Transistorschalten statt linear wirken

Ich verwende einen Darlington-Transistor (MFG6388GOS) als steuerndes Element für einen Stromregler. Der Regler hat eine Schwingung, die ich auf die Transistorschaltung eingegrenzt habe.

Ich möchte, dass der Transistor als linearer Gleichstromverstärker arbeitet, aber er oszilliert nur ein-aus und steuert den Strom mit dem Arbeitszyklus. Der Transistor hat eine sehr hohe DC-Verstärkung, was Teil des Problems sein kann.

Gibt es eine Schaltungskonfiguration, die den Transistor dazu zwingt, linear zu arbeiten?

Wenn die hohe DC-Verstärkung das Problem ist, wie würde ich die richtige Höhe der Verstärkung herausfinden?

Schema

Gelb ist das Steuersignal an die Transistorbasis

Blau ist Vce. (Niedrig bedeutet, dass der Transistor Strom senkt und die Induktivität auflädt)

Das Hoch-Runter-Rampen des Steuersignals ist auf die Lade-Entladezeit des Induktors zurückzuführen.

Gelb ist das Signal an die Transistorbasis. Blau ist Vce

Jede Hilfe ist willkommen

Haben Sie darüber nachgedacht, es einfach durch ein gewöhnliches BJT zu ersetzen?
Habe ich nicht, ich werde morgen eine von der Arbeit mitnehmen müssen. Aber das führt zurück zu der Frage, woher man weiß, was zu viel Gewinn ist. Vielleicht etwas mit der Transistorempfindlichkeit im Vergleich dazu, wie viel Rauschen dem System innewohnt?
Sind Sie sicher, dass Ihre Schaltung eine negative (stabile) Rückkopplung hat? "Current Feedback Controller" ist eine invertierende Schaltung, der Darlington ist ein Inverter und der Stromsensor ist nicht invertierend. Also für mich sieht es nach einem positiven Feedback aus. Haben Sie versucht, die Polarität am Stromsensor zu vertauschen?
Das ist es definitiv nicht. Wenn das Signal zum Darlington hoch ist, ist die Spannung am Messwiderstand hoch, es wirkt nicht wie ein Wechselrichter.
Ihr Problem ist wahrscheinlich, dass der Darlington langsam ist und Sie außerdem 3 Operationsverstärker in Reihe in der Schleife haben. Sie sind wahrscheinlich weit außerhalb des Phasenspielraums, Sie haben einen Oszillator gebaut. Ich würde versuchen, dies mit LTSpice oder ähnlichem zu simulieren, mit Modellen für diese Operationsverstärker und den spezifischen Transistoren, die Sie verwenden. Das Hoffen und Herumstochern mit Hardware ist fast garantiert, dass Sie in Schwierigkeiten stecken bleiben. Im Allgemeinen wollen Sie in einer Schleife alles schnell, mit einer langsamen Sache, um es zu stabilisieren, das ist der einfache Weg. Sie können es auf andere Weise tun, aber dann müssen Sie wissen, was Sie tun.
Ja, als ich es zum ersten Mal zusammenbaute, oszillierte es wie verrückt. Das lag daran, dass die von mir verwendeten OPAMPs langsam waren (0,08 V/us). Als ich sie durch schnellere (22v/us) ersetzte, funktionierte es viel besser. Also, in diesem System ist die langsame Sache der Induktor. Ich habe das Steuersignal gegen den Spulenstrom überprüft und sie sind in Phase. Meine LTspice-Simulation funktioniert, außer dass ich keinen Darlington in der Simulation verwende ... Denken Sie daran, dass der Controller funktioniert, er hat nur eine Schwingung von ~ 2 kHz, die ich zu beseitigen versuche.
Ok, jetzt bin ich überzeugt, dass es daran liegt, dass der Darlington zu empfindlich ist. Wenn ich verschiedene Teile in der Schleife mit Kondensatoren verlangsame, verlangsamt dies nur die Schwingung. Das heißt, der Darlington pingt immer noch ein und aus, nur die Geschwindigkeit des Feedbacks ändert sich.
Ja, mein Fehler. Dann haben Sie wirklich ein allgemeines Problem mit der Stabilität der Steuerung, da die Gesamtverstärkung zu hoch ist und die induktive Last die Signalphase bis zu dem Punkt verschiebt, an dem die Rückkopplung positiv wird. Mit dem richtigen Modell für die Last und der vollen Verstärkung von Darlingtones sollte LTspice dieses Problem sofort erkennen. Die schlechte Rückkopplung kann auch von einer falschen Erdung des gesamten Designs herrühren: Vermeiden Sie die gemeinsame Nutzung von Hochstrom-Erdung mit Erdungen für OpAmps.
Möglicherweise ist der CM-Fehler bei den Stromerfassungs-Operationsverstärkern größer als der lineare Bereich des Darlington. Sie können auf der Oszilloskopaufnahme sehen, wo der Transistor einschaltet (blau) und die Steuersignalspannung hochspringt.

Antworten (2)

Legen Sie einen großen Kondensator (Cbig) über R41, um die Rückkopplung zu verlangsamen. Dies sollte die Schaltung stabilisieren und die Messung der DC-Verstärkung erleichtern. Wenn es es nicht stabilisiert, ist vielleicht die Polarität der Rückkopplung falsch.

Um die Niederfrequenzverstärkung und die Polarität der Rückkopplung zu messen, trennen Sie die linke Seite von R42 und schließen Sie R42 an einen Niederfrequenz-Funktionsgenerator (oder eine einstellbare Spannung) an. Der geregelte Strom sollte der Spannung folgen. Messen Sie die Schleifenverstärkung am Ausgang des rückgekoppelten Differenzverstärkers. Die Niederfrequenz-(DC)-Verstärkung der Schaltung muss niedrig genug sein, dass alles vom dominanten Pol bei einer Frequenz abgerollt werden kann, die niedrig genug ist, dass die anderen Teile der Rückkopplungsschleife nicht zu langsam sind.

Aus den Werten in der Schaltung sieht es so aus, als ob die Induktivität die dominante Polfrequenz einstellt. Das ist nicht völlig unmöglich, aber es kann schwierig sein. Wenn der Induktor keinen stabilen Wert hat, nicht linear ist oder eine große Kapazität hat, wird es schwierig sein, ihn zu steuern.

Eine Möglichkeit, die Verwendung des Induktors als dominanten Pol zu vermeiden, besteht darin, die Frequenz des dominanten Pols mit Cbig einzustellen. Fügen Sie Cbig einen Vorwiderstand hinzu, um eine Null zu erzeugen. Verwenden Sie diese Null, um den durch die Lastinduktivität verursachten Pol aufzuheben. Siehe Current-Mode Control Theory für Einzelheiten zu diesem Entwurf. Diese Art von Null wird in Schaltnetzteilen verwendet, und das gleiche Konzept funktioniert in einer linearen Schaltung.

+1. Ich glaube immer noch, dass LTspice in der Lage sein sollte, alle Feinheiten dieser Übertragungsfunktion aufzudecken. Ich bin mir nicht sicher, warum OP das Tool nicht in vollem Umfang nutzt. Auch schlechtes Feedback durch unsachgemäße Masseführung und/oder Stromschienen kann viel dazu beitragen.
Nur zur Verdeutlichung: Dieser Stromregler IST STABIL und kann vollständig phasengleich mit einem Steuersignal von ~100 Hz moduliert werden. Es ist Teil einer funktionierenden Magnetschwebebahn. Das Problem ist, dass der Strom abgehackt ist, da der Transistor nicht linear arbeitet. Außerdem FUNKTIONIERT es PERFEKT auf LTSPICE, wenn das Nicht-Darlington verwendet wird, das mit den Standardkomponenten geliefert wird. Schlechte Masse kann möglicherweise der Schuldige sein ... Ich habe darauf geachtet, die Hochstromspuren vom Steuerteil zu trennen, als ich die Platine ausgelegt habe. Aber auf dem Oszilloskop können Sie sehen, wie das Steuersignal (gelb) hochspringt, wenn der Transistor einschaltet, klassisches Symptom
Das Verlangsamen der Rückkopplung schien es noch schlimmer zu machen, aber ich werde den Artikel durchgehen, um zu sehen, wie und warum sie einen Kondensator verwendet haben, um den dominanten Pol und nicht die Induktivität einzustellen. Ich bestelle auch einen Nicht-Darlington-Transistor
Für Cbig denke ich an etwas Großes, zum Beispiel 100uF. Sobald die Schleife geöffnet ist, sollte sie aufhören zu oszillieren, und Sie können die DC-Verstärkung überprüfen. Wenn es bei offener Schleife oszilliert, liegt ein anderes Problem vor, z. B. ein schlechtes Layout, das zu einer Transistorinstabilität führt.

Gelöst.

Einer der OPAMPs war beschädigt und verhielt sich nicht richtig.

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