Amplificador de potencia de clase B que utiliza solo Nch FET

Estoy construyendo un regulador lineal combinado/carga electrónica. Cuando la salida es más baja que el suministro, Q3 actúa como un regulador lineal y cuando la carga intenta bombear energía hacia el otro lado, Q6 actúa como una carga electrónica. Es básicamente la etapa de salida de un opamp. Me gustaría seguir usando solo mosfets Nch para Q3 y Q6 en lugar de las combinaciones Pch/Nch que veo en casi todos los demás. Los MOSFET están más o menos equipados en un arreglo de amplificador de clase B.

El arreglo actual funciona, pero me gustaría saber si hay una mejor manera de tomar la salida del opamp y conducir los pies. Actualmente necesito una gran oscilación de salida del amplificador operacional para controlar Q3, pero solo una pequeña oscilación para controlar Q6 (debido a Q7), me gustaría hacer que la electrónica de la unidad sea más simétrica. (Hay un suministro de polarización aislado de 15 V para controlar Q3, junto con +15 V y +/- 5 V para los amplificadores operacionales si eso ayuda). Idealmente, algo que no dependa de la resistencia del emisor de Q7 para garantizar que ambos Mosfets no se enciendan al mismo tiempo (un pequeño voltaje positivo del opamp apaga Q3, a través de Q7, antes de que se encienda Q6, bueno, en teoría de todos modos ).

Esto es para una fuente de alimentación, estoy usando todos los fets Nch ya que no he encontrado ningún fets Pch que sea una buena combinación en términos de precio y manejo de energía, los fets A&O AOT430 que estoy usando pueden manejar el suministro completo Voltaje y corriente de suministro indefinidamente (no muchos mosfet asequibles tienen un SOA en CC de> 200 W, por lo que no explotará si alguien corta la salida a voltaje completo). Una vez vi un amplificador completo construido solo a partir de Nch fets, pero era un poco más complejo de lo que esperaba (muchas redes de compensación y demás).

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

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Este es un resultado de simulación que muestra la salida del opamp frente al voltaje de carga de salida, la salida del opamp es un poco asimétrica, me gustaría arreglar eso, pero no puedo pensar en una forma simple de hacerlo.

1) No veo por qué necesita Q1, Q2, Q4 y Q5 ya que los NFET tienen una impedancia de puerta alta, los cuatro bipolares básicamente se sientan allí y no hacen casi nada. 2) No tiene ninguna retroalimentación (actual) para cuando Q6 actúa como una carga, espero que este circuito sea inestable en la práctica ya que tiene una ganancia muy alta debido a Q6 cuando lo usa como una fuente común. ¡Seguro que esto funcionará en un simulador pero no cuando lo construyas! 3) el camino a través de Q7 también proporciona una alta ganancia y también puede oscilar.
4) El punto en el que Q3 debería dejar de conducir y Q6 debería tomar el relevo está mal definido. Ambos pueden conducir al mismo tiempo y, por lo tanto, acortar el suministro. Le sugiero que busque otros diseños de reguladores, cargas electrónicas, amplificadores operacionales y tal vez amplificadores de audio (solo para etapas de salida NMOS o NPN). Su diseño actual funciona en el simulador pero no es lo suficientemente robusto para funcionar en el mundo real debido a las variaciones de los componentes, etc.
Los bipolares están ahí para cuando quiero cambiar la salida rápidamente, los fets tienen suficiente capacitancia de puerta que me gustaría tener un impulso para mantener sus tiempos de respuesta muy bajos. La regulación de corriente y voltaje ocurre fuera de esta parte del circuito, ya que solo estoy interesado en traducir la salida del amplificador operacional principal a algo que pueda controlar los fetos, dejé esa parte del circuito fuera. Me gustaría deshacerme de Q7 por completo, pero todavía tengo que encontrar una forma simple y decente de hacerlo. Estoy interesado en mejores formas de manejar los dos fetos, el circuito de control es externo.
Luego, dé a cada NFET su propio opamp. Use amplificadores operacionales más rápidos con más impulso para que no necesite Q1, Q2, Q4 y Q5. Tiene regulación de voltaje aquí, hay una línea de retroalimentación a la entrada de OA1. Si también hay limitación de corriente, ¡muéstralo! Decir que está "en otro lugar" me da escalofríos, ya que es una parte integral del diseño.
Hay un banco de varios amplificadores operacionales que monitorean la corriente de carga y el voltaje de carga que intervienen y dirigen la unidad a OA1 cuando está fuera de los límites. Estoy lo suficientemente feliz como para darle a cada fet su propio opamp, pero es la parte de dividir las señales de control de tal manera que controle correctamente los dos Nfet con los que tengo problemas. Si hubiera habido algunos fets Pch que hicieran un trabajo decente, entonces habría montado algo como el circuito descrito en cds.linear.com/docs/en/datasheet/1970fe.pdf en la página 26, eso sería han sido perfectos, excepto que el voltaje máximo es demasiado bajo y no había ningún buen Pch
Efectivamente, estoy tratando de construir un amplificador de potencia de riel a riel de dos cuadrantes sin usar Pch fets. El esquema está algo simplificado, sí, ya que sentí que el resto no estaba directamente relacionado con la pregunta que estaba haciendo. No estoy tratando de optimizar mi ciclo de control aquí (necesitaría una hoja esquemática más grande para eso) Estoy buscando una mejor manera de tomar mi señal de control de guía (salida de OA1) y hacer que maneje una potencia de Nch etapa (Q3 y Q6), las partes entre esas dos secciones son todo lo que me preocupa en este momento. No he visto mucho para seguir en línea. Sin embargo, muchos amplificadores de cortesía.

Respuestas (1)

Encontré un circuito en Tubecad que parece hacer lo que quiero siempre que los amplificadores operacionales tengan sus propios rieles de suministro independientes (de modo que los MOSFET, o los transistores en su versión, aún puedan estar completamente encendidos incluso con voltajes de suministro realmente bajos). Estaban diseñando un amplificador de audio, pero el circuito será el mismo si se rediseñara como una fuente de alimentación lineal de 2 cuadrantes (es decir, generará y absorberá corriente mientras intenta mantener su voltaje de salida establecido)

http://www.tubecad.com/2005/January/blog0034.htm

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Nota. Esta es solo la etapa de potencia, no incluye un lazo de control externo

Amplificador de potencia de clase B que utiliza solo Nch FET
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