Cómo estabilizar este sistema de control de amplificador operacional/MOSFET

Estoy creando una fuente de corriente constante y tengo problemas para estabilizar el circuito de control alrededor de U3, este es el circuito:circuito

La siguiente imagen representa el diagrama de ganancia de bucle de U3:diagrama de ganancia de bucle

Intenté agregar un capacitor a través de R3, un capacitor desde la salida U3 a su entrada no inversora y una resistencia en serie entre U4 y U3. He intentado experimentar con algunos valores, pero no parece hacerlo bien.

El margen de fase es -57° y el margen de ganancia +43dB. Ambos valores indican inestabilidad al igual que el análisis transitorio.

Entonces, ¿cómo sé qué hacer para estabilizar el lazo de control? ¿Necesito insertar un poste en algún lugar por debajo de 2,5 MHz para disminuir la ROC a 20 dB? Pero, de nuevo, hay un problema con el margen de ganancia.

También he subido los archivos LTspice para que cualquiera pueda probar la simulación, se pueden encontrar aquí .

La primera regla de los amplificadores operacionales es no poner ganancia en el circuito de retroalimentación. Puedes poner un pase bajo como solución rápida. Sin embargo, esta es una mala práctica porque puede dejar de funcionar cuando cambia los amplificadores operacionales. Recientemente tuve que lidiar con una situación como esta. Este problema es difícil de detectar si los ingenieros no están familiarizados con la estabilidad del opamp. Deberías repensar tu diseño. Lo que haría sería poner el interruptor entre U3 y la compuerta MOSFET usando dos bucles de control separados. Puede colocar los amplificadores de ganancia entre el voltaje de referencia y el terminal positivo de los amplificadores operacionales del bucle de control según sea necesario.
@ user110971 ¿Podría dibujar un esquema del diseño que explicó? No estoy seguro de entenderlo correctamente.

Respuestas (1)

Tiene una ganancia de 123 en el circuito de retroalimentación y si se diseñara un amplificador operacional que pudiera vivir con esta cantidad de ganancia de retroalimentación, entonces sería un amplificador operacional deficiente. Los principales proveedores diseñan sus amplificadores operacionales para tener un margen de estabilidad pequeño pero significativo cuando operan en ganancia unitaria y lo ha superado agregando más de 40 dB de ganancia al circuito de retroalimentación.

Personalmente, no veo por qué se necesita ninguna ganancia de retroalimentación para hacer de esto una fuente actual. La ganancia de U3 debería ser perfectamente suficiente.

En realidad, es más de 40 dB porque es voltaje.
Vaya, quise decir 40 dB... ¡corrección!
La salida del interruptor U4 va a LPF y ADC, y V6 en realidad será DAC. Entonces "necesito" esta ganancia para usar el rango completo de entrada/salida de ADC/DAC. El voltaje de referencia es 4.096V.
Luego deje esa ganancia fuera de la ruta de retroalimentación. Bastante fácil de implementar.
Claro que puedo hacer esto para la parte ADC. Pero para el DAC necesitaría atenuar su voltaje de salida (V6 en este caso) hasta 250uV para la corriente mínima deseada. En lugar de la ganancia U1 124x, necesitaría una atenuación 124x en la entrada no inversora U3. ¿Funcionaría esto?
Intenté reducir la ganancia a 12 e insertar un capacitor desde la salida U3 a su entrada no inversora y una resistencia en serie de U4 a U3. A 1nF y 3.3kOhm obtengo un margen de fase de 90°. Además, el margen de fase en cualquier frecuencia NUNCA cae por debajo de 60 °. ¿Sería tal sistema incondicionalmente estable?
¿Por qué todas las modificaciones extrañas? Tome la salida directamente de la resistencia de 1 ohm y aliméntelo a la entrada inversora de U3. Todavía puede usar U1 para amplificar el voltaje a través de la resistencia de 1 ohm para alimentar su ADC. Atenúe la salida DAC adecuadamente con dos resistencias.
Hizo lo que sugirió, pero aún tuvo que agregar un condensador a través de U3, probablemente debido a la capacitancia de la puerta MOSFET. Parece funcionar ahora, el margen de fase nunca cae por debajo de 90 °. Gracias :-)
OK, sí, la capacitancia de la puerta con 100 ohmios puede hacerla inestable. Probablemente estaría bien sin los 100 ohmios.
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