Treiben induktiver Last mit MOSFET: N-Kanal vs. P-Kanal

Problem

Ich treibe eine induktive Last von einem Mikrocontroller mit einem MOSFET an. Ich habe einen Strommesswiderstand in Reihe mit der Last. Ich habe nicht viel Erfahrung mit Transistoren (hätte in der Schule mehr Aufmerksamkeit schenken sollen!), Deshalb versuche ich, die Schaltung sowohl mit einem NMOS- als auch mit einem PMOS-Transistor zu implementieren.

Das Problem besteht darin, dass sich die PMOS-Schaltung wie erwartet verhält, während sich die NMOS-Schaltung unregelmäßig verhält. Ich würde gerne wissen, was die Unterschiede verursacht.

P-Kanal-MOSFET

Hier ist die Schaltung mit dem P-Kanal-MOSFET. V1 ist ein 32-kHz-PWM-Signal mit 50 % Tastverhältnis. Da der Strommesswiderstand mit Masse verbunden ist, kann ich die Spannung einfach mit einem nichtinvertierenden Verstärker messen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Als Ergebnis der Simulation macht die Schaltung genau das, was Sie erwarten; die Spannung über dem Stromerfassungswiderstand folgt perfekt linear dem Strom in der Induktivität.

P-Kanal-Diagramm

N-Kanal-MOSFET

Hier ist die Schaltung mit dem N-Kanal-MOSFET. V1 ist ein 32-kHz-PWM-Signal mit 50 % Tastverhältnis. Der Strommesswiderstand ist nicht mit Masse verbunden, daher verwende ich einen Differenzverstärker, um die Spannung darüber zu messen.

N-Kanal

Datenblatt LT1677

Das Verhalten dieser Schaltung entspricht nicht meinen Erwartungen. Der Strom durch den Induktor ist viel niedriger als die PMOS-Topologie und V_SENSE ist ein Chaos.

N-Kanal-Diagramm

Hier ist eine vergrößerte Version mit dem enthaltenen PWM-Signal V1 (in ROT dargestellt).

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Fragen

  1. Warum ist der Strom durch die Induktivität in der NMOS-Schaltung halb so groß wie der der PMOS-Schaltung? BEARBEITEN: Schaltplan behoben, PMOS-Drain und -Source vertauscht
  2. Warum funktioniert der Differenzverstärker nicht wie erwartet? Ich vermute, dass R2 die Eingänge des Operationsverstärkers irgendwie mit Masse koppelt. Da R_SENSE "floating" ist, verursacht dies Probleme.
  3. Sie können meinen Diagrammen nicht entnehmen, aber in der NMOS-Schaltung ist der Strom durch die Induktivität viel lauter als in der PMOS-Schaltung. BEARBEITEN: Schaltplan behoben, PMOS-Drain und -Source vertauscht
In Ihrer ersten Schaltung haben Sie den P-MOSFET falsch angeschlossen. Du hast Drain mit Source vertauscht.
Beseitigen Sie den Diff-Amp, indem Sie den 0,1R zwischen N-MOS und Masse legen. Denken Sie nur an den Spannungsoffset und stellen Sie sicher, dass Ihr Gate-Treiber ausreichend ist.
@Chupacabras DOH! Das sagt mir, dass es Zeit ist, sich auszuruhen.
@Daniel Zwischen Quelle und Masse? Das ergibt für mich keinen Sinn, da bei ausgeschaltetem Transistor kein Strom durch R_SENSE fließen würde.
Siehe :-) ........ später ... ausgehen.
Quelle zu Masse OK, während FET eingeschaltet ist, solange Sie dann abtasten. I_inductor vor/nach dem Umschalten ist kontinuierlich.
Wie Bruce sagt - Sie überschreiten LT1677 Vcm - was je nach Qualität der Simulation ein Problem sein kann. Opamp Vcm befindet sich nur innerhalb der Schienen (variiert mit der Temperatur. Sie können tun, was Bruce sagt, oder (schlecht, aber praktikabel) Vin in jedem Bein durch einen kleinen Betrag teilen, um den CM-Bereich zu erreichen. Sagen Sie 10k von jedem OA-Eingang zur Erde.

Antworten (1)

Das "Rauschen", das Sie am Sense-Ausgang sehen, wird dadurch verursacht, dass die Eingänge des Operationsverstärkers ihren Gleichtaktbereich überschreiten. Aber wie kann das passieren, wenn der Operationsverstärker Rail-to-Rail-Eingänge hat?

Wenn der FET ausgeschaltet ist, versucht die Induktivität, jeden durch sie fließenden Strom aufrechtzuerhalten. Dazu erzeugt er eine Spannung, die über der Versorgungsspannung liegt. D1 begrenzt diesen Spannungsanstieg auf etwa 0,6 V, während Strom durch die Induktivität rezirkuliert wird. Während dieser Zeit werden die Eingänge des Operationsverstärkers auf etwa +12,6 V getrieben, 0,6 V über V+ (was sehr schlecht ist, da sie für ein absolutes Maximum von 0,3 V jenseits der Versorgungsschienen ausgelegt sind).

Um dieses Problem zu lösen, verlegen Sie den Messwiderstand an das andere Ende der Induktivität. Jetzt bleiben die Eingänge knapp unter 12 V und der Operationsverstärker sollte ordnungsgemäß funktionieren.

Das hat funktioniert! Danke auch für die Erklärung.
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