La especia LT no predice la inestabilidad

Estoy tratando de hacer un regulador lineal usando un amplificador operacional y un transistor de paso.

Aquí está el circuito:

circuito

Desde mi comprensión limitada, puede predecir la estabilidad del bucle de retroalimentación del circuito al observar la ganancia del bucle. Al trazar V(fb)/V(in) me dicen que el circuito tiene un margen de fase de ~75 grados y un margen de ganancia de ~25dB.

Sin embargo, cuando se prueba en una placa de prueba, la salida oscila alrededor de 7 kHz a 100 mV pp. Puedo reducir la frecuencia de esta oscilación aumentando R5. También puedo reducir la amplitud a cero aumentando C2 a 68nF (aunque me gustaría evitar esto para mantener bajo el tiempo de respuesta). La pregunta es: ¿Qué está causando la discrepancia entre LT Spice y la realidad?

Diagrama de Bode:

Diagrama de Bode:

Seguimiento del alcance:

Seguimiento del alcance:

Sube las imágenes a imgur y proporciona enlaces. Alguien los editará en su pregunta. No tienes suficientes representantes para hacerlo tú mismo, en este momento.
¿Qué carga real usaste? ¿Qué longitud de cables de alimentación? ¿Qué tensión de alimentación de entrada? ¿Consideró que un suministro de entrada real necesita condensadores de desacoplamiento reales? ¿Ha visto alguna vez un chip regulador de voltaje práctico que no tenga un capacitor de entrada?
¿Ese circuito tiene alguna zona muerta en el control de salida? Si es así, el margen de fase no tiene mucho sentido para el análisis. Intente simular la respuesta transitoria a un paso en la carga de salida y un paso en el voltaje de entrada.
Comenzaría construyendo el circuito en una placa adecuada, en lugar de una placa de prueba, porque el parásito de esa placa empujará su respuesta de bucle por todos lados.
@SpehroPefhany He agregado la trama y el seguimiento del alcance ahora. ¿A qué te refieres con zona muerta? Simulé un barrido de la entrada y tracé la salida y parece ser completamente lineal, pero no estoy seguro de si te refieres a eso. Editar: he realizado algunas simulaciones de respuesta de paso y no parece haber torceduras en los bordes ascendentes / descendentes
No voy a tratar de analizarlo en mi cabeza, pero parece que la salida del amplificador operacional podría tener que saltar significativamente para pasar de cargar a descargar la puerta MOSFET. Eso es como un tiempo muerto en la respuesta y probablemente cause oscilación. Ya no es un circuito lineal, por lo que LTspice le dará diagramas de Bode, pero no significan mucho.
@Andyaka Sin carga, la energía proviene de un cargador de computadora portátil de 19 V con muchas tapas de desacoplamiento en los rieles de alimentación de la placa de pruebas y en el suministro de amplificadores operacionales.
@SpehroPefhany ¿Hay alguna manera fácil de resolver esto? Pensé que había resuelto el problema de cargar la puerta con el búfer después del amplificador operacional
@Damo No estoy convencido de que necesite el búfer con C2 y R3+R1||R2. Por algún valor de C2 de todos modos. Pero si tiene un búfer, debe estar sesgado para que no haya zona muerta, distorsión cruzada o como quiera llamarlo. Solo una resistencia de puerta a fuente probablemente ayudaría mucho.
El escenario sin carga es mucho más difícil de estabilizar que la situación "con carga". ¿Simuló el margen de estabilidad sin carga? Supongo que R5 es la carga.
@Andyaka R5 está destinado a actuar como una especie de carga mínima, por lo que todas las simulaciones se realizaron solo con 800 ohmios.
@SpehroPefhany Acabo de agregar 4.7k entre la puerta y la fuente y la oscilación desapareció por completo, no me di cuenta de que la etapa push pull estaba introduciendo ese tipo de distorsión. Tenía una idea sobre este problema, por eso agregué R13, pero en retrospectiva, ese es el lugar completamente equivocado para colocar el menú desplegable. ¿Cómo recomendaría dimensionar esta resistencia de fuente de puerta? ¿Algún otro consejo para reducir la zona muerta en esta configuración?
¿Se realizó la prueba real con una carga de 800 ohmios?
Las bases de su unidad Q1 y Q2 son fuertemente asimétricas ... Se eleva como 68kohm y hacia abajo como la unidad de salida opamp. Intentaría mejorar esto, creo que D1 está ahí para un bucle actual previsto, pero prefiero encontrar una solución diferente.
@Andyaka La prueba real se realizó con la carga de 800 ohmios, cambiar esta carga solo cambió la frecuencia de la oscilación pero no la amplitud
@carloc Tienes razón, el bucle de control actual que se implementa actualmente en la placa de prueba funciona bien hasta donde puedo decir. No estoy seguro de qué se puede hacer con la unidad base asimétrica en tal configuración, ¿alguna sugerencia?

Respuestas (1)

El problema es que no ha modelado su sistema con precisión. La simulación de circuitos funciona siempre que el sistema físico se modele correctamente.

La pregunta es: ¿Qué está causando la discrepancia entre LT Spice y la realidad?

La respuesta es probablemente parásitos, placas de prueba de cables y soldadura, todos tienen resistencia e inductancia parásitas. También hay capacitancia parásita entre dos puntos de metal. El problema con SPICE es que todos los nodos son superconductores, no hay inductancia ni resistencia entre los nodos.

Si construyó esto en una placa de prueba, el sistema de conexión a tierra puede ser insuficiente. El plano de tierra en una PCB proporciona una pequeña cantidad de capacitancia a todas las trazas y también disminuye la inductancia.

Un cable puente de 8" tiene aproximadamente 0,140 mΩ de resistencia y 0,180 uH de inductancia (medida con un medidor LCR)

Una placa de prueba tiene aproximadamente 2-4 pF de capacitancia entre dos filas. Con cables de cuatro pulgadas, la capacitancia salta a decenas de pF.

Los cables también pueden agregar inductancia a un circuito, puede estimar la inductancia con una calculadora. Las placas de prueba no son excelentes para la creación de prototipos . Si agrega las principales fuentes de inductancia, el modelo debería coincidir con el mundo físico. A veces también puede ser un mal modelo, si esto se sospecha, puede probar el modelo en especias y comparar los resultados con la hoja de datos para encontrar discrepancias.

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