Benötigen Sie Hilfe bei der Auswahl von OpAmp und FET für einen VCVS

Ich möchte eine spannungsgesteuerte Spannungsquelle bauen, die eine ohmsche Last mit Strom versorgt ($1.67\,\Omega$,$\approx$ $7\,\mathrm{A}$@$12\,\mathrm{V}$). Die Verlustleistung der Last wird aus Strom- und Spannungsabfallmessungen durch ein Steuersystem berechnet, das die Spannung des VCVS mit einem DAC-Ausgang anpasst ($V_2$).

Ich habe eine Schaltung, die ich online gefunden habe ( siehe das erste Bild hier ), an meine Anwendung angepasst :

Der ursprüngliche N-Kanal-FET wurde durch einen P-Kanal-FET ersetzt, weil ich damit näher an V1 herankomme. Ich habe den IRFP9140 für maximalen Strom, niedrig, ausgewählt$R_{DS,on}$, hohe Nennleistung und einfach zu bedienendes Gehäuse - ich kann es an einem Kühlkörper befestigen. Da fegt die Steuerspannung ab$0$Zu$5\,\mathrm{V}$, die maximal erwartete Dissipation in Q1 liegt bei etwa$22\,\mathrm{W}$für$V_2 = 2.5\,\mathrm{V}$.

Die Ausgangsspannung wird von R2 und R3 auf den DAC-Bereich herunterskaliert und in den OpAmp eingespeist, der das Gate-Volgate von Q1 ausgibt. Also musste ich einen OpAmp auswählen und landete beim LT1218 . Ich bin im Grunde die Liste der verfügbaren Modelle in LTspice durchgegangen und dieses passt zu meiner Versorgungsspannung ($V_1 =+12\,\mathrm{V}$) und hat Rail-to-Rail Ein- und Ausgänge. Wahrscheinlich gibt es bessere Alternativen.

Ich bin mir nicht sicher, ob R4 notwendig ist. Ich habe es in vielen Schaltungen gesehen und die Leute scheinen es einzubeziehen, um den Ausgangsstrom des OpAmp zu begrenzen.

Sieht diese Schaltung angesichts dessen vernünftig aus?

• Ich brauche keine hochpräzise Ausgabe (dies ist Teil eines Steuersystems, das sich anpasst$V_2$an seine Bedürfnisse);
• Effizienz spielt keine Rolle;
• Größe spielt keine Rolle, es kann eine große Leiterplatte sein;
• dasselbe für die Kühlung, einschließlich Hinzufügen eines Lüfters;
• Ich brauche mehrere davon;
• die Schaltung sollte einfach zu bauen und zu testen sein;
• Ich kann R1 durch einen größeren Wert ersetzen, wenn die gewünschte maximale Verlustleistung in R1 niedriger ist als in der gezeigten Schaltung.

Dies ist mein erster Versuch, einen OpAmp in einer realen Schaltung zu verwenden, und ich habe auch noch nie einen Transistor für etwas anderes als das Ein- und Ausschalten einer Last verwendet. Über eine Beratung zu beiden Komponenten freue ich mich sehr.

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Wie in den Kommentaren vorgeschlagen, habe ich einen Schritt in VC (V2 im Bild oben) von 0 auf 3 V simuliert und das Ergebnis ist eher enttäuschend:

Das Ergebnis:

Die Ausgangsspannung braucht also zunächst einige Zeit, bis sie auf einen durch Q1's begrenzten Wert ansteigt$R_{DS,on}$und fällt dann ungefähr auf den gewünschten Wert ($12*3/5=7.2\,\mathrm{V}$), aber schwingt. Das anfängliche Überschwingen ist in der realen Anwendung möglicherweise kein wirkliches Problem; Was mich mehr beunruhigt, ist die Tatsache, dass ich nicht weiß, warum das passiert.

Die Anlage ist zu langsam für den OpAmp, also suche ich jetzt im Grunde nach einer Möglichkeit, sie schneller erscheinen zu lassen?

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Das Hinzufügen des vorgeschlagenen Kondensators zwischen dem Ausgang und dem negativen Eingang des Operationsverstärkers sowie eines Widerstands im Steuerspannungseingang war sehr effektiv.

Der Ausgang pendelt sich nach ca. 150 µs ein:

Bearbeiten 3: Andere OpAmps, die ich simuliert habe

"Swings": Ich konnte VO nicht dazu bringen, sich auf die gewünschte Spannung einzustellen, selbst mit unterschiedlichen Werten für R4, R5 und C2.

• LT1636: Schaukeln
• LT1637: Ausgang schwingt ein (Transientensimulation), aber DC-Sweep-Simulation wird nicht beendet. Eine sehr langsame transiente Simulation für einen 5-Sekunden-Sägezahn auf V2 zeigt jedoch das gewünschte Verhalten. Ich bin mir nicht sicher, was das bedeutet. Billiger als LT1218.
• LT6003: Schaukeln
• LT6013: Ausgabe setzt sich, folgt aber nur$V_2$für$V_2 > 0.7\,\mathrm{V}$(dieser hat keine Rail-to-Rail-Eingänge)
• OP184: Ausgang pendelt sich ein (scheint genauso gut zu funktionieren wie beim LT1218, aber billiger)
• AD820A: Die Ausgabe setzt sich ein, und dieser Teil war einfacher in einem DIP-Paket zu bekommen. Auch günstiger als der LT1218.

Edit 4: Scheint zu funktionieren

Ich habe die Schaltung mit einem IRFP9140N und einem AD820A aufgebaut, mit allen Widerständen und Kondensatoren wie im letzten Schaltplan gezeigt, und es scheint wie gewünscht zu funktionieren.