Probleme mit Über-/Unterschwingen in spannungsgesteuerter MOSFET-Stromsenke

Ich bin dabei, eine elektronische Last zum Testen von Batterien zu entwerfen. Ziel ist es, den Laststrom im Bereich von 0 - 10 A mit einem 0 - 1,2 V Signal von einem DAC zu steuern.

Für einfache Berechnungen und die Verwendung gängiger Widerstandswerte wurde ein 12-mΩ-Shunt gewählt. Das Problem besteht darin, dass in der aktuellen Konfiguration ein großes Überschwingen/Unterschwingen auftritt, wenn der Eingang mit einer Rechteckwelle angesteuert wird.

Wenn ich die Verstärkung des Strommessverstärkers von 10 auf 2 reduziere oder den Wert des Shunts verringere, verschwindet das Problem. Ich würde es vorziehen, das nicht zu tun, weil ich dann ein Steuersignal mit niedrigerer Spannung verwenden müsste, was nicht ideal ist.

Ist es möglich, diese Schaltung zu stabilisieren und gleichzeitig die Stromerfassungsverstärkung von 10 und den Shunt-Wert von 12 mΩ beizubehalten?

Ich habe unten ein Schema und eine Beispielwellenform angehängt. Die blaue Kurve stellt die Steuerspannung dar, die grüne Kurve den Strom.

Schema

Wellenform

Beachten Sie auch die Wirkung von C1. Als Kondensator (wenn auch ein kleiner Kondensator) kann sich die Spannung daran nicht sofort ändern. C1 erzeugt also eine Phasenverschiebung oder Verzögerung zwischen der Änderung des erfassten Stroms (Spannung aus U4) und der Änderung des MOSFET-Gates. Diese Verzögerung verschlimmert zusammen mit der Verzögerung der LTC2050 die Spitzen.
Leider ist C1 für die Schaltungsstabilität notwendig. Ich werde versuchen, mit anderen Werten zu experimentieren und tiefer in andere Methoden zur Stabilisierung dieser Schaltung einzutauchen. Ohne sie schwingt der Ausgang aufgrund der Gate-Kapazität ständig.

Antworten (2)

Ich denke, Ihre Erwartungen sind vielleicht etwas naiv. Ihre Eingabe ändert sich nahezu augenblicklich und aus diesem Grund ändert sich auch die Ausgabe von U1 ziemlich augenblicklich. Die Rückkopplung des Ausgangsstroms durch den 12-mΩ-Widerstand braucht dann Zeit, um durch die Schaltung von U4 und dann durch die an den invertierenden Eingang von U1 angelegte Integration zu fließen. Dies alles führt zu einer erheblichen Verzögerung, die einen Zeitraum ermöglicht, der einfach nicht stabil gehalten werden kann.

Das ist genau das, was Sie auf Ihren O-Scope-Aufnahmen sehen.

Wenn Sie ein viel schnelleres Gerät als den LTC2050 an der Position von U4 verwenden würden, würden sich die Dinge verbessern, aber am Ende des Tages verlangen Sie viel, dass der Ausgangsstrom schrittweisen Änderungen der Eingangsbedarfsspannung ohne Überschwingen folgt.

Denken Sie also, dass das Platzieren eines einfachen RC-Filters vor dem Eingang von U1, um abrupte Änderungen der Steuerspannung zu beseitigen, eine praktikable Lösung wäre?
Das maskiert das Problem, aber wenn das für Sie funktioniert, ist es eine gute praktische Lösung @MMaz
Wenn ich das richtig verstehe, ist diese Schaltung grundlegend fehlerhaft und es gibt keine Möglichkeit, diese Unter- / Überschwinger zu beseitigen, ohne das Design der Rückkopplungsschleife zu ändern?
Wenn Sie schnelle Flanken an den Eingang anlegen, wird der Ausgang überschwingen. Jede Operationsverstärkerschaltung, die einen anderen Operationsverstärker in ihrer Rückkopplungsschleife verwendet, neigt dazu, dieses Problem zu haben. Dies wird durch Reduzieren der Eingangs-BW (wie von Ihnen vorgeschlagen) oder durch Beschleunigen des Rückkopplungssignals (unter Verwendung eines viel schnelleren Operationsverstärkers in U4-Position) @MMaz gemildert
Danke fürs klarstellen. Die Verwendung eines schnelleren Operationsverstärkers ist hier nicht wirklich eine Option, da ich so niedrige Vos wie möglich benötige – das Signal von U4 wird auch (über einen Puffer) zu einem ADC zum aktuellen Lesen geleitet – und sogenannte Null-Offset-Operationsverstärker sind ziemlich langsam in Bezug auf Anstiegsrate und GBP.

Versuchen Sie es mit einem herkömmlichen Operationsverstärker anstelle des LTC2050.

Der LTC2050 ist ein Chopper-stabilisierter "Zero-Drift"-Verstärker.

Dieser Verstärkertyp eignet sich hervorragend, um sehr niedrige Offsets zu erhalten, hat jedoch einige Nachteile.

Insbesondere ein Manko, das mich in der Vergangenheit gebissen hat, ist, dass es viele Millisekunden dauert, um aus der Sättigung zu kommen. Wenn der Verstärker während der Änderungen der Steuerspannung in die Sättigung geht, kommt der Verstärker möglicherweise nicht sauber aus der Sättigung heraus.

Siehe Scope-Trace „Input Overload Recovery“ unten rechts auf Seite 7 des Datenblatts. Die Wiederherstellung dauert etwa 2 ms.

LTC2050 Datenblatt

Ich muss dieses Verhalten übersehen haben, wenn es darum geht, Chopper-stabilisierte Operationsverstärker zu übersteuern - danke für den Hinweis. Ich werde versuchen, U1 durch einen herkömmlichen Verstärker zu ersetzen.
@MMaz - es gibt eine Spur im Datenblatt - unten auf Seite 7.
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