Problemas con sobreimpulso o subimpulso en el sumidero de corriente MOSFET controlado por voltaje

Estoy en el proceso de diseñar una carga electrónica para probar baterías. El objetivo es controlar la corriente de carga en el rango de 0 a 10 A con una señal de 0 a 1,2 V de un DAC.

Para facilitar los cálculos y el uso de valores comunes de resistencias, se eligió una derivación de 12 mΩ. El problema es que en la configuración actual, se produce un gran sobreimpulso/insuficiencia cuando la entrada se activa con una onda cuadrada.

Si reduzco la ganancia del amplificador de detección de corriente de 10 a 2, o disminuyo el valor de la derivación, el problema desaparece. Preferiría no hacer eso, porque entonces tendría que usar una señal de control de voltaje más bajo, lo cual no es lo ideal.

¿Es posible estabilizar este circuito, mientras se preserva la ganancia de detección actual de 10 y el valor de derivación de 12 mΩ?

He adjuntado un esquema y una forma de onda de muestra a continuación. El trazo azul representa el voltaje de control, el trazo verde representa la corriente.

Esquemático

forma de onda

Considere también el efecto de C1. Como capacitor (aunque sea un capacitor pequeño), el voltaje a través de él no puede cambiar instantáneamente. Por lo tanto, C1 está creando un cambio de fase o un retraso entre el momento en que cambia la corriente detectada (voltaje de salida de U4) y el momento en que la puerta MOSFET puede cambiar. Este retraso, junto con el retraso de los LTC2050, exacerba los picos.
Lamentablemente, C1 es necesario para la estabilidad del circuito. Intentaré experimentar con otros valores y profundizar en otros métodos para estabilizar este circuito. Sin él, la salida oscila constantemente debido a la capacitancia de la puerta.

Respuestas (2)

Creo que sus expectativas pueden ser algo ingenuas. Su entrada cambia casi instantáneamente y, debido a esto, la salida de U1 también cambia bastante instantáneamente. La retroalimentación de la corriente de salida a través de la resistencia de 12 mΩ tomará tiempo para ondular a través del circuito de U4 y luego a través de la integración aplicada a la entrada inversora de U1. Todo esto provoca un retraso significativo que permite que exista un período de tiempo que simplemente no se puede mantener estable.

Eso es completamente lo que ves en tus tomas de oscopio.

Si usó un dispositivo mucho más rápido que el LTC2050 en la posición de U4, las cosas mejorarían pero, al final del día, está pidiendo mucho que la corriente de salida siga los cambios graduales en el voltaje de demanda de entrada sin algún exceso.

Entonces, ¿cree que colocar un filtro RC simple frente a la entrada de U1 para deshacerse de los cambios bruscos de voltaje de control sería una solución factible?
Eso enmascara el problema pero, si te funciona, entonces es una buena solución práctica @MMaz
Entonces, si entiendo correctamente, este circuito tiene fallas fundamentales y no hay forma de eliminar estos sub/sobreimpulsos sin cambiar el diseño del circuito de retroalimentación.
Si está aplicando flancos rápidos a la entrada, la salida se sobrepasará. Cualquier circuito de amplificador operacional que use otro amplificador operacional en su ciclo de retroalimentación tiende a tener este problema. Se mitiga reduciendo el BW de entrada (como usted propuso) o acelerando la señal de retroalimentación (usando un amplificador operacional mucho más rápido en la posición U4) @MMaz
Gracias por aclararlo. Usar un opamp más rápido no es realmente una opción aquí, porque necesito Vos tan bajos como sea posible: la señal de U4 también se toma (a través de un búfer) a un ADC para la lectura actual, y los llamados opamps de compensación cero son bastante lento en términos de velocidad de respuesta y GBP.

Pruebe un amplificador operacional convencional en lugar del LTC2050.

El LTC2050 es un amplificador de "deriva cero" estabilizado por chopper.

Ese tipo de amplificador es excelente para obtener compensaciones muy bajas, pero tiene algunas desventajas.

En particular, una deficiencia que me ha mordido en el pasado es que tarda muchos milisegundos en salir de la saturación. Si el amplificador entra en saturación durante los cambios del voltaje de control, es posible que el amplificador no salga limpiamente de la saturación.

Consulte el seguimiento del alcance "Recuperación de sobrecarga de entrada" en la parte inferior derecha de la página 7 de la hoja de datos. Se tarda unos 2 ms en recuperarse.

Hoja de datos LTC2050

Debo haber pasado por alto este comportamiento cuando se trata de sobrecargar los amplificadores operacionales estabilizados por helicóptero, gracias por señalarlo. Buscaré reemplazar U1 con un amplificador convencional.
@MMaz: hay un rastro en la hoja de datos: parte inferior de la página 7.
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