Controlando la resistencia del MOSFET usando retroalimentación negativa

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Quería usar LM317 en un proyecto de suministro de energía, pero quería controlar el voltaje digitalmente o con voltaje. Una forma posible era cambiar una de las resistencias divisoras de voltaje en el esquema a continuación, con algún dispositivo utilizado como resistencia controlada por voltaje.

PenséenusarunMOSFETcomoresistenciacontroladaporvoltaje,sinembargo,sabiendoquelaregióndondeeslinealyde"resistencia" adecuada es bastante estrecha, pensé en usar un circuito de retroalimentación que controlaría automáticamente el voltaje de la compuerta para proporcionar el resistencia necesaria Se me ocurrió la siguiente configuración:

U2actúacomounbúfermientrasqueU3comparaelvoltajeenelnododepindeajusteconelvoltajeestablecidoporV1,ygenerasupropiovoltajedecontrolenlacompuertadelFET.Lasimulaciónfuncionaperfectamente.Aquíestálasalidadelapruebalm317albarrerV1de0a15voltios. Aquí está la respuesta transitoria cuando V1 se establece en 10 voltios.   Sinembargo,comoeradeesperar,nosaliótanbiencomosisetratara.Cuandoconstruíelesquemaenunaplacadepruebas,elcircuitooscilóbastante.Produjounaformadeondatriangularconunafrecuenciadealrededorde15KHzconVppdealrededorde5voltiosconvoltajedecompensaciónaproximadodelvalorestablecidoporV1.

Comprendoquepuedehaberunatoneladadecosasquehacenqueuncircuitoderetroalimentaciónoscile,peromegustaríasaberquésepuedehacerparareduciresteefectoocómosolucionaresteproblema.

Inclusosinoterminousandoestecircuitoenunafuentedealimentación,todavíamegustalaideadecontrolarunelementonolinealconunaretroalimentaciónparaquesecomporteexactamentecomoustedquiere.

Editar: ¡Elcircuitofuncionaahora!Sinembargo,porrazonesnoentiendocompletamente.QuitéelamplificadordegananciaunitariaycambiéunMOSFETconunBJT(2n2222),yagreguéunaresistenciade10Kasubase.Elcircuitocambióunpocoelcomportamientoperoaúnasíoscilósignificativamente.Luegotratédeintroduciruncondensadorenalgúnlugardelcircuito.Elcircuitofuncionóperfectamente(ondulaciónde500mVaunacargade10ohmios)conelcondensadorcolocadoentrelabaseyelcolectordelBJTcomosemuestraaquí:

Ahora, estoy contento de que el circuito funcione, sin embargo, me resulta difícil encontrar una explicación de por qué. ¿Alguien puede proporcionar alguna idea?

    
pregunta Anthropomorphous Dodecahedron

2 respuestas

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Su sistema de retroalimentación consiste en dos amplificadores operacionales en cascada seguidos de un MOSFET. El primer op-amp es la ganancia unitaria y el segundo op-amp se usa como un comparador. El MOSFET tendrá una ganancia de alto voltaje porque la fuente está a 0 voltios y Vgain = Rd / Rs, ¡así que es alta! Además, es probable que la capacitancia de entrada del MOSFET (aproximadamente 1 nF) haga que el amplificador operacional se vuelva inestable.

Esto inevitablemente causará problemas de estabilidad porque es bastante fácil hacer que un amplificador operacional se vuelva inestable al hacer un circuito de retroalimentación complejo que involucre un comparador adicional y un transistor de alta ganancia.

Es necesario reducir la ganancia del bucle y esto podría lograrse convirtiendo el comparador en un integrador no inversor. También puede intentar colocar una resistencia en la fuente del MOSFET, un valor tan alto como pueda tolerar.

Desafortunadamente, el LM358 (dispositivo de la vieja escuela) no tiene un gráfico adecuado de su margen de fase, por lo que es complicado calcular los valores, pero para el integrador 10 kohm y 1 nF podría funcionar, así que me sentiría tentado a deshacerme de la ganancia unitaria op-amp y alimentar "ADJ" directamente a un integrador inversor.

    
respondido por el Andy aka
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El LM317 regula el uso de un bucle de alta ganancia y un diodo de referencia de intervalo de banda de 1.25v, de modo que Vo-Vadj = 1.25x.

La buena noticia es que el resultado de su paso de 10 V es correcto 11.25x V dentro de las tolerancias.

La mala noticia es que Gm o RdsOn inverso es demasiado sensible.

Una mejor manera es usar un NPN y Rb elegidos para proporcionar un rango de Ic para reducir la salida a cerca de 2.5 V con cierto margen en Op Amp Voh. Esto reduce la ganancia del bucle. Luego use un Radj fijo a tierra para limitar el voltaje de salida (opcional) máx.

Para obtener más margen de fase, un pequeño C > Ciss, por ejemplo, 1nF en serie, con otros 240 ohmios en paralelo con retroalimentación R mejora la estabilidad del margen de avance de la fase.

  

Alternativamente, cambie Op Amp, U3 de un comparador a un OpAmp inversor lineal de menor ganancia agregando 2 resistencias, por ejemplo, 10k: 1M

     

Motivo: el diseño del comparador de un amplificador operacional es en realidad un integrador debido a la compensación interna en la zona lineal, lo que reduce el margen de fase de 60 ° C (ideal LM317) en 90 grados o -30 grados, forzando la oscilación.

U2 es redundante.

Para eliminar el offset de salida de 1.25V, este debe dejarse como está o corregido por el diseño.

    
respondido por el Tony EE rocketscientist

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