Compensación del bucle

Al usar el circuito original, es posible que pueda estabilizar ese circuito simplemente agregando un condensador relativamente grande (por ejemplo, > 1nF) del drenaje de Q2 al nodo de lectura de Pot. Eso, junto con la resistencia de Thevenin alrededor de tu olla, introducirá un polo de frecuencia extremadamente baja (será Miller multiplicado por un factor de > > 1 millón) que solo estará activo durante la limitación, compensando así el bucle sin impactar lo deseado actuación. Tu otra solución, que agrega aún más amplificadores en el bucle, solo lo empeorará.

Editar: Después de verlo más de cerca, me di cuenta de que agregar un polo en esa ubicación empeoraría las cosas, ya que aplica directamente toda la ganancia en la ruta de realimentación del amplificador. Así que agregarlo a través del amplificador operacional es el camino a seguir. He actualizado el esquema para reflejar esto.

Si OA2 tiene compensación de ganancia unitaria, solo tiene que agregar un polo que sea ~ < 0,1 * polo de compensación del amplificador operacional (GBW / ganancia) el único problema será el tiempo de respuesta. Para reducir la necesidad de compensación al reducir la ganancia, agregue una resistencia de emisor a Q1.

He incorporado ambas ideas en la siguiente modificación del circuito. No tienes que combinarlos todos.

• Rgain reduce la ganancia de bucle al hacer la ganancia de Q1 ~ 10
• Ccomp y Rcomp juntos presentan un polo de compensación cuya frecuencia será dada por w = Ccomp * OpAmpGain * Rcomp. La adición de Rcomp elimina la dependencia de este polo en el valor del potenciómetro.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Alternativa

Pero podría reducir considerablemente la complejidad de su circuito y probablemente aumentar la confiabilidad al construir su comparador de límites desde cero. Algo como esto:

^{simular este circuito}

Asegúrese de que los transistores tengan un umbral bajo (puede obtener todos esos, bien emparejados, en una sola matriz). Es solo un par diferencial con una ganancia adicional de la etapa de salida. Esto lo hace intrínsecamente estable, ya que es solo un amplificador de 2 etapas.

Agregué un indicador LED porque los arreglos de transistores tendrían 4 transistores en ellos. Su sesgo es incómodo ya que su intensidad depende de R2, pero es gratis. Se puede hacer un encendido / apagado cuasi digital más convencional al agregar 2 resistencias ...

Implementando una opción

Puede lograr una solución intermedia que de alguna manera se aproxime a su opción de multiplicación al reducir la ganancia del bucle (por ejemplo, al reducir R8 o agregar resistencias de degeneración en el par diferencial). Es una dependencia no lineal, pero la salida seguirá rastreando el valor del potenciómetro con un grado de compresión establecido por la ganancia y el valor de Vlimit.

Escalado a un suministro de 3.3V

Por supuesto, cambiando los valores de las resistencias y utilizando transistores con un umbral suficientemente bajo (< 1V), es posible reducir la oferta. El problema principal está dado por el divisor de R3 y amp; R4, establece el sesgo de caso más desfavorable del par diferencial. Con una entrada de 5V, en el peor de los casos, este divisor probablemente debería proporcionar ~ 2V, dejando 1.3V para el umbral de umbral del MOSFET y definiendo la corriente mínima a través de R1.

Pregunta básica: ¿cómo estabilizar este circuito de retroalimentación y evitar cualquier oscilación?

Rápido recordatorio de la teoría: "en general" un bucle de realimentación es estable si hay un margen suficiente para la frecuencia en la que la ganancia del bucle cerrado es 1 (hay casos especiales en los que esta simple regla no es válida).

En la práctica, la mayoría de los Opamp están compensados internamente y tendrán una ganancia mínima de bucle cerrado que suele ser de 0,1. Generalmente esto está en la hoja de datos, pero no se menciona en su MCP601. Sin embargo, es un OPA de bajo ancho de banda por lo que es muy probable que se compense.

Los dos OPA se montan como seguidores.

Está introduciendo problemas que antipató con el transistor y el mosfet: ambos agregan ganancia de bucle abierto. Un cambio de voltaje de entrada en la entrada del NPN se amplifica en su salida. Lo mismo es cierto para el Mosfet de canal N.

Al aumentar la ganancia de bucle abierto, es probable que la compensación interna de la OPA ya no sea suficiente. Su reflejo es agregar un condensador en algún lugar para agregar compensación. Esa no es la manera fácil de ir.

Mi sugerencia es reemplazar el transistor y el MOSFET con un dispositivo PNP y un dispositivo P-Channel. Utilice el Emisor de la PNP como salida en lugar del Recopilador. Para el MOSFET, use la Fuente como la salida en lugar del Drenaje.

La salida PNP (Emisor) seguirá la entrada (Base) y, por lo tanto, no introducirá ninguna amplificación de voltaje.
De manera similar, el voltaje de la Fuente y la Fuente del MOSFET casi se siguen y no introducen ganancia (significativa).

Como resultado, la estabilidad del bucle no se ve afectada y no es necesario que agregue ninguna compensación adicional.

Necesitará volver a trabajar un poco el circuito limitador de corriente, pero eso debería ser bastante alcanzable y posiblemente incluso simplificar el circuito.

Encontré la razón principal por la que el esquema no estaba bien: la respuesta fue incorrecta. En el esquema enmendado a continuación, la salida digital para habilitar / deshabilitar el limitador debe ser 3.3V para deshabilitar y una alta impedancia (o entrada) cuando está habilitada. Cuando es de 3,3 V, tira de la compuerta hacia arriba para que el MOSFET no conduzca. El circuito puede ser simulado. Las fuentes de voltaje simulan los puntos de ajuste cambiantes para el ajuste del operador y el ajuste del limitador. El generador de voltaje de encendido / apagado no hace nada aquí, no encontré un componente para tener una salida de estado triple.

Creo que el esquema puede ser mejor, pero seguí el de la pregunta para demostrar la solución con respecto a la estabilidad.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Bonus:

El siguiente esquema no está completamente bien, pero sugiere cómo el MOSFET podría ser un interruptor entre la tensión de entrada y la tensión del limitador. La selección de MOSFET debe mejorarse o se podría usar un multiplexor analógico. El voltaje del limitador es una fuente ideal aquí, pero debe almacenarse en una implementación real.

^{simular este circuito}

Gracias por la buena interacción mediante comentarios a su pregunta para comprender mejor las condiciones de trabajo y el comportamiento deseado de su circuito de control propuesto.

Aquí hay una implementación simple de ESC _en = 5 voltios *% V _{límite} *% R ₁ tal como lo discutimos en los comentarios :

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

  

Un detalle muy importante es que todo lo que agregue no debería poder generar una señal fantasma, es decir, Vout DEBE ser siempre menor o igual a Vin, incluso en el caso de errores de software y fallas de hardware razonables.

Ciertamente cumple con este requisito. El único modo de falla es si V _límite tiene la posibilidad de exceder 5 voltios.

Una desventaja potencial de este circuito es que el rango de control del operador se vuelve a escalar. Pero como el feedback del operador es sensorial, esto puede tener un impacto mínimo, especialmente si puede aumentar el voltaje de control V _límite a través de su DAC.

Otra versión de esto sería tomar la salida de limpiaparabrisas del potenciómetro, escalarlo de forma resistiva si es necesario, y luego usarlo como V _ref para el DAC. También puede agregar búferes desacoplados de modo común según sea necesario para garantizar entradas de bajo ruido en todo.