Steuerung des Stroms durch eine Induktivität mit niedrigem Wert

Ich habe eine Induktivität in der Größenordnung von 1 uH, deren Strom ich mithilfe eines PWM-Signals mithilfe einer Schaltung wie dieser regeln möchte:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Wo ich einen Mikrocontroller habe, der die 1-MHz-Rechteckwelle erzeugt, die normalerweise ein PWM-Signal wäre.

Nach meinem Verständnis sollte das PWM-Tastverhältnis vielleicht 1/10 oder weniger der L / R-Zeitkonstante betragen (in diesem Fall beträgt die L / R-Zeitkonstante 10 Mikrosekunden). Obwohl meine Schaltung diese Anforderung erfüllt, ist der Strom, der in dieser Simulation durch die Induktivität fließt, sehr zackig, etwa so:

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Wenn ich die PWM-Frequenz auf 10 MHz erhöhe, ist das Signal immer noch gezackt (was ich erwarten würde), aber die Amplitude des Stroms über die Zeit ist viel kleiner, was ich will.

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Frage Abgesehen von einem schnelleren PWM-Signal (nicht wirklich eine Option ... meine MCU ist nur so schnell) oder einer Induktivität mit niedrigerem ESR (auch ziemlich hart), was sind meine Optionen, um dies zu erreichen?

Gibt es programmierbare Stromquellen-ICs, die die Arbeit für mich erledigen würden? Könnte ich einen DAC + Operationsverstärker verwenden und mich auf den ESR der Induktivität verlassen?

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Die Verwendung eines 47-uF-Kondensators mit der Lösung von Dmitry Grigoryev gibt mir einen Stromausgang, der dem, was ich will, viel näher kommt. Der Strom muss nicht sehr schnell moduliert werden, daher funktioniert die Verwendung eines Kondensators mit höherem Wert für mich gut, und ich kann meine PWM-Frequenz auf 180 kHz senken, was meine MCU erzeugen kann.

Dies ist ein Stromdiagramm, das mit einem 180-kHz- und einem 47-uF-Kondensator erzeugt wurdeGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich frage mich immer noch, ob eine Art Operationsverstärker + BJT-Lösung völlig dumm wäre oder nicht.

Geh einen Schritt zurück ! Sie sagen, dass der Strom, der in dieser Simulation durch den Induktor fließt, sehr gezackt ist, dann sage ich, dass das zu erwarten ist . Denken Sie jetzt noch einmal darüber nach, was in Ihrer Schaltung passiert, und beziehen Sie das auf das, was passieren soll.
1 uH Induktor lädt (magnetisch !) Sehr schnell auf, da es sich um einen so kleinen Wert handelt. Ein 1-MHz-MCU-generiertes PWM-Signal ist dafür nicht sehr gut geeignet. Versuchen Sie es erneut mit 100 uH.
Ich verstehe vollkommen, dass es sehr schnell magnetisch aufgeladen wird, aber ich hatte den Eindruck, dass die PWM-Artefakte im Induktorstrom sehr groß sein werden, solange meine PWM-Frequenz etwa um den Faktor 10 niedriger ist als meine L / R-Zeitkonstante untere.
Mit 100uH kann ich es jedenfalls nicht mehr versuchen :). Der Induktor, den ich regulieren muss, ist 1uH.
Vielleicht möchten Sie die Verlustleistung im MOSFET mit Ihrer Edit-Schaltung simulieren.
Wäre es sinnvoll, wenn der n-MOSFET auf der niedrigen Seite der Schaltung wäre?
@ Bradman175 Ich denke, das ist ein P-Mosfet?
@johnny_boy oh mein übel.

Antworten (4)

Fügen Sie Ihrer Schaltung parallel zur Induktivität einen Kondensator hinzu:

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Wählen Sie den Kapazitätswert so, dass die Resonanzfrequenz Ihres LC-Kreises viel niedriger als die PWM-Frequenz, aber viel höher als die Frequenz der Stromschwankungen ist, die Sie erzeugen möchten. Auf diese Weise stören die Resonanzeffekte das Signal, das Sie zu erzeugen versuchen, nicht wesentlich.

Wenn dies eine reale Schaltung und nicht nur eine Simulation sein soll, müssen Sie wirklich sowohl den ESR als auch die Eigenresonanz des Kondensators berücksichtigen. Der von diesem Kondensator gelieferte Welligkeitsstrom liegt in der Größenordnung von Ampere. Ich bin mir ziemlich sicher, dass solche Kondensatoren deshalb fast nie bei der PWM-Motorsteuerung verwendet werden (Motoren sind große induktive Lasten).
@DaveP Ja, diese Parameter müssen berücksichtigt werden. In Bezug auf die PWM-Motorsteuerung denke ich, dass dort keine Kappen verwendet werden, hauptsächlich weil sie nicht benötigt werden, Motoren kümmern sich nicht um Welligkeit.

Ein einfacher Ansatz besteht darin, einfach einen geeigneten Induktor (z. B. 10 uH oder 20 uH) in Reihe mit dem zu schalten, den Sie steuern möchten.

Die beiden Geräte zusammen verhalten sich elektrisch wie ein 11- oder 21-uH-Induktor, und der Strom durch Ihren 1-uH-Induktor ist viel gleichmäßiger.

Ich denke, die aktuellen Wellenformen stimmen mit dem überein, was Sie von Ihrer Schaltung erwarten würden. Mit der Standard-Induktorgleichung:

D ich D T = v L = 3.3 1 × 10 − 6 = 3.3 × 10 6 A S − 1

Sobald Ihre Schaltung einen stabilen Zustand erreicht hat, beträgt die Stromänderung über einen einzelnen Zeitraum von 0,5 us ungefähr 1,3 A, was in der gleichen Größenordnung liegt wie die erwartete Änderung:

0,5 × 10 − 6 × 3.3 × 10 6 = 1,65 A

Danke für die Erklärung ... macht Sinn. Ich fühle mich jetzt etwas doof! Ich suche jedoch immer noch nach einer Standardtechnik zur Regulierung dieses Stroms. Zumindest verstehe ich jetzt etwas besser, warum PWM wohl nicht das richtige Werkzeug ist, auch wenn die L/R-Zeitkonstante oberflächlich zu klappen scheint.
Ich habe mich in den letzten zehn Jahren in der Welt der Elektrotechnik ziemlich dumm gefühlt. Sich dumm fühlen mit gelegentlichen Lichtblicken des Verstehens.
Das macht uns zu zweit :). Es ist schwierig, ein Computeringenieur in EE-Projekten zu sein.

Ich nehme an, Sie haben nicht bemerkt, dass der Induktor gesättigt ist, dh er kann seine gespeicherte Energie nicht auf 0 entladen, wodurch sein Gleichstromanteil letztendlich so hoch ist. Die PWM ist absolut das Richtige, wenn nur die Schaltung eine Rückkopplungsschleife hat und das Tastverhältnis je nach Fehler variieren kann. (dh Differenz: gesehen - erwarteter Strom). Aber wenn die PWM-Leistung die ganze Zeit konstant ist, gibt es nichts zu sagen als: dumme Schaltung -> dumme Ergebnisse.

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