Designfrage: Präzisionsstromquelle

Ich versuche, eine spannungsgesteuerte bidirektionale Stromquelle zu entwerfen, die eine induktive Last ansteuert. Die Stromquelle benötigt einen Bereich von 100 uA bis 200 mA und muss bei niedrigeren Lastströmen mit einer Genauigkeit von etwa 100 uA arbeiten, wobei bei höheren Lastströmen eine geringere Genauigkeit akzeptabel ist. Es muss in der Lage sein, sinusförmige, (ungefähre) Dreiecks- und (ungefähre) Rechteckwellen über Frequenzen von 1 Hz bis 1 kHz auszugeben (ich verstehe, dass ich einen Induktor antreibe, so dass perfekte Rechteck- und Dreieckwellen unmöglich sind) und idealerweise mit so niedrig an Betriebsspannung wie möglich, da das System batteriebetrieben sein wird.

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Hier ist, was ich bisher versucht habe:

Ich habe versucht, diese Schaltung zu entwerfen , die ich basierend auf der Rückkopplung von Instrumentenverstärkern entworfen habe , aber sie ist instabil und oszilliert bei etwa 130 kHz. Ich habe überlegt, die folgende Schaltung aus diesem TI-Dokument zu verwenden , aber sie führt zu einem übermäßigen Serienwiderstand mit der Last und hat keine leicht einstellbare Strompräzision.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Aus den gleichen Gründen habe ich mich dagegen entschieden, einen Operationsverstärker mit der Last in der Rückkopplungsschleife zu verwenden. Hat jemand Vorschläge?

Falls Sie neugierig sind, dies ist die Last, eine Helmholtz-Spule I 3D-gedruckt und gewickelt, die als Magnetfeldgenerator fungieren wird.

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Warum nicht so etwas: cdn.instructables.com/FM3/2YUC/HEXSMPM1/… ? Es werden einige Schutzdioden benötigt. Ich weiß nicht, wie es mit einer Induktivität als Last funktionieren würde. Oder Sie könnten einen Abwärtswandler verwenden und den Strom steuern.
Wollen Sie, dass die Schaltung spontan Dreieck und Rechteck erzeugt, oder speisen Sie sie mit einem Funktionsgenerator?
Ich werde das Signal von einem DDS in die Schaltung einspeisen. @ user110971, weil dadurch nur Strom in eine Richtung durch die Last fließen kann und ich brauche, dass er in beide Richtungen fließt.
@Jordan Verwenden Sie die NPC-Topologie (Neutral Point Clamped). Zwei Böcke, einer für jede Seite, und zwei Schalter zum Wechseln der Böcke beim Überqueren des 0-Punktes. Das wird für Wechselrichter in bestimmten Stromversorgungssystemen verwendet.
Wenn die Böcke Synchrongleichrichter haben (und daher auch Strom aufnehmen können), hat Benutzer 110971 die effizienteste Antwort (@200mA).
Ich sollte auch erwähnen, dass ich möchte, dass die Stromquelle kontinuierlich ist (keine diskreten Schritte, wie es aussieht, als würde die Neutralpunkt-Klemmtopologie erreicht). Wenn ich also eine Sinusspannung einspeise, möchte ich am Ausgang die gleiche hübsche Sinuswellen-Stromwellenform.
@Jordan: Der Strom mit einem NPC wäre kontinuierlich, aber laut. NPC ist ein ziemlich großer Overkill.
Warum nicht 2 FETs verwenden? 1 für Verstärkung, 1 für Puffer?
Müssen die Ausgangswellenformen um 0 V zentriert sein? Wenn Sie dies also mit einer einzelnen 9-V-Batterie tun könnten, wäre es in Ordnung, wenn die Spannung ohne Eingang bei 4,5 V liegen würde?
Es ist möglich, perfekte Dreieckswellenströme oder Sinus mit PWM ohne Kern zu erzeugen, wenn V hoch genug ist. dI/dt=V/L... Gibt es Kernmaterial? Ich sehe keine. Gut. Wenn nicht, wie hoch ist die Resonanzfrequenz? Wickelkappe. und Methode ist wichtig ... fegen und finden Sie es heraus. Ich nehme an, nur diese AC?

Antworten (3)

Sie können die Last auf die offensichtliche Weise in das Rückkopplungssignal eines Leistungsverstärkers stecken, aber ein RC-Zobel-Netzwerk (auch bekannt als Boucherot-Zelle) über die Last oder an Masse hinzufügen, um den Verstärker bei höheren Frequenzen zu stabilisieren.

Um einen 200-mA-Antrieb zu erhalten, benötigt Ihr Operationsverstärker komplementäre Emitterfolger mit hohem Hfe innerhalb der Rückkopplungsschleife am Ausgang. Lassen Sie dann einen Vce-Abfall von mindestens 1,5 V oder 2 V für hohe Hfe von Versorgungsschienen zu, sodass Sie eine größere Vcc, Ve benötigen, z. B. mindestens +/- 6 V.

oder wenn Sie Zugriff auf Ihre ATX-Versorgung haben. Ändern Sie einfach die Cap-Wert-Reihe R, um RC = 1 / (2f) für den Pot-Bereich zu machen.

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Beachten Sie, dass ein gleicher Pull-up / Down am Emitter die Treibervorspannung ist und gleich 5 V / 2 wie ein 5-V-Takt ist

Ihre ursprüngliche Idee funktioniert, Sie müssen nur einige Zeit damit verbringen, sie zu optimieren.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Die Idee ist, dass C1 und R2 einen Tiefpassfilter erstellen, um die Bandbreite von OA1 zu begrenzen, sodass es nicht dasselbe wie IA1 ist, da dies ein wenig darüber spricht. R3 erhöht den Lastwiderstand für OA1 nur geringfügig, obwohl Sie den Ausgang von OA1 schließlich dazu bringen müssen, einen Transistor oder eine FET-Gegentaktstufe anzusteuern, um den gewünschten Strom zu erhalten, und das ist nicht mehr erforderlich.

Ich empfehle Ihnen, mit LTSpice herumzuschrauben, hier ist eine kleine Simulation, die ich zusammengestellt habe. Einige der Dinge, die Sie tun müssen:

  • Finden Sie heraus, wie Sie den Stromausgang erhöhen können. Dazu gibt es zwei Möglichkeiten:

    • Verwenden Sie einen Leistungs-Operationsverstärker für OA1, der 200 mA liefern und senken kann.
    • Treiben Sie einen MOSFET- oder BJT-Totem-Pole-Puffer (auch bekannt als Push-Pull-Puffer). Weitere Informationen finden Sie in dieser Frage und den entsprechenden Antworten.

  • Im Moment funktioniert dies nur für ~ +/- 0,5 V Antriebslast, was +/- 9/10 mA ergibt. Herauszufinden, wie R1/R2/R3 mit der Gesamtverstärkung der Schaltung spielen, ist etwas, woran Sie arbeiten müssen.

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