Werden für diesen spannungsgesteuerten Induktor des Operationsverstärkers Rücklaufdioden benötigt?

Ich verstehe die Notwendigkeit von Rücklaufdioden, wenn versucht wird, den Induktorstrom abrupt mit einem mechanischen Schalter zu ändern oder wenn ein BJT / MOSFET als Schalter verwendet wird.

Nehmen wir nun an, ich steuere (linear) die Spannung an einer Spule mit dieser Operationsverstärkerschaltung:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Es scheint mir, dass bei dieser Schaltung überhaupt keine Flyback-Diode benötigt werden sollte, selbst wenn wir uns vorstellen, dass der Operationsverstärker keine internen Dioden zwischen seinem Ausgangsanschluss und seinen Leistungsanschlüssen hat.

Nehmen wir an, die Schaltung ist bei Vin = 4 V konstant, sodass der Spulenstrom 6 A beträgt (von rechts nach links). Lassen Sie uns dann Vin auf 7 V setzen, was die gespeicherte Energie in der Spule verringern sollte. Meiner Meinung nach sollte der Operationsverstärker einfach den durch den unteren Transistor seiner Ausgangsstufe fließenden Strom mit einer Rate reduzieren, die dazu führt, dass die EMF der Spule am Ausgang des Operationsverstärkers zu 7 V führt (wenn Vin abgestuft ist, bedeuten 6 A bis R1). dass die rechte Seite von L1 auf 4 V liegt, sodass die induzierte EMF über L1 in diesem Moment die linke Seite 3 V höher als die rechte Seite machen würde). Diese Stromänderung endet dann, wenn 3A durch die Induktivität gehen.

Meine Frage ist: Ist mein Verständnis richtig und schreibt die Theorie vor, dass für diese Schaltung keine Flyback-Diode benötigt wird? Wenn ja, fehlt diesem vereinfachten Modell etwas, das in realen Anwendungen eine Freilaufdiode erfordern würde?

Beachten Sie, dass dies eher eine theoretische Frage ist, die darauf abzielt, mein Verständnis und mein mentales Modell von Operationsverstärkern zu verbessern. Daher sind Antworten nach dem Motto "Zur Sicherheit einfach eine Diode hineinwerfen" unnötig. Dies ist eine vereinfachte Version meiner tatsächlichen Schaltung, die über eine doppelte Versorgung verfügt und den Strom regelt (unter Verwendung eines Strommesswiderstands zwischen Induktor und Masse). Daher ist jede Erklärung willkommen, die eine Extrapolation auf komplexere Schaltungen ermöglicht.

Antworten (3)

Ich würde immer noch Dioden zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und beiden Versorgungsschienen hinzufügen.

Solche Dioden sind ohnehin bereits im Operationsverstärker vorhanden ( zum ESD-Schutz), aber Sie möchten diese Dioden nicht beschädigen, da Sie dann den Operationsverstärker ersetzen müssten.

Sie haben Recht, dass unter normalen Arbeitsbedingungen der Strom durch die Spule nicht unterbrochen wird (was die Ursache für die hohe schädliche Spannung ist), aber was ist, wenn Sie den Stromkreis ein- oder ausschalten oder ein Fehler in der Versorgung auftritt?

Ich würde also nicht das Risiko eingehen und nur in Sperrrichtung vorgespannte Dioden hinzufügen, um den Ausgang des Operationsverstärkers zu schützen. Ich würde schnelle Schottky-Dioden verwenden, die einen Durchlassstrom von 1 A verarbeiten können (dies ist nur meine Vermutung).

+1 für Anlauf- und Abschaltschutz. Designer vergessen das oft.

Wenn Sie versuchen, den Strom sofort von 6 Ampere auf 3 Ampere zu ändern, reagiert die linke Seite des Induktors so, dass der Strom bei 6 Ampere fließt (nur für kurze Zeit, bis die gespeicherte Energie irgendwo verloren geht). Die einzige Möglichkeit besteht also darin, eine Spannung zu erzeugen, die hoch genug ist, um Strom durch den oberen Transistor in Ihrer Gegentaktstufe im Operationsverstärker zu zwingen (oder einen Funken zu erzeugen).

Da dieser obere Transistor in beiden Szenarien nie absichtlich eingeschaltet wird, erzeugt der Induktor ziemlich augenblicklich eine immer größere Spannung, bis dieser Transistor zusammenbricht oder Sie irgendwo einen Funken bekommen.

Es scheint mir, dass eine Schutzdiode benötigt wird.

In dem mentalen Modell, das ich habe, versuche ich nicht, den Strom sofort zu ändern, sondern eher die Spannung. Ich stimme zu, dass, sobald der Operationsverstärker beginnt, den Strom zu begrenzen, die EMF der Induktivität die Spannung des Ausgangsnetzes des Operationsverstärkers erhöht, um zu versuchen, Strom durch den Operationsverstärker zu zwingen. Sobald dieses Netz jedoch 7 V erreicht, ist mein Gefühl, dass der Operationsverstärker "zurückfahren" und den Strom nicht weiter reduzieren sollte. (Dies geschieht dann unendlich oft, bis sich der Strom gemäß einem typischen RL-Diff.-Eq. auf 3 A eingependelt hat.) Übersehe ich etwas bezüglich des Verhaltens des Operationsverstärkers in diesem Szenario?
@GummiV es fällt auf deine alte Formel V = L di / dt. Wenn Sie den Strom allmählich ändern, ist die Spannung, die von der Induktivität erzeugt wird, die versucht, dieser Stromänderung entgegenzuwirken, gering. Wenn Sie versuchen, den Strom zu schnell zu ändern, ist diese Gegenspannung groß genug, um den oberen Transistor zu entzünden oder zu zerstören. Nein, sobald 7 Volt erreicht werden, kommen die Dinge NICHT ins Gleichgewicht und beruhigen sich nicht, da immer etwas Energie im Induktor verbleibt, aber wenn Ihr Treiber eine harte Nuss ist und bei 7 Volt klemmen kann, wird er wirken als Freilaufdiode.....
.... Ob es das tut, hängt davon ab, wie gut der Fahrer ist; Normalerweise testen / wissen die Leute dies nicht und verwenden eine Diode.
Vielen Dank. Es fühlt sich an, als würde mir noch etwas fehlen. Sie erwähnen "Strom zu schnell ändern", wenn ich das Gefühl habe, die Spannung zu ändern und den Strom auf einen Endwert "einpendeln" zu lassen (ähnlich wie beim Anschließen einer Induktivität an eine Spannungsquelle, außer hier I Ich reduziere den Strom, indem ich die Energie im Transistor des OA abführe). Das heißt, ich denke, dass der Operationsverstärker nach der Schrittänderung den di / dt-Teil effektiv so regelt, dass das Ausgangsnetz des Operationsverstärkers auf festen 7 V bleibt, bis sich der Strom von 6 A auf 3 A geändert hat (mit dem typischen L /R Zeitkonstante).
Wenn Ihr Treiber die Fähigkeit hacken kann, die Spannung aufrechtzuerhalten, wird er es tun. Sie müssen bedenken, dass ich versuchen muss, in Ihre Gedanken einzudringen, und manchmal können die Antworten ein wenig hin und her schwanken, aber wenn der Treiber damit umgehen kann, einen Strom in den oberen Transistor zu leiten, wenn er normalerweise nur Strom fließen würde, sollte es in Ordnung sein.

Wenn Sie eine diskrete Gegentaktschaltung haben, benötigen Sie häufig keine Rücklaufdioden, aber der Einbau schadet nicht, und wenn Sie den (möglicherweise integrierten Schaltkreis) Verstärkerausgangsabschnitt des Verstärkers nicht analysieren können, um sie zu bestimmen nicht erforderlich sind , ist dies eine gute (und kostengünstige) Vorgehensweise. In diesem Fall können Sie nur Strom aufnehmen, daher wäre eine Diode zur +10-Versorgung erforderlich. Eine Schottky-Diode ist viel sicherer als eine normale Diode, da wenig Strom durch interne Übergänge fließt, wenn die Schottky-Diode parallel leitet. Strom, der durch interne Verbindungen fließt, kann Probleme verursachen, die schwer vorhersehbar sind.

Beachten Sie, dass Sie sich dennoch Sorgen machen müssen - wenn eine solche Diode (oder ein Äquivalent) vorhanden ist und die 10-V-Versorgung plötzlich getrennt wird, kann das zusammenbrechende Feld dazu führen, dass die Versorgungsspannung für den Chip auf einen ausreichend hohen Pegel ansteigt, um ihn zu beschädigen des Chips (je nach Buskapazität etc.). Daher kann ein Zener oder ein TVS, der die Energie in der Spule absorbieren kann, eine gute Idee sein - legen Sie ihn von +10 auf Masse oder vom Verstärkerausgang auf Masse.

Werden für diesen spannungsgesteuerten Induktor des Operationsverstärkers Rücklaufdioden benötigt?
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