Cálculo del valor de la resistencia de puerta para mejorar la estabilidad de la región activa

Estoy trabajando en un diseño de carga electrónica que controla un MOSFET de canal n con un amplificador operacional.

Me gustaría considerar agregar una resistencia de puerta (R3 en el esquema) para mejorar la estabilidad.

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He buscado bastante, pero no he podido encontrar ninguna descripción precisa de cómo analizar esa parte del circuito. Entiendo que la resistencia de la compuerta forma un filtro de paso bajo con la capacitancia de la compuerta y eso limita el ancho de banda de la señal aplicada al MOSFET, mejorando el margen de fase y haciendo que el circuito sea menos susceptible a la oscilación.

También encontré algunas heurísticas de que el valor debería estar entre 10R y 1K, pero me gustaría entender mejor la elección del diseño.

Sospecho que estoy calculando un polo de diagrama de Bode para el filtro RC formado por la resistencia y la capacitancia de la puerta. Sin embargo, no estoy seguro de qué valor de capacitancia de la hoja de datos MOSFET usar (suponiendo que Ciss = 2.4nF) y si se trata solo de aplicar 1/(2πRC) para ubicar el polo o si es más complicado en este caso. Eso funciona a aproximadamente 650 kHz con un valor de 100 Ω para R3, lo que me hace pensar que tal vez estoy en el camino correcto.

También me encantaría cualquier consejo sobre dónde ubicar razonablemente el poste para maximizar la estabilidad sin afectar negativamente el rendimiento del circuito. Solo adivinando, esperaría que el ancho de banda de 100 kHz fuera suficiente, pero no estoy seguro de si habría razones para colocar el poste más bajo o más alto.

Respuestas (1)

El polo formado por la resistencia de compuerta y la capacitancia de entrada en realidad haría que el circuito fuera menos estable. Esto se debe a que ya habrá un polo en el amplificador operacional que dará un cambio de ganancia de 20 db/década (cambio de fase de hasta 90 grados). Si agrega otro polo en el bucle, ahora tiene potencialmente un cambio de ganancia de 40 dB/década con el cambio de fase asintótico a 180 grados.

Agregaría una resistencia en la conexión desde la resistencia de detección a la entrada negativa del opamp y luego agregaría un capacitor desde la salida del opamp a la entrada negativa del opamp. Esto puede darte un polo dominante que reduce la ganancia antes de que el cambio de fase en la etapa de salida produzca un cambio de fase significativo. Puede resultar útil poner la resistencia en serie con el condensador de realimentación para obtener una mejor ganancia a frecuencias más altas.

La resistencia en la puerta del MOSFET puede ser útil para detener la inestabilidad de alta frecuencia; allí es apropiado un valor de 22-100 ohmios.

¿Algún consejo sobre cómo elegir valores para la resistencia de retroalimentación y el condensador que menciona?
Probablemente comenzaría con 1K y 1000pF y luego simularía.
Con respecto al impacto en la estabilidad de agregar la resistencia de compuerta (R3), eso no agregará un polo, ¿verdad? ¿No sería simplemente mover un poste que ya estaba allí? Según tengo entendido, el polo proviene de la reactancia de la capacitancia de la puerta que interactúa con Ro (la resistencia de salida del amplificador operacional) y R3 simplemente mueve ese polo al agregar Ro, ¿no es así?
Cierto, pero la bajará en frecuencia, probablemente a una región donde cause más problemas. Después de todo, el polo principal en un opamp compensado de polo dominante será de alrededor de 10 Hz.
Después de profundizar en mi aprendizaje, me di cuenta de que @Kevin tiene razón en esto, y que agregar una resistencia llamada "aislamiento de puerta" entre la salida del amplificador operacional y la puerta MOSFET solo es útil cuando el circuito de retroalimentación está conectado al salida del amplificador operacional (el lado izquierdo de la resistencia). En el caso anterior, simplemente mueve el polo problemático hacia abajo en frecuencia (quizás por un factor de dos), lo que ciertamente agravaría cualquier problema de estabilidad.
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