Berechnung des Gate-Widerstandswerts für verbesserte Stabilität des aktiven Bereichs

Ich arbeite an einem elektronischen Lastdesign, das einen n-Kanal-MOSFET mit einem Operationsverstärker antreibt.

Ich würde gerne einen Gate-Widerstand (R3 im Schaltplan) hinzufügen, um die Stabilität zu verbessern.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich habe ziemlich viel gesucht, konnte aber keine genaue Beschreibung finden, wie man diesen Teil der Schaltung analysiert. Ich verstehe, dass der Gate-Widerstand mit der Gate-Kapazität einen Tiefpassfilter bildet, der die Bandbreite des an den MOSFET angelegten Signals begrenzt, den Phasenabstand verbessert und die Schaltung weniger anfällig für Schwingungen macht.

Ich habe auch einige Heuristiken gefunden, dass der Wert irgendwo zwischen 10R und 1K liegen sollte, aber ich würde die Designwahl gerne besser verstehen.

Ich vermute, ich berechne einen Bode-Plot-Pol für das RC-Filter, das aus dem Widerstand und der Gate-Kapazität gebildet wird. Ich bin mir jedoch nicht sicher, welchen Kapazitätswert aus dem MOSFET-Datenblatt ich verwenden soll (schätze Ciss = 2,4 nF) und ob es nur darum geht, 1 / (2πRC) anzuwenden, um den Pol zu lokalisieren, oder ob es in diesem Fall komplizierter ist. Das ergibt ungefähr 650 kHz mit einem 100-Ω-Wert für R3, was mich glauben lässt, dass ich vielleicht auf dem richtigen Weg bin.

Außerdem würde ich mich über Ratschläge freuen, wo die Stange vernünftigerweise positioniert werden kann, um die Stabilität zu maximieren, ohne die Schaltungsleistung negativ zu beeinflussen. Nur raten, ich würde erwarten, dass eine Bandbreite von 100 kHz ausreichen würde, bin mir aber nicht sicher, ob es Gründe geben würde, den Pol entweder niedriger oder höher zu platzieren.

Antworten (1)

Der aus dem Gate-Widerstand und der Eingangskapazität gebildete Pol würde die Schaltung tatsächlich weniger stabil machen. Dies liegt daran, dass im Operationsverstärker bereits ein Pol vorhanden ist, der eine Verstärkungsänderung von 20 dB / Dekade ergibt (bis zu 90 Grad Phasenverschiebung). Wenn Sie der Schleife einen weiteren Pol hinzufügen, haben Sie jetzt möglicherweise eine Verstärkungsänderung von 40 dB / Dekade, wobei die Phasenverschiebung asymptotisch auf 180 Grad ist.

Ich würde einen Widerstand in der Verbindung vom Messwiderstand zum negativen Eingang des Operationsverstärkers hinzufügen und dann einen Kondensator vom Ausgang des Operationsverstärkers zum negativen Eingang des Operationsverstärkers hinzufügen. Dies kann Ihnen dann einen dominanten Pol geben, der die Verstärkung abrollt, bevor die Phasenverschiebung in der Ausgangsstufe eine signifikante Phasenverschiebung ergibt. Es kann nützlich sein, einen Widerstand in Reihe mit dem Rückkopplungskondensator zu schalten, um eine bessere Verstärkung bei höheren Frequenzen zu erzielen.

Der Widerstand im Gate des MOSFET kann nützlich sein, um hochfrequente Instabilitäten zu stoppen - ein Wert von 22-100 Ohm ist dort angemessen.

Irgendwelche Ratschläge zur Auswahl von Werten für den von Ihnen erwähnten Rückkopplungswiderstand und -kondensator?
Ich würde wohl mit 1K und 1000pF anfangen und dann simulieren.
In Bezug auf die Stabilitätsauswirkungen des Hinzufügens des Gate-Widerstands (R3) wird dadurch kein Pol hinzugefügt, oder? Würde es nicht einfach eine Stange bewegen, die bereits da war? So wie ich es verstehe, kommt der Pol von der Reaktanz der Gate-Kapazität, die mit Ro (dem Ausgangswiderstand des Operationsverstärkers) interagiert, und R3 bewegt diesen Pol einfach, indem es zu Ro addiert, nicht wahr?
Stimmt, aber es wird es in der Frequenz nach unten verschieben – wahrscheinlich in eine Region, wo es mehr Probleme verursacht. Schließlich liegt der Hauptpol in einem dominantpolkompensierten Operationsverstärker bei etwa 10 Hz.
Nachdem ich in meinem Lernen weitergekommen war, wurde mir klar, dass @Kevin damit völlig Recht hat und dass das Hinzufügen eines sogenannten "Gate-Isolations" -Widerstands zwischen dem Operationsverstärkerausgang und dem MOSFET-Gate nur nützlich ist, wenn die Rückkopplungsschleife mit dem verbunden ist Operationsverstärkerausgang (die linke Seite des Widerstands). Im obigen Fall verschiebt es nur den problematischen Pol in der Frequenz nach unten (vielleicht um den Faktor zwei), was jedes Stabilitätsproblem sicherlich verschlimmern würde.
Berechnung des Gate-Widerstandswerts für verbesserte Stabilität des aktiven Bereichs
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