Control de corriente a través de un inductor de bajo valor

Tengo un inductor del orden de 1uH cuya corriente quiero regular usando una señal PWM usando un circuito como este:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Donde tengo un microcontrolador que genera la onda cuadrada de 1 MHz, que normalmente sería una señal PWM.

Según tengo entendido, el ciclo de trabajo de PWM debería ser quizás 1/10 o menos de la constante de tiempo L/R (en este caso, la constante de tiempo L/R es de 10 microsegundos). Aunque mi circuito cumple con este requisito, la corriente que pasa por el inductor en esta simulación es muy irregular, así:

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Si aumento la frecuencia PWM a 10 MHz, la señal sigue siendo irregular (que es lo que esperaría), pero la amplitud de la corriente a lo largo del tiempo es mucho menor, que es lo que quiero.

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pregunta Además de tener una señal PWM más rápida (no es realmente una opción... mi MCU es muy rápido) o tener un inductor ESR más bajo (también un poco difícil), ¿cuáles son mis opciones para lograr esto?

¿Existen IC de fuente de corriente programable que harían el trabajo por mí? ¿Podría usar un amplificador operacional DAC + y confiar en la ESR del inductor?

Editar:

Usar un capacitor de 47uF con la solución de Dmitry Grigoryev me da una salida de corriente que está mucho más cerca de lo que quiero. No será necesario modular la corriente muy rápidamente, por lo que usar un condensador de mayor valor funciona bien para mí y me permite reducir mi frecuencia pwm a 180 kHz, que es lo que puede producir mi MCU.

Este es un gráfico de corriente generado con un capacitor de 180kHz y 47uFingrese la descripción de la imagen aquí

Todavía me pregunto si algún tipo de solución op-amp + BJT sería completamente tonta o no.

Da un paso atrás ! Usted dice que la corriente que pasa por el inductor en esta simulación es muy irregular, entonces yo digo que eso es de esperar . Ahora piense nuevamente en lo que está sucediendo en su circuito y relaciónelo con lo que quiere que suceda.
El inductor de 1 uH se cargará (¡magnéticamente!) Muy rápidamente ya que es un valor muy pequeño. Una señal PWM generada por MCU de 1 MHz no es muy adecuada para eso. Vuelva a intentarlo con 100 uH.
Entiendo totalmente que se cargará magnéticamente muy rápido, pero tenía la impresión de que, siempre que mi frecuencia PWM sea un factor de 10 más bajo que mi constante de tiempo L/R, los artefactos pwm en la corriente del inductor serán mucho más bajo.
En cualquier caso, no puedo volver a intentarlo con 100uH :). El inductor que necesito regular es 1uH.
Es posible que desee simular la disipación de energía en el MOSFET utilizando su circuito de edición.
¿Tendría sentido si el MOSFET n estuviera en el lado bajo del circuito?
@ Bradman175 ¿Creo que es un mosfet P?
@johnny_boy oh que mal.

Respuestas (4)

Agregue un capacitor a su circuito en paralelo al inductor:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Elija el valor de capacitancia para que la frecuencia resonante de su circuito LC sea mucho más baja que la frecuencia PWM pero mucho más alta que la frecuencia de las variaciones de corriente que desea producir. De esa manera, los efectos de resonancia no interferirán significativamente con la señal que está tratando de generar.

Si se trata de un circuito real, y no solo de una simulación, entonces realmente debe considerar tanto la ESR como la autorresonancia del capacitor. La corriente de ondulación suministrada por este condensador es del orden de amperios. Estoy bastante seguro de que esta es la razón por la cual tales capacitores casi nunca se usan en el control de motores PWM (los motores son grandes cargas inductivas).
@DaveP Sí, esos parámetros deben considerarse. Con respecto al control del motor PWM, creo que las tapas no se usan allí principalmente porque no son necesarias, a los motores no les importa la ondulación.

Un enfoque simple es simplemente agregar un inductor adecuado (por ejemplo, 10uH o ​​20uH) en serie con el que está tratando de controlar.

Los dos dispositivos juntos se comportarán eléctricamente como un inductor de 11 o 21uH y la corriente a través de su 1uH será mucho más suave.

Creo que las formas de onda actuales coinciden con lo que esperaría de su circuito. Con la ecuación del inductor estándar:

d i d t = V L = 3.3 1 × 10 − 6 = 3.3 × 10 6 A s − 1

Una vez que su circuito alcanza el estado estable, el cambio en la corriente durante un solo período de 0,5 us es de aproximadamente 1,3 A, que es del mismo orden de magnitud que el cambio esperado:

0.5 × 10 − 6 × 3.3 × 10 6 = 1.65 A

Gracias por la explicación... tiene sentido. ¡Me siento un poco tonto ahora! Sin embargo, todavía estoy buscando una técnica estándar para regular esta corriente. Al menos ahora entiendo un poco mejor por qué PWM probablemente no sea la herramienta adecuada, incluso si la constante de tiempo L/R parece funcionar en la superficie.
Sentirme tonto es más o menos cómo he sido durante la última década de estar en el mundo de la ingeniería eléctrica. Sentirse tonto con ocasionales puntos brillantes de comprensión.
Eso hace que seamos 2 :). Ser ingeniero informático en proyectos de EE es difícil.

Supongo que no notó que el inductor se satura, es decir, no puede descargar su energía almacenada a 0, por lo que finalmente su componente de corriente continua es tan alto. El pwm es absolutamente lo correcto si solo el circuito tiene un circuito de retroalimentación y puede variar el ciclo de trabajo según el error. (es decir, diferencia: visto - corriente esperada). Pero si el deber de pwm es constante todo el tiempo, entonces ... nada que decir que: circuito tonto -> resultados tontos.

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