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Control de la resistencia del MOSFET mediante retroalimentación negativa

Quería utilizar el LM317 en un proyecto de fuente de alimentación pero quería controlar la tensión digitalmente o con voltaje. Una forma posible era cambiar una de las resistencias divisoras de tensión en el esquema de abajo, con algún dispositivo utilizado como resistencia controlada por tensión. enter image description here

Pensé en usar un MOSFET como resistencia controlada por voltaje, sin embargo, sabiendo que la región donde es lineal y de "resistencia" adecuada es bastante estrecha, pensé en usar un bucle de retroalimentación que controlara automáticamente el voltaje de puerta para proporcionar la resistencia necesaria. Se me ocurrió la siguiente configuración: enter image description here

U2 actúa como un buffer mientras que U3 compara la tensión en el nodo del pin de ajuste con la tensión establecida por V1, y emite su propia tensión de control en la puerta del FET. La simulación funciona perfectamente. Aquí está la salida del lm317 sondeada mientras barre V1 de 0 a 15 voltios. enter image description here Aquí está la respuesta transitoria cuando V1 se ajusta a 10 voltios. enter image description here Sin embargo, como era de esperar, no fue tan fácil. Cuando construí el esquema en una protoboard el circuito oscilaba bastante. Produjo una forma de onda triangular con frecuencia de alrededor de 15 KHz con Vpp de alrededor de 5 voltios con un voltaje de compensación aproximado del valor establecido por V1.

Entiendo que puede haber un montón de cosas que causen que un circuito de retroalimentación oscile, sin embargo, me gustaría saber qué se puede hacer para reducir este efecto o cómo ir a resolver tal problema.

Aunque no acabe usando este circuito en una fuente de alimentación me sigue gustando la idea de controlar los elementos no lineales con una retroalimentación para que se comporten exactamente como uno quiere.

Editar: ¡El circuito funciona ahora! Sin embargo, por razones que no entiendo completamente. Quité el amplificador de ganancia unitaria y cambié un MOSFET por un BJT (2n2222), y añadí una resistencia de 10K a su base. El circuito cambió un poco su comportamiento pero seguía oscilando significativamente. Después intenté introducir un condensador en algún punto del bucle. El circuito funcionaba perfectamente (500mV de ondulación a 10 Ohm de carga) con el condensador colocado entre la base y el colector del BJT como se muestra aquí: enter image description here

Ahora bien, me alegro de que el circuito funcione, sin embargo me cuesta encontrar una explicación de por qué ¿Alguien puede aportar alguna idea?

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Para controlar el voltaje de salida del LM317, puedes omitir las resistencias y alimentar tu voltaje de control directamente o a través de un tampón óptico al pin ADJ. El LM317 mantendrá la salida a 1,25 voltios por encima de esta tensión.

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En realidad lo he intentado pero el LM317 necesita tener una corriente mínima que fluya desde el pin ADJ para funcionar correctamente. Por eso decidí quedarme con algún tipo de divisor de voltaje, para extraer algo de corriente.

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Ya que estás dispuesto a añadir uno o más opamps y transitores, además de cambiar, por qué no implementar tu propio LDO con discretos, donde puedas controlar la tensión de referencia. O usar un JFET más "domesticable", no un MOSFET. Además, a menos que usted quiso decir, usted presionó A en LTspice, por eso muestra los anclajes de texto.

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ianb Puntos 659

Su sistema de retroalimentación son dos op-amps en cascada seguidos de un MOSFET. El primer op-amp es de ganancia unitaria y el segundo op-amp se utiliza como comparador. ¡El MOSFET tendrá una alta ganancia de voltaje porque la fuente está a 0 voltios y Vgain = Rd/Rs por lo que es alta! Además, la capacitancia de entrada del MOSFET (alrededor de 1 nF) probablemente hará que el op-amp conductor sea inestable también.

Esto causará inevitablemente problemas de estabilidad porque es bastante fácil hacer que un op-amp se vuelva inestable haciendo un complejo bucle de retroalimentación que implique un comparador extra y un transistor de alta ganancia.

Necesitas bajar la ganancia del bucle y esto podría conseguirse convirtiendo el comparador en un integrador no inversor. También puede intentar poner una resistencia en la fuente del MOSFET - un valor tan alto como pueda tolerar.

Desafortunadamente el LM358 (dispositivo de la vieja escuela) no tiene un gráfico adecuado de su margen de fase por lo que es difícil calcular los valores, pero para el integrador 10 kohm y 1 nF podrían funcionar, por lo que estaría tentado a deshacerse del op-amp de ganancia unitaria y alimentar "ADJ" directamente en un integrador inversor.

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Gracias, no había pensado en la ganancia del MOSFET. Voy a tratar de jugar con el integrador.

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Tendrá que ser simulado - no estoy 100% seguro del circuito pero definitivamente hay ejemplos en google images de usar un integrador para manejar un MOSFET para prevenir la oscilación/inestabilidad.

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ozmank Puntos 127

El LM317 regula utilizando un bucle de alta ganancia y un diodo de referencia de banda prohibida de 1,25v tal que Vo-Vadj=1,25x.

La buena noticia es que el resultado de tu paso de 10V es correcto 11,25x V dentro de las tolerancias.

Lo malo es que tu gm o RdsOn inverso es demasiado sensible .

Una mejor manera es utilizar un NPN y Rb elegido para dar un rango de Ic para reducir la salida a cerca de 2,5V con un poco de margen en el Op Amp Voh. Esto reduce la ganancia del bucle. A continuación, utilice un Radj fijo a tierra para limitar el voltaje de salida (op.) máximo.

Para obtener más margen de fase un pequeño C >Ciss por ejemplo 1nF en serie con otro 240 Ohm en paralelo con la retroalimentación R mejora la estabilidad del margen de fase.

Alternativamente cambiar Op Amp , U3 de un comparador a un OpAmp inversor lineal de menor ganancia añadiendo 2 resistencias por ejemplo 10k:1M

Razón : el diseño del comparador de un Op Amp es en realidad un integrador debido a la compensación interna en la zona lineal, reduciendo el margen de fase de 60deg (LM317 ideal) en 90 deg o -30 deg forzando la oscilación.

U2 es redundante.

Para eliminar la desviación de salida de 1,25 V, ésta debe dejarse tal cual o corregirse mediante el diseño.

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Gracias probaré a cambiar el comparador por un amplificador de baja ganancia, y quizás intente usar el NPN. Aunque no me importa mucho el offset.

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