[CDEY] Configurazione mosfet - Progetto di un carico attivo

[DirtyDeeds]

La resistenza al Gate consente di limitare la corrente massima erogata dall'amplificatore operazionale utilizzato in sede di pilota e controllore.
Il valore di tale resistenza va calcolato in modo da non sovraccaricare l'amplificatore operazionale.

Uhm... la resistenza non ha veramente tale funzione e non è detto che sia necessaria. Quando l'impedenza di uscita ad anello aperto dell'op amp ha una componente induttiva, la resistenza può essere usata per smorzare la risonanza tra tale componente induttiva e la capacità d'ingresso del MOS. La componente induttiva dell'impedenza di uscita può venire sia dai collegamenti sia dal comportamento dello stadio finale dell'op amp, a collettore comune.

La corrente di uscita dall'op amp è già limitata o dalla protezione interna o dallo slew-rate, vince la limitazione più piccola. Uno deve prima decidere che velocità di risposta vuole, poi progetta un pilotaggio adeguato.

[brabus]

BrunoValente, conosco quel driver, è una bomba!
Eccellente candidato come stadio d'uscita del DDS (altro progetto, oplà!): piatto fino a ben 10 MHz, potenza a volontà. Pensiamoci!
Se scegliamo di impiegare tale driver per pilotare il Mosfet, ci ricolleghiamo al discorso di DirtyDeeds.

DirtyDeeds, post da incorniciare.
Hai espresso il concetto nella maniera migliore in assoluto, è esattamente così.
A questo punto spostiamo il problema: quale banda desideriamo ottenere dallo stadio di potenza?
Chiaro, possiamo salire sconsideratamente e impiegare driver potentissimi, ma cui prodest?

Io propongo di definire due boundaries, che ci consentiranno di ricavare i dati richiesti:
- Banda desiderata dal sistema catena chiusa. Direi che 100 kHz sono abbastanza per tutte le esigenze hobbystiche.
- Costo. Salendo con le prestazioni dobbiamo acquistare opamp e driver di costo superiore e incerta reperibilità. I TL082 sono come il prezzemolo, l'LME49600 forse uscirà di produzione a breve... chi lo sa!

Quali limiti ci poniamo? Ragazzi proponete la vostra idea, decidiamo insieme e poi potremo proseguire con il dimensionamento.

Inciso: ho scelto di esporre il dimensionamento in ogni dettaglio al fine di renderlo modulare.
Se vogliamo cambiare i part number e salire di prestazioni, basterà aggiustare un paio di valori in Scilab e otterremo immediatamente il dimensionamento del controllore (per la gioia di BrunoValente).

Questa discussione mi sta entusiasmando sempre di più. Grandi ragazzi.


EnChamade, ho corretto il typo. Che ricordi, puoi dirlo forte. Sono orgoglioso di aver condotto, in illo tempore, la progettazione di quel carico con te. Ecco, l'ho detto!
Mi aspetto una tua risposta alla considerazione di DirtyDeeds.

[IsidoroKZ]

Uhm... la resistenza non ha veramente tale funzione e non è detto che sia necessaria...

In effetti lo scopo della resistenza di gate in questo circuito serve anche per facilitare la compensazione in frequenza. Una elevata capacita` collegata direttamente all'uscita dell'amplificatore introduce, se va bene, un polo a bassa frequenza che entra direttamente nel guadagno di anello, sia attraverso Z2 che attraverso MOS, Rsh e amplificatore diffferenziale. Se invece va male fa entrare in gioco qualche non linearita` e diventa complicato da analizzare.

Per isolare l'effetto del carico capacitivo si mette una resistenza Rg che separa l'uscita dalla capacita` di ingresso del MOS, come Z2 si mette una capacita` in modo che ad alta frequenza la retroazione arriva da Z2 garantendo un adeguato margine di fase, e a bassa frequenza la retroazione fa l'altro giro e il guadagno in bassa frequenza e` quello voluto e con un guadagno di anello elevato.

[brabus]

Se ho ben capito, IsidoroKZ, il polo a bassa frequenza nasce dalla resistenza d'uscita non nulla del driver, che andiamo appunto a disaccoppiare dal carico capacitivo tramite .

Mi chiedo dunque: esistono criteri di progetto in forma chiusa, oppure è necessario caratterizzare il driver (nel nostro caso l'opamp) "a mano", e in seguito dimensionare ?
Non ho ancora trovato, in alcun datasheet, un'indicazione almeno sommaria dell'impedenza di uscita.

[Kagliostro]

Scusate se mi permetto una domanda

Sino a che tensione prevedete si potrà usare il carico ?

Personalmente avrei bisogno di un carico da (surdimensionando) circa 800mA-1000mA con una tensione fino a 600V-1000V DC, di qui la mia curiosità

Grazie

K

[brabus]

Ciao Kagliostro,

È tutto scritto nelle specifiche del post 89.

Arrivare a 1 kV implica uno sforzo decisamente superiore, ma ci possiamo ragionare senz'altro a progetto finito. Come già detto, la natura modulare del sistema consente di ritoccarne le specifiche senza dover riprogettare tutto. A presto!

p.s.:1 kV @ 1A ... si tratta pur sempre di 1 kW da dissipare in calore... al di là della dissipazione massiccia, che razza di alimentatore hai?

[Kagliostro]

La domanda era formulata in modo forse un po' troppo generico

ma la ponevo come curiosità, non intendevo in nessun modo interferire con il progetto

Per entrare un po' di più sull'argomento

si tratta di aver modo di testare dei trasformatori sconosciuti con il vecchio metodo del calcolo della corrente in base alla caduta sotto carico ed al successivo test sottoponendo il trasformatore ad un carico adeguato per un certo numero di ore per verificarne il livello di riscaldamento

Normalmente le tensioni possono essere nell'ordine di 300V - 500V DC con correnti fino a 250mA - 300mA

Ma non è impossibile salire con le tensioni e correnti, per fare un esempio ho un paio di trasformatori da 800V AC che pesano qualche kg che mi sono stati regalati, l'unica cosa che so è che erano montati su degli amplificatori lineari a valvole per Radio Frequenza

se conoscessi le correnti erogabili da questi trasformatori, potrei farne uso per un paio di (grossi) amplificatori a valvole per Chitarra Basso dove 300W di potenza audio non sono poi molti

Conscio del fatto che si tratterebbe di un utilizzo di nicchia e che non interessa alla stragrande maggioranza degli utenti del forum, ponevo la domanda a livello curiosità

Se poi, a progetto ultimato fosse possibile vedere come fare per un eventuale adattamento all'uso .........

Comunque grazie per l'attenzione

K

[IsidoroKZ]

esistono criteri di progetto in forma chiusa, oppure è necessario caratterizzare il driver (nel nostro caso l'opamp) "a mano", e in seguito dimensionare ?

Mi pare ci sia qualcosa sul Franco, Design with OP AMP and Linear ICs, sui seminari della AD "Op Amp Applications Handbook" di Walt Jung. La trattazione piu` completa che ricordo e` sul Dostal, Operational Amplifiers. Su questo libro c'e` tutto e anche molto ben spiegato.

C'era poi forse una application della vecchia PMI, mi pare di Erdi, e a spanne direi che si potrebbe anche cercare sul Feucht "Handbook of Analog Circuit Design". Una occhiata alle application notes della Linear Technology scritte da Jim Williams potrebbero anche essere utile: anche se non si trova la risposta, e` sempre un piacere leggerle e si impara sempre qualcosa.

Per quanto mi riguarda ogni volta faccio il conto a mano, ci metto meno tempo che andare a cercare nei riferimenti.

[brabus]

Perfetto, grazie!

Qui andiamo davvero fin nel dettaglio, ma personalmente è proprio ciò che cercavo. Grazie di nuovo.
Il Dostal si trova su Amazon per 275$ usato... Ci faccio un pensierino a Natale.

Inizio dalla ricerca nelle AN di Linear.

[OT]

Jim Williams, che leggenda... e che sfortuna.
Riporto a tal proposito un link molto interessante che raccoglie un sacco di aneddoti di un'altra leggenda, tragicamente legata a Williams: Bob Pease.

http://www.ti.com/ww/en/bobpease/assets/www-national-com_rap.pdf

[/OT]

[EnChamade]

Mentre capiamo come dimensionare la , ho buttato giù un primo dimensionamento del controllore, un po' per capire possibili limiti e dove casomai agire per ottenere la banda da 100kHz.
Ho provato ad inserire un PI come compensazione e, procedendo alla vecchia maniera con i bode asintotici, ho ottenuto questo (sperando di non aver sbagliato i conti...):

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

dove è la fdt del mosfet + misura di corrente, è il controllore di compensazione e è il guadagno d'anello risultante. Ho tenuto il polo che si ottiene con la da 1kohm e cosiderato l'amplificatore per la misura della corrente con guadagno 20 ed implementato con un TL082: insomma ho ottenuto quello che ha fatto brabus fino ad ora.
Operando la cancellazione del polo sui 30kHz con lo zero del PI ed imponendo il cross a 100kHz, così come siamo messi, si riesce ad ottenere un margine di fase poco più di 45°... Il PID nemmeno è percorribile con il TL082 perché il prodotto banda guadagno è troppo basso per compensare adeguatamente il polo a 142kHz.
Da questo dimensionamento, che ho fatto sostanzialmente per esplorare l'utilizzo di FidoCADJ con i diagrammi di Bode e per preparare le griglie da usare in futuro, secondo me quello che è più limitativo è il polo a 142 kHz introdotto dal sensing di corrente, ma allo stesso tempo non è nemmeno bene portarlo troppo su...