Preguntas sobre la detección de pulsos de corriente y la activación de un MOSFET lógico en un circuito

Esta pregunta es sobre un proyecto personal y está relacionada con mi pregunta anterior , pero se centra en diferentes temas o preguntas. Al aumentar la resistencia de derivación de 1 mOhm a 330 mOhm, quería evitar el uso de un amplificador especial como en mi pregunta anterior.

La salida PWM de un uC controlará la corriente de 2A a 6A a través de un cable calefactor y, dado que la resistencia puede cambiar, el valor actual se retroalimentará aproximadamente al ADC del uC para la regulación, etc. El circuito se soldará en una placa perforada.

Para el minimalismo, decidí usar un amplificador operacional de suministro único y detección de lado bajo para evitar problemas relacionados con el voltaje de modo común.

Para mayor claridad, escribiré las preguntas una por una en detalle:

1-) Este artículo examina el uso de amplificadores operacionales, amplificadores diferenciales y amplificadores de instrumentación para este propósito. Lo primero que entiendo es que, si uso un amplificador de diferencia o un amplificador de instrumentación, tengo que usar un suministro dividido (o tal vez algunas técnicas de voltaje de referencia que reducirán el rango que en realidad no sé). Dado que la única opción que me queda es una opción de amplificador operacional, el artículo menciona el siguiente problema para ese caso:

Los inconvenientes de la detección del lado bajo son las perturbaciones del potencial de tierra de la carga del sistema y la incapacidad de detectar cortocircuitos de carga. La figura 2 muestra un escenario típico de detección del lado bajo.

Y debajo de Rp o Vp ilustra esto:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Mi pregunta es, en mi aplicación, ¿eso también sería un problema? Quiero decir que puedo vivir con un error de 100 mA. No pude encontrar una topología en la que pueda usar un amplificador de diferencia única con un suministro único. ¿Es eso posible? ¿O cómo puedo minimizar el error introducido por tierra?

2-) Usé LM358 como filtro activo con ganancia unitaria y sigue otro LM358 como amplificador con una ganancia de dos (para hacer coincidir el rango de 0 a 5V con el ADC).

El verde es el voltaje PWM barrido a través de Rsense; el azul es la salida del filtro activo con LM358 y el rojo es la salida final. ¿El LM358 es adecuado para esta aplicación? ¿Y la resistencia de derivación de 0,33 ohmios es lo suficientemente alta?

3-) Básicamente, la pregunta es: ¿necesito un controlador de puerta para este MOSFET (por cuestiones de disipación de energía)? Según la hoja de datos, este es un MOSFET lógico. Pero aún así, algunos en mi pregunta anterior me dijeron que todavía necesito un controlador, ya que el MOSFET tiene una capacitancia que generará una corriente excesiva.

Pero uno de los comentaristas me dijo que necesito un controlador especial como este . Pero el resto no lo encontró como un problema. Así que estoy confundido sobre cómo manejar este MOSFET correctamente. Esto es lo que LTspice muestra la potencia del MOSFET en %95 PWM:ingrese la descripción de la imagen aquí

Editar: ingrese la descripción de la imagen aquí ingrese la descripción de la imagen aquí

Solicitar opiniones está fuera de tema. Esto es aq y un sitio. Trate de ser específico y claro acerca de sus preguntas.
Dios mío, pasé una hora para ser claro, si todavía crees que mi pregunta no está clara, creo que esa es mi capacidad. Lo lamento.
Salté al final y leí su solicitud, por lo que vale la pena eliminar las opiniones y sugerencias. ¡Leeré el resto!
Bien, eliminé esa parte, tal vez mejor formatee ahora.
1) punto de inicio a tierra justo en el terminal de derivación de 330 mOhm, 2) Lm358 incluye GND como modo común y funciona en +12, 3) ¿cuál es su frecuencia PWM si son unos pocos kHz? No estaría demasiado preocupado
Tampoco olvides I^2R, (6)^2 *0,33 = 10,8 vatios...
@sstobbe ¿Quiere decir que la GND de Rsense debería estar muy cerca de la toma de tierra de la fuente de alimentación? ¿Eso es todo lo que debo cuidar?
@doncarlos cuando construya el circuito, conecte todas sus conexiones a tierra analógicas/digitales directamente al cable Rsense (no al negativo de la fuente de alimentación), de esa manera todos sus circuitos de control no ven el Rp como lo mostró en su único esquema.
Tierra de punta de estrella imgur.com/a/NLGiV
@sstobbe ¿Te refieres a esto? i.stack.imgur.com/lg3MY.png Hice el dibujo para estar seguro
Sí, su dibujo es correcto, es cómo está conectado físicamente lo que importa. La línea azul se conecta al cable de la resistencia, no al terminal de la fuente de alimentación.
@sstobbe Gracias, pero tengo una cosa más que me preocupa. Compraré una resistencia de derivación precisa de 5 vatios y 50 mOhm como esta: eu.mouser.com/images/bourns/lrg/PWR44122S.jpg Pero cuando sueldo uno de los terminales de esta resistencia a la entrada no inversora Opamp (como en el circuito) . ¿Crees que el calor de la resistencia afectará / alcanzará el opamp por conducción?
Su intuición es correcta de que el calor puede tener un impacto y habrá un EMF térmico de nivel uV de 10 a 100 debido al gradiente de temperatura, pero esto es unos pocos órdenes de magnitud por debajo de su salida a escala completa. Opamp no tiene que estar físicamente cerca. La clave es hacer conexiones Kelvin a la derivación.
@sstobbe Por conexión Kelvin, ¿te refieres a algo como esto?: i.stack.imgur.com/O3xCR.png Dibujo esto para que quede más claro. ¿Evitaría esto la conducción de calor?

Respuestas (2)

1) en mi aplicación, ¿sería eso también un problema?

Tal vez sí tal vez no. Si desea una buena precisión, puede utilizar este enfoque, pero debe tener mucho cuidado al enrutar sus señales. Si realiza su conexión de alimentación justo al lado del extremo de retorno de su carga, y también coloca la conexión a tierra de su resistencia de detección muy cerca de ese punto, debería estar bien. 6 amperios es (según los estándares de un hobby) una corriente bastante fuerte, pero no es escandalosa.

2a) ¿El LM358 es adecuado para esta aplicación?

Sí, y es una buena opción siempre que utilice amplificadores operacionales baratos y fácilmente disponibles. Su configuración de entrada permite entradas directamente a tierra, y eso es importante en este circuito. Simplemente no hay muchos amplificadores operacionales de esta generación que hagan el trabajo.

2b) ¿Y la resistencia de derivación de 0,33 ohmios es lo suficientemente alta?

En realidad, .33 es probablemente un poco demasiado grande. Como mencioné en su pregunta anterior, a 1 mohm, 6 amperios producen 6 mV, lo que no afecta apreciablemente al MOSFET. A 0,33 ohmios, la corriente máxima es de aproximadamente 2 voltios, como usted reconoce. La cuestión es que, suponiendo que está utilizando una MCU de 3,3 voltios para proporcionar su PWM, suponiendo que 3 voltios para la salida a la puerta del FET significa que el voltaje de la fuente de la puerta es de solo 1 voltio cuando está encendido. Este es el voltaje de encendido nominal para su FET (Vgs (th), o umbral de voltaje de encendido de la fuente de la puerta; búsquelo en su hoja de datos), y el umbral generalmente se establece en una corriente muy baja, como 250 uA o 1 mA. Por lo tanto, necesita más voltaje para impulsar el FET para manejar 6 amperios. Si deja caer la resistencia de detección, tendrá menos voltaje de detección, lo que le dará más margen de voltaje de puerta, pero

Esto lleva a

3) ¿Necesito un controlador de puerta para este MOSFET (por cuestiones de disipación de energía)?

Bueno, si le das suficiente voltaje a la puerta, supongo que estarás bien en términos de disipación. Pero un controlador es una muy buena idea, especialmente si mantiene la resistencia de detección en 0,33 ohmios. Como, una muy, muy buena idea. Si está utilizando una MCU de 5 voltios, supongo que no necesita un controlador.

+1 por el efecto de que una resistencia de fuente demasiado alta comenzará a apagar el mosfet con corrientes altas.
Gracias, actualicé el circuito. Por favor, vea mi edición. frecuencia PWM será de 500 Hz y pulsos de 0/5 V, no de 3,3 V. Pero para un mejor Vgs escucho su sugerencia y reduje a Rsense a 50mOhm que a 6A disipa 2Watt al 100% PWM. Así que tiene sentido reducir Resense. Quería reemplazar LM358 con un amplificador operacional con un voltaje de compensación de entrada mucho mejor, pero el mejor resultado para el filtro activo por alguna razón es con LM358, así que me quedaré con él. También aumenté R_nicchrome a 1.9Ohm para establecer la amplitud actual en 6A. Entonces, por lo que entiendo en esta frecuencia (500 Hz) y esta configuración de Vgs, no necesito ningún controlador, ¿verdad?
Creo que nos falta un punto aquí sobre la frecuencia. frecuencia del uC puede ser bajo como 500 Hz pero cuando ajusto el ciclo de trabajo muy bajo como %1 o muy alto creo que será un problema. Activar MOSFET a 500 Hz con %50 de servicio no es lo mismo que activar 500 Hz con %1 de servicio. Pero tal vez todavía inofensivo 25mA. Solo quería señalar
@doncarlos: no entiendo su preocupación, pero vuelva a leer mi respuesta original. La forma en que maneja la compuerta MOSFET causará imprecisión en un ciclo de trabajo bajo. La solución simple es un IC controlador MOSFET.
@WhatRoughBeast Realmente quiero mantenerlo simple, así que si no es necesario, no quiero usar un IC adicional. Quise decir que mi aplicación no utilizará PMW en tareas inferiores al 30 %, por lo que no creo que sea un problema. Por cierto, quiero reemplazar los amplificadores operacionales LM358 con LMC6482. LMC6482 tiene menos voltaje de compensación de entrada y es de riel a riel.
@doncarlos: no veo ningún problema en reemplazar 2 transistores y 3 resistencias con un IC de 8 contenedores.
@WhatRoughBeast Creo que tiene razón, buscaré un controlador dedicado de todos modos (para poder conducir a una frecuencia más alta con menos ondulación en el lado del filtro activo). Usaré 50 mOhm para la derivación. Pero espero poder obtener resultados similares con la simulación real para la parte de detección actual. Usaré LMC6482. En el filtro activo para tapas de 1uC, no debo usar tapas electrolíticas, ¿verdad? Estaba pensando en las tapas de cerámica x7r.

1) intente mantener el opamp que detecta la resistencia cerca de esa resistencia. Conecte todos los circuitos a 0 voltios desde la parte inferior de esa resistencia, es decir, use técnicas de apuntado en estrella donde pueda.

2) puede usar una resistencia de valor más bajo con más ganancia en la segunda etapa de opamp, por supuesto. Subir a más de 3,3 ohmios puede significar que comienza a quemarse o calentarse demasiado. No baje demasiado o los errores de voltaje de compensación de entrada del LM358 comenzarán a ser significativos.

3) si solo está funcionando a unos pocos kHz como máximo, es poco probable que necesite un controlador específico para el mosfet, pero verifique la hoja de datos y mire el gráfico para ver la corriente de drenaje versus el voltaje DS para varios niveles de puerta. Esto le dirá si su nivel de control de puerta es lo suficientemente alto. Los controladores de compuerta específicos tienden a ser necesarios en cientos de kHz para cargar y descargar la capacitancia de la compuerta lo suficientemente rápido.

Modifiqué el circuito, por favor vea mi edición. Bajé el Rsense a 50 mOhm (¿Es ese un valor correcto para el problema del error de compensación?) y aumenté la ganancia de la segunda etapa. Para el filtro activo, cualquier otro amplificador operacional que no sea LM358 en simulación dio peor resultado. Incluso los que tienen un voltaje de compensación de entrada muy bajo. Pero con respecto a su primera respuesta; ¿Quiere decir que la tierra del Rsense debe estar muy cerca de la GND de la fuente de alimentación de 12V? Si es así, en la práctica, ¿cuánto tiempo como máximo? Tal vez lo excavo demasiado, pero nunca antes probé ese circuito y no puedo encontrar más información práctica cuantitativamente.
La fuente de alimentación de 12 voltios puede estar a pies de distancia, pero una vez que decida dónde está 0 voltios, apéguese a ella y conviértala en su punto estrella. El lugar lógico es el extremo de bajo voltaje de la resistencia de detección.
¿A qué te refieres con punto estelar? ¿Podrías dibujar una ilustración simple sobre lo que dices, si es posible ayudaría mucho, tengo mucha curiosidad si lo hago bien?
Encontrarás fotos si las buscas en Google. Básicamente, significa que cualquier conexión a 0 voltios se conecta al único punto de estrella inequívoco de forma independiente (en la medida de lo práctico, por supuesto). Claramente, esas conexiones de 0 voltios que transportan microamperios pueden compartir una rama con otras conexiones de baja corriente. El punto es que usted define dónde está su referencia de 0 voltios y sensible a las conexiones que no comparten un cable o ruta con las señales de 6 amperios o pwm.
Muy bien, creo que lo tengo, solo para estar seguro ahora lo estoy dibujando. Es un material actual un poco alto, por eso quiero estar más seguro antes de soldar
Esto es lo que quisiste decir, ¿verdad? i.stack.imgur.com/lg3MY.png
No es lo suficientemente bueno porque su controlador pwm comparte el mismo cable de conexión a tierra que su amplificador de medición. Idealmente, cualquier cosa en el lado del pie debe estar en una extremidad separada del punto de estrella.
De acuerdo, así quieres decir: i.stack.imgur.com/YMYHV.png Lo siento por los malentendidos.
¿O quiere decir que cada GND debe unirse por separado en un punto determinado como este: eevblog.com/forum/beginners/… ?
Esa es una buena imagen de las estrellas señaladas. Al principio sigues esta regla general, como deberías hacerlo ahora, luego, a medida que aprendes, empiezas a reconocer atajos y formas de conectar islas de 0 voltios a través de una conexión al punto de estrella, pero, por el momento, debes seguir ese dibujo. .
Ver C4 y C5 formando una isla con el conductor asociado. Ese es un ejemplo de dónde puedes tomar un atajo. Vea cómo el controlador y el fet tienen etiquetas que dicen mantenerse corto. Eso podría formar otra isla, por supuesto, pero, hasta que lo entiendas intuitivamente, también podrías seguir la regla básica y probar atajos más tarde.
Adapté esta idea a mi circuito en mi pregunta. Aquí dibujo a mano en un papel: i.imgur.com/z3XDnfB.jpg . Solo pude encontrar 1 isla. Supongo que esto debe ser lo que quieres decir, gracias por la ayuda. La práctica es tan difícil de encontrar
Faltan cosas en el circuito, así que no puedo decirlo de manera realista. Lo siento, pero mirar las técnicas de señalar con estrellas es un análisis de todo o nada.
@doncarlos ¿Estás contento con una respuesta publicada? Si es así, acepte formalmente uno de ellos o haga un comentario, por favor.
Preguntas sobre la detección de pulsos de corriente y la activación de un MOSFET lógico en un circuito
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