Resultados inesperados en el convertidor de voltaje a corriente (la simulación está bien)

El siguiente circuito muestra un convertidor de voltaje a corriente basado en un DAC , amplificador operacional , transistor e interruptores . El último, permite tener una salida de señal bipolar.

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Durante la experimentación, el DAC está configurado para obtener ~330 mV en la resistencia (330 ohmios) en la fuente del transistor para obtener una corriente de 1 mA y la CARGA.

El circuito (excepto el DAC) se simula (en multisim) con éxito .

Los interruptores utilizados durante la experimentación se basan en MAX4623 .

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En el mundo real , hay una situación inesperada cuando se enciende el interruptor (consulte la forma de onda a continuación).

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Las formas de onda de la CARGA (2,2 K ohmios) se muestran en el gráfico del osciloscopio (PIN+ y PIN-). Todo es como se esperaba, excepto la parte marcada en color rojo .

Las formas de onda esperadas se muestran a continuación. Estas formas de onda permiten tener una corriente bipolar (+/-) en la carga.

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Se agradece cualquier sugerencia para entender la situación inesperada. Así como un acercamiento a evitar.

Editar:

Como sugirió Tony, el voltaje en la fuente mosfet se ha reducido a ~ 110 mV.

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Los resultados en este experimento cambian un poco y muestran las formas de onda a continuación:

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Editar:

Como sugirió Spehro, se podría agregar un interruptor para evitar que el amplificador operacional se sature.

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A continuación la propuesta y las señales esperadas.

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Editar:

A continuación, una propuesta utilizando un espejo actual, siguiendo las sugerencias de Tony y Spehro.

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Los resultados de la forma de onda mejoraron con esta propuesta:

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Sin embargo, hay algunas situaciones no deseadas :

  • La parte izquierda del espejo siempre está encendida, lo que aumenta el consumo de energía. Tal vez, una nueva pregunta (basada en esta experimentación) será: ¿ cómo implementar un convertidor de voltaje-corriente de ultra baja potencia (0 a 10 mA) ?
  • El pico inicial (cuando el interruptor se enciende) es demasiado alto para la carga. Por favor, consulte la forma de onda a continuación.

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Editar (explicar una situación inesperada):

Como se sugirió, la situación inesperada se explica por el tiempo de configuración del amplificador operacional . En resumen, una vez que el transistor se enciende, el amplificador operacional necesita tiempo para ajustarse (con la retroalimentación). Para resolver esta situación, el transistor se mantiene encendido para permitir que el amplificador operacional no se sature. En la propuesta se presenta una solución (ver edición anterior), donde se agrega un transistor adicional (haciendo un espejo).

Gracias

No ha mostrado su circuito de interruptor.
Los interruptores utilizados durante la experimentación se basan en MAX4623
¿Por qué está tratando de lograr una fuente de corriente PWM diferencial? Tiene demasiadas impedancias no coincidentes.
Estoy tratando de lograr una señal bifásica con corriente fija (como se muestra en la pregunta)

Respuestas (2)

Suponiendo que su base de tiempo es de 500 us/div, considere que el tiempo de establecimiento se indica en 660 us típico y la velocidad de respuesta es de 10 V/ms.

Puede hacerlo mejor si corta la fuente actual a +V durante los períodos de 'apagado' para que el amplificador operacional no se sature.

Hola Spehro, gracias por tus comentarios. Como mencionó, la situación inesperada parece estar relacionada con el tiempo de establecimiento de los amplificadores operacionales internos del DAC, que se saturan cuando se desconecta el mosfet. En este caso, estoy de acuerdo en que la solución propuesta mejorará la situación. Actualicé las imágenes con esta propuesta.
Mi preocupación con tal propuesta es el consumo de energía. Estoy buscando para reducir el consumo de energía tanto como sea posible. En este caso, habrá una corriente constante de V+ a GND. El DAC se configura una vez (para reducir la energía) y la CPU que lo controla se pone en suspensión. Hay un circuito personalizado que se encarga de las señales de los interruptores. Por otro lado, otra propuesta podría ser mantener el amplificador operacional encendido y usar un espejo como se muestra en el diagrama (consulte la publicación editada).

Ciertamente es inusual y sugiere que sus interruptores analógicos del lado alto son de alta impedancia. Verifique que tengan el voltaje de puerta adecuado. Pruebe CD4066 o similar para su experimento.

La realidad es compleja ya que el esquema no muestra toda la capacitancia perdida y los diodos de protección y ocurren resultados inesperados.

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Los interruptores complementan la polaridad de la corriente a la carga, pero luego van a Tristate (voltaje de carga desconocido). Esto no parece práctico y no es un diseño de muestra y retención ni de condensador de interruptor, sino algo que no se comporta correctamente con cargas de alta impedancia. .

Tony, gracias por tus comentarios.
Durante la experimentación, los interruptores se basaron en MAX4623. El nivel de voltaje de la puerta es compatible con la entrada de voltaje de suministro lógico (~ 3V). De su mensaje anterior, se realizó un nuevo experimento para reducir el voltaje en la retroalimentación alrededor de 100mV. En este caso, la situación inesperada sigue presente, pero un poco diferente. Consulte las imágenes en la publicación que actualicé con el último experimento.
Este experimento tiene demasiados problemas con la capacitancia de sonda compleja de alta impedancia. Explica por qué lo estás haciendo.
Si pudiera medir el voltaje del interruptor usando dos sondas AB, puede encontrar más razones por las que falla.
Tony, por favor, ¿puedes enumerar los problemas que consideras con el circuito o experimento? El objetivo es generar una señal bifásica en una carga resistiva variable (1k a 10k ohm) con una corriente fija (0.1 a 3mA). La principal limitación es reducir el consumo de energía tanto como sea posible. La señal bifásica se define como sigue: ! señal bifásica .
Tony, la respuesta a la pregunta en el gráfico de forma de onda "¿Qué debe esperar?" ya está respondida en la pregunta posterior con otro gráfico de forma de onda
Tony, teniendo en cuenta el comentario sobre el cambio a Tristate, no es cierto. Tenga en cuenta que los dos (2) interruptores están habilitados al mismo tiempo (es decir, durante φ1 o durante φ2). Lo que significa que no hay tritstate durante esos dos períodos. La pregunta de mi publicación está relacionada solo con esos dos períodos.
Sí OK. Pero las señales defectuosas deben tener la polaridad opuesta a la buena cuando φ1 o φ2 están encendidos y no tienen la misma polaridad , por lo que su error de implementación no es evidente en el esquema. Comenzó bien, luego salió mal con φ3 agregado. Su error está oculto para nosotros. Pasa los dedos por el circuito original con la capacitancia de los dedos perdidos a Vdd o Vss hasta que encuentres el nodo con el problema en el interruptor del lado BAJO.
¿Falta Gnd para Vss en el interruptor IC? ¿mala conexión? En general, la pregunta está mal documentada para los números de pieza y pin, los enlaces de la hoja de especificaciones y el diseño de la foto. Necesita mejorar. Luego use números de punto de prueba TP# en etiquetas futuras o adecuadas
Hola Tony, gracias de nuevo por tus comentarios y sugerencias. 1) la polaridad parece estar bien de acuerdo con el esquema. Por ejemplo, cuando φ1 está ENCENDIDO, el PIN+ debe tener 18 V y el PIN- debe tener "18 V menos voltaje en CARGA". 2) Como se explica en la publicación, la adición de φ3 es una sugerencia de Spehro, que presenté en la publicación solo como aclaración. Esta prueba no se realiza porque consumirá más energía que la última propuesta con el espejo actual. 3) Las conexiones se verificaron varias veces.
En resumen, la situación inesperada ya se explica por el tiempo de configuración del amplificador operacional (como lo mencionó anteriormente Spehro). Además, al final se propone una solución para otros lectores. No tengo más preguntas.
Polaridad bien?? Entonces, ¿por qué aparece la misma forma de onda tanto en PIN+ como en PIN-? Debe ser complementario o diferencial.
Hola Tony, gracias por tus comentarios. La polaridad y el voltaje son correctos. Como sugirió anteriormente, el voltaje en la resistencia a tierra (es decir, 110 ohmios) se ajustó de 330 mV a 110 mV. Esto significa una corriente de 1mA. En otras palabras, existe una caída de tensión en la resistencia de 2.2K (la misma que se encuentra en los interruptores) que provoca una diferencia de forma de onda entre el PIN+ y el PIN- durante las etapas φ1 y φ2. En resumen, las formas de onda en la publicación son correctas, mostrando una diferencia entre cada PIN de alrededor de 2.2V en las etapas φ1 o φ2.
Resultados inesperados en el convertidor de voltaje a corriente (la simulación está bien)
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