu Schottky MOSFET geçici koruma sağlıyor mu?
• Neden% 60'ı 55 ° faz sınırı ile aşıyor?
• Kapı kapasitansını nasıl ölçebilirim?

Bunun gibi basit bir projenin öğrenme açısından çok zengin olmasından çok şaşırdım. Elimde somut bir amaç olmadan ele alındığında çok daha fazla kurutucu olacak birçok konuyu incelemek için bana fırsat verildi :)

Bu gerçekten ilginç bir sorundur, çünkü etkili yük kapasitansının, Bay Miller'e bağlı yük direnci ile değişimi ve bunu aşırı telafi etmeniz gerekmemektedir.

Önyargılı push-pull BJT çıkış sürücüsünün iyi çalışacağından şüpheliyim - belki 4 küçük BJT (iki diyot bağlı) bir çift taraflı direnç, artı birkaç ohm vericinin dejenerasyonu.

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Eğer bunu yapıyor olsaydım, bunun yerine LM8261 gibi daha güçlü , ancak yine de oldukça ucuz olan bir amplifikatör fırlatmak isterdim .

Sonuç Raporu

Tamam, kısa hikaye: ayrık bir tampon eklemek işe yaradı! Bununla birlikte, devremi bu şekilde tasarlayacağımı sanmıyorum, bunun yerine @Spehro ve @WhatRoughBeast'in tavsiyelerine uyacağım ve temelde doğru tampon aşamasını sağlamak için sadece daha yüksek akım çıkış kabiliyetine sahip bir op amp kullanacağım. op amp içine.

İşte kullandığım devre. Sağlanan @ Spehro'ya çok benzer, ancak aslında @Gills'in tavsiye ettiği LH0002 veri sayfasında tam olarak bir tane. Temel olarak aynı parçaları (5k yerine 1k katot direnci değerini) sadece birkaç farklı bağlantıları kullanılan ve ... veri sayfası devre bir akım kazancı olduğunu söyleyen 40,000 ; benim kazancım açgözlülük tamamen devraldı ve iki aşamalı versiyona geçmeye karar verdim:

Güzelce simüle etti, böylece 5 x 7 bitlik bir veroboard üzerine kurdum ve prototipime ek kart olarak yerleştirdim:

Ve işte! 1µs yükselişine (1.120µs) yakın oldukça lanetli ve 0V’den 30V’a kadar olan ve 100mA’dan 2.5A’ya kadar olan tüm adımları aşmayan kaya gibi sağlam.

Düşme 1.4242s'de biraz daha uzundur:

$Q$$R_o$ op amp of çözüm de yardımcı olur.

Yani bu kesinlikle zengin bir öğrenme deneyimiydi. Sonunda başımın bas-çek BJT amperlerinin etrafına sarılmasını sağladım ve şimdi devrenin performansından gerçekten çok memnunum. Sanırım biraz daha fazla bant genişliği elde etmek için kazancı ince ayarlayarak 1µs'nin altına düşebilirim, belki 4 yerine 3 kazanç.

Bu, "üretim" devresine ayrı bir sürücü aşaması eklemenin en iyi bahis olduğunu düşünmüyorum, bu yüzden bir değerlendirme panosu ve LM8261 @Spehro örnekleri önerdim. Kesinlikle etkileyici bir op amp. "Sınırsız kapasitans" sağlayabilen bir op amp gibi bir şey olduğunu bilmiyordum. Veri sayfası 47nF süren bir devreyi gösteriyor ki bu da ihtiyacım olandan daha fazla.

Böylece, parçalar geldiğinde nasıl olacağını göreceğiz :)

Spehro ile genellikle aynı fikirdeyken, dikkat etmeniz gerektiğini düşündüğüm birkaç şey var.

Öncelikle, güç hattınıza bir miktar bağlantı eklemeniz GEREKİR. 9 voltluk bir pil ihtiyacınız olan performansa sahip olmayacak. Yaklaşık 10 uF, tantal, olabildiğince ampere yakın deneyin. Resimden, bu fonksiyona hizmet eden bir elektrolitik varmış gibi görünüyor, ama şematik üzerinde göstermiyorsunuz. Daha da iyisi, 12 voltluk (tercihen doğrusal) bir kaynak bulun ve tamamen pillerden vazgeç. (Yine de ayrılmaya ihtiyacın olacak, aklın, ama en azından bataryanın bitmesi konusunda endişelenmene gerek yok.)

İkinci olarak, kapsam toprağınızı, giriş kablosu yerine güç dirençlerinin topraklanmış tarafına bağlamayı deneyin. Bu büyük bir fark yaratmamalı, ancak yine de iyi bir fikir.

Üçüncüsü, Spehro çok kibar davranıyor - op ampin istediğini yapmıyor. İlk olarak, yerleşme süresi 1.1 usec ila% 0.1 olarak listelenmiştir ve bu herhangi bir dış aşamaya sahip değildir. İkincisi, kapınız çıkışta 370 pF yük sağlıyor ve bu büyük olasılıkla bir dengesizlik kaynağı. 400 nsec nominal bir çökeltme süresi ile, özellikle 500 pF yüke kadar, LM8261 çok daha iyi bir seçimdir. Yine de bir dikkat - LM8261'in daha geniş bant genişliği başka bir salınım kaynağının olasılığını sağlayacaktır, bu yüzden hazırlanın. Pcb'inizin düzeni, bunun bir problem olmamasını sağlayacak kadar sıkı görünüyor, ama asla bilemeyeceksiniz.

Dördüncüsü, gerçekten 5 ampere 50 voltluk bir besleme yüklemeyi düşünüyorsanız, 250 watt dağıtmak için kendinizden istifa etmelisiniz. 30 watt sadece arzulu bir düşüncedir. Bu, neredeyse kesinlikle çok sayıda FET ve daha büyük bir soğutucu gerektirecektir, muhtemelen zorunlu hava soğutmalı.

Sadece bir öneri ... Lineer modda IXTN90N25L (23nF Ciss) gibi MOSFET'leri sürmek için SOT23-5 paketinde bir LM8261 değişimini arıyordum. LM7321'i LM8261 ile daha yüksek çıkış akımı derecesine ve benzer bant genişliğine sahip buldu. Tabii ki, SOT23-5 sınırlamasını kaldırarak, diğer daha yüksek çıkış akımı op amperlerini bulabilirsiniz, sadece ti.com seçimini kullanın.

Verici İzleyiciler, kapasitif kablo yükleriyle salınım için ünlüdür. Küçük bir seri R stabil hale getirebilir.

Geri besleme rezistörü R10 üzerine bir kondansatör yerleştirerek başlayacağım. Daha sonra, mosfet'e doğrusal (üçlü) bölgesinde başladığında mosfet'i bastırmak amacıyla bir direnç bölücü eklenmesi.

Bunun sebebi şudur: son derece çok sayıda opamp, geri besleme döngüsünde bant genişliğini sınırlamak için kapasitör olmadan salınır. Ben şahsen bunu yapmaktan daha sık zorunlu olduğunu düşünüyorum.

Mosfet lineer bölgesinde başlarsa, opamp iyi bir başlangıç ​​noktasına sahip olabilir, burada ani bir eşik voltajına ulaşmak yerine değişikliklere yavaşça tepki verebilir. Sadece direnci arttır.

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}