Pregunta de diseño: fuente de corriente de precisión

Estoy intentando diseñar una fuente de corriente bidireccional controlada por voltaje que impulsará una carga inductiva. La fuente de corriente necesita un rango de 100uA a 200mA, y necesita trabajar con una precisión de alrededor de 100uA en corrientes de carga más bajas, con menor precisión aceptable en corrientes de carga más altas. Debe poder generar ondas sinusoidales, trianguladas (aproximadas) y cuadradas (aproximadas) en frecuencias de 1 Hz a 1 kHz (entiendo que estoy manejando un inductor, por lo que las ondas cuadradas y triangulares perfectas son imposibles), e idealmente con tan bajo un tensión de funcionamiento posible, ya que el sistema funcionará con baterías.

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Esto es lo que he intentado hasta ahora:

Intenté diseñar este circuito que diseñé en función de la retroalimentación del amplificador de instrumentación , pero es inestable y oscila alrededor de 130 kHz. Consideré usar el circuito a continuación de este documento de TI , pero presenta una resistencia en serie excesiva con la carga y no tiene una precisión de corriente fácilmente ajustable.ingrese la descripción de la imagen aquí

Por las mismas razones, decidí no usar un amplificador operacional con la carga en el circuito de retroalimentación. ¿Alguien tiene sugerencias?

En caso de que tengas curiosidad, esta es la carga, una bobina de Helmholtz impresa en 3D y bobinada que actuará como generador de campo magnético.

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¿Por qué no algo como esto: cdn.instructables.com/FM3/2YUC/HEXSMPM1/… ? Necesitará algunos diodos de protección. No sé cómo funcionaría con un inductor como carga. O podría usar un convertidor reductor y controlar la corriente.
¿Desea que el circuito genere espontáneamente por sí solo la onda triangular y cuadrada o lo alimentará con un generador de funciones?
Estaré alimentando la señal desde un DDS al circuito. @ user110971 porque eso solo permite que la corriente fluya a través de la carga en una dirección, y necesito que fluya en ambas direcciones.
@Jordan Utilice la topología NPC (punto neutro fijado). Dos bucks, uno para cada lado, y dos interruptores para cambiar los bucks al cruzar el punto 0. Eso es lo que se usa para los inversores en ciertos sistemas de energía.
Si los dólares tienen rectificadores síncronos (y, por lo tanto, también pueden absorber corriente), el usuario 110971 tiene la respuesta más eficiente (@ 200 mA).
También debo mencionar que me gustaría que la fuente actual sea continua (no pasos discretos como parece que logra la topología fijada al punto neutral). Entonces, si introduzco un voltaje de onda sinusoidal, me gustaría la misma forma de onda de corriente de onda sinusoidal bonita en la salida.
@Jordan: la corriente con un NPC sería continua, pero ruidosa. NPC es una exageración bastante grande.
¿Por qué no usar 2 FET? 1 para ganancia, 1 para búfer?
¿Las formas de onda de salida deben estar centradas alrededor de 0V? Entonces, si pudiera hacer esto con una sola batería de 9V, ¿estaría bien si el voltaje fuera de 4.5V sin entrada?
es posible hacer corrientes de onda triangulares perfectas o sinusoidales con PWM sin núcleo, si V es lo suficientemente alto. dI/dt=V/L... ¿Hay material de núcleo? no veo ninguno bien. Si no, ¿cuál es la frecuencia de resonancia? gorra entrelazada. y el método es importante...barrer y descubrir. ¿Supongo que solo este AC?

Respuestas (3)

Puede colocar la carga en la señal de retroalimentación de un amplificador de potencia de manera obvia, pero agregue una red RC Zobel (también conocida como celda Boucherot) a través de la carga o a tierra para estabilizar el amplificador en frecuencias más altas.

Para obtener una unidad de 200 mA, su amplificador operacional necesita seguidores emisores complementarios con alta Hfe dentro del circuito de retroalimentación en la salida. luego permita una caída de Vce de al menos 1,5 V o 2 V para Hfe alto de los rieles de suministro, por lo que necesita un Vcc, Ve más grande, como un mínimo de +/- 6V.

o si tiene acceso a su suministro ATX. simplemente cambie la serie de valores límite R para hacer RC = 1/(2f) para el rango de bote.

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Tenga en cuenta que el mismo pull-up/down en el emisor es el sesgo del controlador e igual a 5V/2 igual que el reloj de 5V

Su idea original funciona, solo tendrá que dedicar un tiempo a modificarla.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

La idea es que C1 y R2 creen un filtro de paso bajo para limitar el ancho de banda de OA1 para que no sea lo mismo que IA1, ya que esto habla un poco. R3 hace que la resistencia de carga para OA1 sea solo un poco más, aunque eventualmente necesitará hacer que la salida de OA1 controle un transistor o una etapa FET push-pull para obtener la corriente que desea, y eso ya no será necesario.

Te recomiendo que juegues con LTSpice, aquí hay una pequeña simulación que armé. Algunas de las cosas que tendrá que hacer:

  • Averigüe cómo aumentar la salida actual. Hay dos maneras de hacer esto:

    • Use un amplificador operacional de potencia para OA1 que pueda generar y absorber 200 mA.
    • Conduzca un búfer de tótem MOSFET o BJT (también conocido como búfer push-pull). Consulte esta pregunta y las respuestas correspondientes para obtener más información.

  • En este momento, esto solo funciona para una carga de conducción de ~ +/- .5V, lo que da +/- 9/10mA. Averiguar cómo R1/R2/R3 juegan con la ganancia general del circuito es algo en lo que tendrá que trabajar.

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