Проектування * лінійної * стадії драйвера MOSFET

Я шукаю схему драйверів MOSFET, яку можна розмістити між підсилювачем та силовим MOSFET для роботи транзистора як лінійного підсилювача (на відміну від комутатора).

Фон

Я розробляю електронну схему навантаження, яка повинна мати можливість крокувати навантаження приблизно за 1 мкс. Найважливіший розмір кроку - невеликий, скажімо, 100mA, хоча, коли я це опрацюю, я, мабуть, хотів би також досягти великої швидкості кроку сигналу в 2,5A / мкс. Він повинен вміщувати джерела від 1 до 50 В, струми від 0 до 5А, і він зможе розсмоктатися близько 30 Вт.

Ось як виглядає схема в даний час. З моменту появи в попередніх запитаннях я замінив MOSFET найменшим ємнісним пристроєм, який мені вдалося знайти (IRF530N -> IRFZ24N), і перейшов на досить широку пропускну здатність, високу швидкість руху низької швидкості (LM358 -> MC34072) під час перебування на території желе-бобів. В даний час я використовую коефіцієнт посилення близько 4 на підсилювачі для стабільності, що дає мені смугу пропускання в районі 1 МГц. Подальша інформація нижче для всіх, хто цікавиться.

Проблема

Хоча схема працює досить добре, проблема тепер полягає в тому, що стабільність є, ну, не стабільною :) Вона не коливається чи нічого подібного, але крок відповіді може варіюватися від перекриття (без перекриття) до досить заниженого (20% простріл, три удари), залежно від завантаженого джерела. Більш низькі напруги та резистивні джерела є проблематичними.

Мій діагноз полягає в тому, що додаткова вхідна ємність MOSFET чутлива як до напруги завантаженого джерела, так і до ефекту Міллера, що виробляється будь-яким опором джерела, і що це фактично створює "блукаючий" полюс від підсилювача взаємодія з джерелом залежності MOSFET.С г а т $R_o$$C_{gate}$

Моя стратегія рішення полягає в тому, щоб запровадити драйвер між операційним підсилювачем та MOSFET, щоб представити набагато нижчий вихідний опір (опір) до ємності затвора, що приводить мандрівний полюс до діапазону в десятки або сотні МГц, де він не може зробити будь-яку шкоду.

Під час пошуку ланцюгів драйверів MOSFET в Інтернеті, я вважаю, що, здебільшого, я маю на увазі, що хочеться максимально швидко ввімкнути або вимкнути MOSFET. У своїй схемі я хочу модулювати MOSFET у своїй лінійній області. Тож я не знаходжу цілком потрібного мені розуміння.

Моє запитання: "Яка схема драйвера може бути придатною для модуляції електропровідності MOSFET в її лінійній області?"

Я бачив, як Олін Летроп згадував в іншому дописі, що він час від часу використовує простий послідовник випромінювачів для чогось подібного, але повідомлення про щось інше, тому це була просто згадка. Я імітував додавання послідовника випромінювачів між підсилювачем і воротами, і це фактично творило чудеса для стабільності підйому; але падіння пішло все на хек, тому я рахую, що це не зовсім так просто, як я міг би сподіватися.

Я схильний думати, що мені потрібно щось приблизно, як допоміжний підсилювач BJT push-pull, але очікую, що є нюанси, які відрізняють драйвер MOSFET.

Чи можете ви накреслити приблизні параметри схеми, яка може зробити трюк у цьому випадку?

Подальша інформація для зацікавлених

Спочатку схема була заснована на електронному навантажувальному наборі Jameco 2161107, нещодавно відміненому. Зараз у шахти приблизно на 6 менше деталей, ніж у її первинному доповненні :). Мій поточний прототип виглядає так для тих, хто, як і я, зацікавлений у такій речі :)

Джерело (як правило, джерело живлення, що випробовується) підключено до гнізда банана / прив'язуючих стовпчиків спереду. Перемичка зліва від друкованої плати вибирає внутрішнє або зовнішнє програмування. Ручка зліва - це 10-ти поворотна каструля, що дозволяє вибирати постійне навантаження між 0-3А. BNC праворуч дозволяє довільній формі хвилі керувати навантаженням на рівні 1A / V, наприклад, квадратною хвилею для навантаження навантаження. Два світло-блакитних резистора містять мережу зворотного зв’язку і знаходяться в оброблюваних розетках, щоб дозволити змінювати посилення без пайки. В даний час пристрій працює від однієї осередку 9В.

Кожен, хто хоче простежити мої кроки навчання, знайде чудову допомогу, яку я отримав від інших членів тут:

• Чи корисно коли-небудь додати конденсатор між вхідними підсилювачами?
• Обчислення значення резистора затвора для підвищення стійкості активних областей
• Як перевірити стабільність підсилювача?
• Чому LTSpice не передбачає цього коливання підсилювача?
• Що можна зробити з частоти, коли коливається підсилювач?
• Чому менший крок показує нестабільність краще?
• Як визначити для підсилювача?$R_o$
• Чи забезпечує цей Шоткі тимчасовий захист MOSFET?
• Чому 60% перевищення з 55-кратним фазовим запасом?
• Як я можу виміряти ємність воріт?

Я повністю вражений, що такий простий проект, як такий, був настільки багатим мотиватором до навчання. Це дало мені нагоду вивчити досить багато тем, які були б настільки сухими, якби це було зроблено без конкретної мети в руці :)

Це справді цікава проблема, оскільки зміна ефективної ємності навантаження з опором навантаження через містера Міллера, і ваша потреба не надмірно компенсувати її.

Я підозрюю, що упереджений драйвер виходу BJT буде працювати нормально - можливо, 4 невеликих BJT (2 підключені як діоди), кілька резисторів зміщення плюс, можливо, пара Ом кожного з виродження випромінювача.

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Якби я робив це, я був би спокушений кинути б'єфер, але все-таки досить недорогий підсилювач на нього, такий як LM8261 .

Звіт про результати

Гаразд, коротка історія така: додавання дискретного буфера працювало! Сказавши це, я не думаю, що я буду конструювати свою схему таким чином, скоріше я перейду з рекомендаціями @Spehro і @WhatRoughBeast і просто використаю підсилювач з більш високою потужністю вихідного струму, в основному будуючи буферну стадію правильно в підсилювач.

Ось схема, яку я використав. Досить схожий на той, який надали @Spehro, але насправді саме той, що знаходиться в LH0002, який рекомендував @gsills. В основному він використовував абсолютно однакові частини (значення зміщення резистора 5k замість 1 к) лише декілька різних з'єднань, і ... в аркуші сказано, що схема має посилення струму 40000 ; ну, моя жадібність до набору повністю перейняла, і я вирішив перейти на двоступеневу версію:

Це чудово імітувало, тому я створив його на 5х7 бітовій вероборді та встановив її як дочірню дошку на своєму прототипі:

І вуаля! досить проклятий близько до 1 мкс підйому (1.120 мкс) і твердий, як скеля, без перекриття на всьому шляху від трохи вище 0В до 30В та поточних кроків від 100mA до 2.5A.

Падіння трохи довше на 1,42 мкс:

$Q$$R_o$ Операційного підсилювача допомагає і рішення.

Тож це був безумовно багатий досвід навчання. Нарешті я дійсно отримав свою голову, обернуту навколо підсилювальних підсилювачів BJT, і я дуже задоволений роботою схеми зараз. Я думаю, що я можу опуститися нижче 1 мкс, налаштувавши коефіцієнт підсилення, щоб отримати трохи більше пропускної здатності, можливо, виграш 3 замість 4.

З цього приводу, я не думаю, що додавання дискретного драйвера до схеми "виробництво" є найкращим варіантом, тому я замовив комісію з оцінки та зразки LM8261 @Spehro, які рекомендували. Це, безумовно, вражаючий підсилювач. Я не знав, що існує таке поняття як підсилювач, який міг би керувати "необмеженою ємністю". Лист даних показує схему, що веде 47nF, що більше, ніж мені колись знадобиться.

Тож ми побачимо, як це відбувається після того, як деталі прибудуть :)

Хоча я, як правило, погоджуюся зі Спехро, є кілька речей, на які я думаю, вам варто звернути увагу.

По-перше, ВИ МОЖЕТЕ додати деяку розв'язку до своєї лінії електропередач. 9-вольтовий акумулятор не буде мати потрібну продуктивність. Спробуйте близько 10 мкФ танталу як можна ближче до підсилювача. З малюнка виглядає так, ніби може бути електролітик, який виконує цю функцію, але ви не показуєте це на своїй схемі. Ще краще, отримайте 12-вольтовий (бажано лінійний) блок живлення і повністю відмовтеся від акумуляторів. (Вам все одно знадобиться роз'єднання, на увазі, але принаймні вам не доведеться турбуватися про розряджання акумулятора.)

По-друге, спробуйте підключити ваш об'ємний заземлення до заземленої сторони силових резисторів, а не до вхідного проводу. Це не повинно мати великої різниці, але все-таки це гарна ідея.

По-третє, Spehro занадто лагідний - ваш підсилювач не буде робити те, що ви хочете. По-перше, час його осідання вказано як 1,1 Usec до 0,1%, і це без зовнішніх етапів. По-друге, ваш затвор забезпечує навантаження 370 пФ, і це, швидше за все, є джерелом нестабільності. З номінальним часом відстоювання 400 нсек, особливо із заданим навантаженням 500 пФ, LM8261 є набагато кращим вибором. Однак обережність - ширша пропускна здатність LM8261 дозволить отримати можливість іншого джерела коливань, тому будьте готові. Макет вашого ПК виглядає досить щільно, що це не повинно бути проблемою, але ви ніколи не знаєте.

По-четверте, якщо ви справді сподіваєтесь навантажувати 50 вольт на 5 ампер, ви повинні відмовитися від розсіювання 250 Вт. 30 Вт - це просто бажання. Для цього майже напевно знадобляться кілька FET та набагато більший радіатор, можливо, при примусовому охолодженні повітря.

Лише пропозиція ... Я шукав заміну LM8261, в пакеті SOT23-5, щоб запустити такі лінійки, як IXTN90N25L (23nF Ciss), в лінійному режимі. Знайдено LM7321 з ще більшим номіналом вихідного струму та подібною пропускною здатністю, як LM8261. Звичайно, знявши обмеження SOT23-5, ви можете знайти інші вищі вихідні струми змінного струму, просто використовуйте вибір ti.com.

Послідовники випромінювачів відомі коливанням з ємнісними навантаженнями на кабель. Невеликий ряд R може зробити його стабільним.

Я б почав з наклеювання конденсатора на резистор зворотного зв'язку R10. Потім додаємо дільник резистора для мусфета з метою зміщення мосфета, коли він починається в лінійній (триодної) області.

Я маю на увазі це: надзвичайно багато opamps коливаються без конденсатора для обмеження пропускної здатності в циклі зворотного зв'язку. Я особисто вважаю це обов'язковим частіше, ніж ні.

Якщо мосфет починається у своїй лінійній області, у підсилювача є можливість хорошої вихідної точки, де він може повільно реагувати на зміни, а не раптово досягаючи напруги порогу. Просто зробіть опір великим.

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}