Frage:
Instabile Rückkopplung in der Opamp + MOSFET-Schaltung für spannungsgesteuerte Stromquelle
Shubham
2015-07-15 05:07:04 UTC
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Ich versuche, einen 1-Ampere-LASER-Treiber zu bauen, der gepulst werden kann (bei ~ 10 kHz) und die Steuerung des Stroms mit einer Spannung ermöglicht (z. B. von einem DAC). Ich möchte es schließlich auf 10 Ampere Impulse skalieren. Ich habe diese gemeinsame Schaltung unten auf einem Steckbrett ausprobiert, aber das Feedback ist instabil. Pfeile zeigen an, was (ungefähr) passieren soll, was ich in Simulationen bestätigt habe.

Ich verwende einen 10-W-Widerstand von 500 mOhm, um die LAESR-Diode im Widerstand zu simulieren, und eine 1 Ohm Messwiderstand.

enter image description here

Folgendes passiert am Opamp-Ausgang: enter image description here

Und hier geschieht Folgendes am invertierenden Knoten (Spannung über dem Messwiderstand) ): enter image description here

Ich habe versucht, die Werte zu ändern, aber es wird nur noch schlimmer. Ich dachte, der Opamp sei zu breitbandig, also erhöhte ich die Kompensationsobergrenze C3. Die Rückkopplung wird stabil, wenn ich 4,7 uF (ja, 4,7 uF) mache, aber pulsierendes Vctrl erhöht und senkt die Zeit ~ 1s. Der Wert von R3 scheint keine Rolle zu spielen, solange er vorhanden ist.

Dies ist der Opamp, den ich verwende (MCP6022, nicht 602), und dies ist der FET, den ich verwende (IRLI3705N). Ist der Opamp für diese Anwendung zu breitbandig? Es korrigiert zu schnell und überschießt? Bin ich am "Knie" der I-V-Kurve des FET festgefahren, sodass ein wenig Gate-Spannung den Strom exponentiell ändert? Ist mein Vcc nicht groß genug? Ist dies überhaupt die richtige VCCS-Lösung für eine gepulste 10-A-Last?

Es spielt vielleicht keine Rolle, aber welche Art von Widerstand verwenden Sie bei R4?
3 parallele 3,3-Ohm-Widerstände (1%, 1 / 4W, E96) -> 1,1 Ohm, die sich leicht erwärmen
Vielen Dank an diejenigen, die geantwortet haben.Aber für alle, die dies in Zukunft mit denselben Problemen lesen: Dies wurde behoben, indem diese Schaltung einfach auf einer Perf / Proto-Platine montiert wurde.Die Parasiten auf dem Steckbrett dominieren bereits bei Strömen von nur 100 mA und verursachen Instabilität.C4 wurde ebenfalls entfernt.
Bitte posten Sie die Lösung als Antwort.Dadurch wird verhindert, dass die Frage auf die Titelseite gelangt, da das System nicht weiß, dass sie gelöst ist.
Vier antworten:
Kevin White
2015-07-15 05:26:08 UTC
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Einige Dinge können zu Instabilität führen.

1) Bei so niedrigen Impedanzen müssen Sie sicherstellen, dass Sie ein Erdungssystem mit niedriger Induktivität haben. Die Implementierung in ein Plug-in-Steckbrett funktioniert wahrscheinlich nicht, die Parasiten sind zu hoch.

2) Entfernen Sie C4 - dies führt möglicherweise zu einer Phasenverschiebung in Ihrer Rückkopplungsschleife.

3 ) Sie haben eine 22pF-Kappe (C3) vom Ausgang des Verstärkers zum Eingang, aber Sie haben sie direkt an den 1-Ohm-Messwiderstand angeschlossen. Dies verhindert, dass etwas Nützliches getan wird. Ich würde eine 1k-Wiederherstellung zwischen dem Erfassungswiderstand und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers hinzufügen, um den stabilisierenden Rückkopplungspfad (C3) vom niederfrequenten Signal von R4 zu isolieren. Möglicherweise müssen Sie verschiedene Werte für C3 ausprobieren. Haben Sie die Schaltung simuliert?

kevin

Danke für die Hinweise, ich werde sie ausprobieren.Ja, ich habe eine Zeitbereichssimulation in CircuitLab durchgeführt und es gab keine Schwingung.Hm, das Steckbrett könnte dann viel damit zu tun haben.
Das Entfernen von C4 und das Hinzufügen eines Widerstands zwischen C3 und dem Operationsverstärker hat nicht viel gebracht, daher habe ich versucht, den Strom durch Erhöhen des Messwiderstands R4 auf 11 Ohm zu senken.Dadurch wurde die Schwingung vollständig beseitigt, was darauf hinweist, dass bei großen Strombelastungen induktive Parasiten dominieren.
Aber jetzt, wenn ich die Steuerung betätige, liegen die Anstiegs- und Abfallzeiten immer noch bei ~ 1s.Das Hinzufügen eines 1k-Pulldowns am Gate hilft ebenfalls nicht.Gibt es sowieso 1000x zu reduzieren?
R1 und C2 begrenzen die Reaktionszeit des Steuersignals.Sie sind für den Schaltungsbetrieb nicht erforderlich.Wenn der Eingang getrennt werden könnte, kann R2 beibehalten werden, aber den Eingang direkt in den Operationsverstärker treiben.
1 Sekunde**? Sicher nicht!
Tatsächlich wurden R1 und C2 benötigt, um zu verhindern, dass Rauschen an der Steuerspannung Instabilität verursacht.Der Operationsverstärker hatte genug Bandbreite, so dass schnelle Spannungsschwankungen Stromschwankungen im FET verursachten.Aber das Prototyping auf einem Perfboard statt auf einem Steckbrett löste das Problem ... meistens.
Brian Drummond
2015-07-15 15:38:19 UTC
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Ein paar Punkte ...

  1. Überwachen Sie die 5-V-Versorgung, nur für den Fall, dass Sie eine Instabilität verursachen - oder das 300-kHz-Signal, das Sie sehen, ist tatsächlich die Schaltfrequenz
  2. Experimentieren Sie mit der Erhöhung von R3 auf mindestens 1 Kiloohm, wodurch der Operationsverstärkerausgang von einer erheblichen Lastkapazität (Cgs des MOSFET) isoliert wird.
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    Selbst wenn das Erhöhen von R3 die Schwingung heilt, ist dies möglicherweise nicht die Lösung, da dadurch die Bandbreite des MOSFET-Treibers verringert wird (Sie können Ihre Impulsanstiegs- / -abfallzeiten mit und ohne messen die Änderung, um festzustellen, ob ihre Wirkung schädlich ist). Es gibt jedoch eine umfangreiche Literatur zur Stabilisierung von Operationsverstärkern, die kapazitive Lasten antreiben, die Ihnen helfen sollten, eine bessere Lösung zu finden.

Wenn Sie also den Strom auf ~ 100 mA senken, indem Sie den Messwiderstand auf 11 Ohm erhöhen, wird die Oszillation eliminiert, was mir sagt, dass bei großen Strombelastungen induktive Parasiten dominieren.
Aber Sie haben Recht, die Anstiegs- und Abfallzeiten sind immer noch sehr lang.Das Hinzufügen eines 1k-Pulldowns am Gate hilft ebenfalls nicht.Können Sie einige Referenzen oder allgemeine Techniken zu Operationsverstärkern angeben, die kapazitive Lasten antreiben?
Nevermind, habe etwas im Opamp-Datenblatt gefunden und viele auf Google.
Die Eingangskapazität dieses (sehr parallelen) MOSFET beträgt 3500 pF, was viel verlangt, von einem Operationsverstärkerausgang mit 10 kHz geschaltet zu werden.Ich frage mich, ob ein einfacher BJT-Treiber den Operationsverstärkerausgang isolieren und die Gate-Ansteuerungsfähigkeit erhöhen könnte.
Spehro Pefhany
2015-07-15 05:41:09 UTC
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Fügen Sie einen Widerstand zwischen R4 / M1 und dem Rest hinzu. 1K für den Anfang, bis zu 5 oder 10K. C4 entfernen. Sie können C3 anstelle des Widerstandswerts erhöhen.

Entfernen Sie insbesondere C4.
Faraj
2016-11-23 15:06:25 UTC
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Ich habe dieselbe Schaltung zum Ansteuern einer Laserdiode mit bis zu 500 mA Strom verwendet.Ich habe einige Empfehlungen wie folgt:

  • Verwenden Sie den Operationsverstärker LM358
  • Entfernen Sie C2 und C4
  • Verwenden Sie für eine bessere Stabilität einen schnellen Bipolartransistor wie D828


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