Проблема стабильности в единичном коэффициенте opAmp

В качестве части управляемого источника питания для тестирования аппаратного цикла для проекта, управляемого студентом, мне пришлось разработать текущий буфер (последователь напряжения), который может быть источником до 1 А.

У меня была (плохая) идея попытаться реализовать эту простую схему:

Идея исходной схемы

PMOS внутри цикла обратной связи действует как инвертор (больше V_gate, меньше V_out), и поэтому цикл закрывается на POSITIVE-терминале opAmp вместо отрицательного.

В лаборатории я установил VREF = 5V и VIN = 7V. Я должен получить 5V в VOUT, но я получаю этот внеконтрольный вывод VOUT:

Vout

И это управляющий сигнал (выход opAmp, подключенный к затвору MOSFET)

Vg

Я нахожу подобное поведение в разных VREF, VIN и Rloads. Также обратите внимание, что выход opAmp не насыщен никаким из рельсов.

Мое предположение заключается в том, что усиление цикла слишком велико для поддержания стабильности opAmp.

У меня есть некоторый фон в системах управления и операционных усилителях, но я не знаю, как применить его для решения этой ситуации ...

Можно ли применить некоторую сеть фазового сдвига для стабилизации цикла?

Я бы оценил как «быстрые хаки», так и образовательные ответы!

12 голосов | спросил svilches 16 Maypm13 2013, 23:31:05

5 ответов


11

Это действительно просто - используйте N-канальный полевой транзистор и используйте его как источник-последователь. Вы даже можете использовать BJT. Тот, который ниже, имеет коэффициент усиления из-за обратной связи 3k3 и 1k на землю от -Vin. Если вы не хотите, чтобы усиление подключало выход напрямую к -Vin и опускал 1k.

введите описание изображения здесь>> </p>

<p> Буфер единственного усиления на выходе операционного усилителя является либо эмиттерным повторителем, либо последователем источника. Простой, так как это - обратная связь с эмиттером /источником обратно на инвертирующий вход операционного усилителя. </p>

<p> Кроме того, поскольку напряжение источника /эмиттера «следует» выходному сигналу op-amps, эффекты загрузки затвора /базы минимальны, поэтому при использовании MOSFET вам не нужно беспокоиться о емкости затвора. </p>

<p> Подумайте об этом разумно - Analog Devices или TI или MAXIM LT - их маркетинговая команда <strong> не </strong> собирается проснуться однажды утром и сказать своим дизайнерам - почему вы не можете создать оп- усилителя, который позволяет кому-то добавить на него этап усиления и ожидать, что он будет стабильным. Если они это сделают, дизайнеры скажут, что им придется снизить производительность операционного усилителя, чтобы он был стабильным - как бы этот op-amp конкурировал на рынке со всеми операционными усилителями, которые воспринимают разумный путь и продолжайте строить то, на что они хороши. </p></body></html>

ответил Andy aka 17 Mayam13 2013, 00:31:34
11

Ваш операционный усилитель колеблется, потому что ваш коэффициент разомкнутого контура больше 1 с частотой, при которой фазовый сдвиг равен 180 °.

Операционный усилитель в вашей цепи управляет почти полностью емкостной нагрузкой - затвором MOSFET.

Существует много возможных способов исправить это, используя только хорошо расположенный резистор или конденсатор. Лучше всего использовать последовательный резистор или параллельный RC-шунт или RC-пару обратной связи - все зависит от конкретной схемы, о которой идет речь.

введите описание изображения здесь>> </p>

<p> Подробнее об этом см. в этой замечательной статье <a href= Аналоговый Устройства .

ответил Jonny B Good 17 Mayam13 2013, 00:20:56
3

Предполагая, что проблема является емкостной нагрузкой (затвор MOSFET), некоторые идеи:

  1. В аудиоусилителях классический подход для защиты от емкостных нагрузок - это включение выходного индуктора, часто последовательно с резистором. Просто нужно иметь в виду: не забывайте индукторы как способ выделения из емкостей.

  2. Вы когда-нибудь замечали, как листы данных линейных регуляторов напряжения всегда рекомендуют байпасный конденсатор на выходе? Это помогает с емкостной нагрузкой. Хотя это кажется парадоксальным, рассуждения состоят в том, что сознательно посаженный конденсатор имеет более высокую емкость, которая поглощает небольшую емкость нагрузки, тем самым создавая доминирующий полюс на более низкой частоте. Попробуйте конденсатор с выхода op-amp на землю, от 0.1uF до 1uF.

  3. Поскольку вы используете вход + для отрицательной обратной связи, в этой схеме есть большая возможность добавить компенсацию Миллера в виде более локального цикла обратной обратной связи: конденсатор, подключенный к выходу ОУ на - вход, а не на землю.

  4. Ваш выходной каскад является обычным источником, и поэтому он имеет прирост! У op-amp уже есть скобки с открытым контуром, и вы добавляете больше в цикл. Рассмотрим выходный каскад, который не добавляет больше усиления: см. Ответ Энди Аки.

ответил Kaz 17 Mayam13 2013, 00:37:10
2

Примечание: следующий абзац несколько неверен, в том смысле, что ваша идея может (и работает) работать с некоторыми настройками и множеством продуктов, в частности, с PMOS PMOS; см. последующий материал. Я оставляю этот параграф здесь, потому что LvW ответил на него.

Ну, емкостная нагрузка - это трудная проблема для работы даже в правильной схеме настройки, но в вашей схеме [как показано] вы обеспечиваете обратную связь positive на операционном усилителе! Это будет колебаться как сумасшедшее даже в симуляции ... с тем же прогнозируемым 5Vpp. Да, форма колебаний немного отличается в симуляции, но что вы ожидаете ... никакие паразиты и LM358 не имеют достаточно базовой модели SPICE.

 введите описание изображения здесь>> </a> </p>

<hr>
<p> @LvW: Мне нужно немного подумать о том, что именно происходит, но см. обновленный график с графикой Vgate. Понятно, что он никогда не достигает 5 В, поэтому операционный усилитель никогда не видит фактической отрицательной обратной связи, как это подразумевается в этом проекте. Таким образом, операционный усилитель работает как компаратор в основном. Есть также некоторый сдвиг фазы между этими двумя сигналами, но я не уверен, что это причина колебаний, но я думаю, что это «по дизайну». Я попытался добавить к воротам большой (1K, даже 10K) резистор, и он все еще колеблется. </p>

<p> <a href= введите описание изображения здесь>> </a> </p>

<hr>
<p> В основном то, что вы пытаетесь сделать, это <a href= дизайн PMOS LDO ! Но вы делаете это довольно неправильно. Вы должны компенсировать его байпасным колпачком правого и среднего размера и ESR! Кроме того, PMO LDO будет принимать обратную связь через делитель напряжения. Вот мой любительский дизайн LDO:

 введите описание изображения здесь>> </a> </p>

<p> Как обычно с PMOS LDO, ограничение на выход ESR является критическим и должно быть в определенной полосе. Посмотрите, что произойдет, если я опустил его, например; начинает колебаться: </p>

<p> <a href= введите описание изображения здесь>> </a> </p>

<p> Если ESR слишком высока, у вас снова возникают проблемы; хорошо для этой нагрузки он должен получить довольно высокий, прежде чем он колеблется на другой стороне безопасной полосы: </p>

<p> <a href= введите описание изображения здесь>> </a> </p>

<p> Собственно, единственным критическим элементом в этом случае является компенсационная крышка. 10UF с 0.1ohm ESR, по-видимому, работает для довольно большого диапазона нагрузки от 1K до 5 Ом (что даст вам желаемый выход 1A): </p>

<p> <a href= введите описание изображения здесь>> </a> </p>

<p> Конечно, вы получите ограниченное ограничение пропускной способности из этой кепки. </p></body></html>

ответил Fizz 25 32015vEurope/Moscow11bEurope/MoscowWed, 25 Nov 2015 15:58:37 +0300 2015, 15:58:37
1

Ваш операционный усилитель нестабилен, вероятно, потому, что вы управляете емкостной нагрузкой (емкость затвора). Удалите C10 и опустите значение R15 на десятки омов. Вы также можете попробовать использовать другой операционный усилитель. В техническом описании LM358 говорится:

  

Емкостные нагрузки, которые применяются непосредственно к выходу усилителя, уменьшают запас устойчивости петли. Значения 50 пФ могут быть размещены с использованием наихудшего неинвертирующего соединения с единичным усилением. Большие замыкания или резистивная изоляция должны использоваться, если усилие большей нагрузки должно приводиться в действие усилителем.

Входная емкость IRF9530 составляет 500pF, поэтому вам обязательно нужно установить небольшой резистор между выходом операционного усилителя и вентилятором MOSFET.

ответил Szymon Bęczkowski 16 Maypm13 2013, 23:54:54

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132