Cómo diseñar el circuito del amplificador de corriente para amplificar la corriente de señal a 1A

Aquí hay un voltaje básico para el amplificador de corriente:

Debido a la retroalimentación a través de la pantalla, el voltaje a través de R1 será Vin. Eso significa que la corriente a través de R1 es proporcional a Vin. El único lugar del que puede provenir la corriente es a través del drenaje del FET del canal N. El resultado neto es que este circuito tomará corriente en Iout proporcional a Vin. La ganancia total es 1 / R1.

Ese es el concepto básico, pero en su caso hay algunos detalles a considerar. Su Vin varía de 0 a 5 voltios. Eso significa que a plena corriente, habrá 5 V en R1. Esto no solo afecta significativamente al rango de voltaje de suministro que tiene para la carga, sino que también causará que R1 disipe una gran cantidad de energía a la corriente total de 1 A. (5 V) (1 A) = 5 W. Incluso si estás de acuerdo con usar esa cantidad de energía, tendrás que considerar cuidadosamente cómo lidiar con el calor.

La solución es colocar un divisor de voltaje entre su señal de 0-5 V y Vin. Cuanto menor sea el rango de Vin, menor será la disipación de potencia. Sin embargo, también disminuye la precisión general, ya que el voltaje de compensación y cualquier otro error serán una fracción mayor del total. También debe considerar qué tan bien funciona el opamp con ambas entradas cerca del suelo. Es posible que desee darle al opamp un pequeño suministro negativo para mantenerlo dentro de su rango activo normal.

Probablemente comenzaría por atenuar la señal de 0-5 V en 5, por lo que 0-1 V. Eso significa que la disipación máxima en R1 es 1 W, por lo que una resistencia de 2 W recién soldada a la placa sin ningún calor especial hundirse debe estar bien.

Como ya tienes un microcontrolador, es fácil hacer un pequeño suministro negativo. Muchos micros tienen una salida de reloj, que luego puede conducir una bomba de carga. Por lo general, el micro pin conduce un par de seguidores traseros emisores, que luego impulsa la bomba de carga. Después de todas las pérdidas de voltaje debido a las uniones B-E y los diodos, obtienes alrededor de -2.2 V. Sin embargo, eso es suficiente para muchas plataformas.

También debe considerar la disipación en el FET. Verá lo que sea la corriente de salida, pero el voltaje no es tan claro. El peor de los casos cuando la carga es un corto. Luego tiene la tensión de alimentación menos la caída de R1 en el FET. Si tiene una fuente de 12 V, por ejemplo, y R1 cae 1 V a la corriente total de 1 A, entonces el FET puede disipar hasta 11 W. Eso es factible para un paquete de energía, como un TO-220, pero definitivamente requiere un disipador de calor.

Consideraría esto como un buen punto de partida: -

También usaría un voltaje Vsupply de 6 V y un amplificador operacional riel a riel. Con 6 V en el colector y 5 V en el emisor, la potencia disipada en el transistor es de aproximadamente 1 vatio, por lo que se requerirá un pequeño disipador de calor. Yo usaría un transistor empaquetado T0-220.

Si espera poder entregar 1A a una salida de 3V, la disipación de energía será de 3 vatios, por lo que debe pensar en esto, pero si el consumo de corriente es proporcional al voltaje de salida, 3V requerirá 0.6 A y un máximo Disipación de potencia en el transistor de 1,8 vatios.

Si necesita bajar exactamente a 0 V, entonces es una buena idea una línea de energía negativa de 0.2 voltios (o más negativa) en el amplificador operacional.

También, prefiero usar un BJT en lugar de un MOSFET para esto, ya que para activar adecuadamente un MOSFET para la salida 1A a 5V puede ser necesario un voltaje de suministro superior de aproximadamente 8V a 10V y la disipación de potencia será significativamente mayor cuando 1A esta fluyendo hacia la carga.

Puede utilizar OP AMP de alta corriente, por ejemplo, LT1210. Los AMPS OP de alta corriente generalmente tienen comentarios actuales, son un poco difíciles de usar. Deberá diseñar el PCB cuidadosamente para dichos circuitos integrados.

En caso de que los requisitos de linealidad no sean altos, puede usar BJT con suficiente capacidad actual. Utilice el circuito del colector común.

En cualquier caso, el voltaje de la fuente de alimentación debe ser superior a 5 V.

¡El diseño con OPA y BJT comunes (de la siguiente respuesta) es bueno!

Sin embargo: si su carga es capacitiva, este circuito fácilmente se vuelve inestable. Puedes agregar varios componentes pasivos para hacerlo estable:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Asegúrese de elegir el OP AMP y BJT adecuados de acuerdo con los requisitos actuales.

Lo que he hecho es simplemente usar un Nmosfet y conectarlo a la carga como interruptor lateral inferior. Puedes usar la misma idea, pero con Pmos si necesitas un lado alto.

Creo que puedes guardar un amplificador operacional así y probablemente circuitos de suministro adicionales. Actualmente estoy usando este circuito para un controlador LED y ya ha sido probado de acuerdo con los estándares industriales. Puede usar casi cualquier NMOS en el mercado, simplemente verifique dos veces que la corriente de drenaje máxima sea mayor que su 1.5 A.

R3 es para descargar la capacitancia NMOS cada vez que se reinicia su micro, R2 es para limitar la corriente de carga del capacitor de la puerta NMOS, así que asegúrese de tenerlos.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}