對于工程師來說,電流源是個不可或缺的儀器,也有很多人想做一個合用的電流源,而應用開源套件,就只是用一整套的PCB,元件,程序等成套產品,參與者只需要將套件的東西焊接好,調試一下就可以了,這里面的技術含量能有多高,而我們能從中學到的技術又能有多少呢?本文只是從講述原理出發,指導大家做個人人能掌控的電流源。本文主要就是設計到模擬部分的內容,而基本不涉及單片機,希望朋友能夠從中學到點知識。上次講到《電流源設計小Tips(二):如何解決運放振蕩問題》,今天接下來看其它部分的學習。
思路大致如此:
1. 選用功率MOSFET的原因基于兩點考慮。
首先功率MOSFET并非很慢,而穩恒源不要求很快。
其次是成本和功率容量,使用功率MOSFET首要的是安全工作區,電源使用中要應對用戶各種各樣的操作,很多是違反規程的,但用戶只能教育不能要求,因此安全工作區會選得余量很大。事實上,就價格、性能和此電流源可能產生的最大功率而言,幾乎沒有比520/530更合適的MOSFET可選。
對于穩恒應用,此電流源架構并無致命問題,是個典型的方法。
頻率補償在所有線性電源里都在所難免,研發過程中對補償花費的時間也基本相當,只是經驗上有所差別。
補償很簡單,理論一講起來就長篇累櫝。之所以花了大功夫,就是要大家了解振蕩是可分析和可控的,遇到振蕩不必手足無措。
2. 1M帶寬內的振蕩對于負載有時比高頻振蕩更可怕,對于線性電源而言,1M正好處于系統的處理頻段內(再高也振不動),因此振蕩幅度可能極為可觀,這一點【47樓】 yan_jian應該體會很深。曾經被10k的振蕩電過,36Vpp而已,和220V的感覺差不多。
至于疊加處理,只要不是直流,拉普拉斯變換應該問題不大。
pH確實是在任何情況下都有潛在振蕩的危險,但為區分po和pH的區別,講述順序上po由于很容易發現而在前,此時pH是次要矛盾,為突出重點可先不考慮。實際的電路中,Cgs可能達到10000pF(30N50),po就不是800k了,很可能在gm很小的時候就有作用。
況且po和pH的處理上差別很大,一種補償很難同時處理好,要用到不同的補償方法,一起考慮會比較亂。
畢竟不是理論課,基本上是個調試過程的再現,分析過程更針對動手。
超beta管在10幾年前的雙極運放中很常見,通常beta》3000。如果beta=1200,普通的達林頓結構就可達到。自然這是純雙極平面工藝的處理方法,因此CMOS里肯定沒有,BiCMOS里由于MOS的特性應該用不到。
晶體管級別的分析放下很久了,很多參數都記不住了,再拿起來真的很頭疼,如有錯誤,請大家指正。
呵呵,看到大補就想起發燒,手上還有一大盒用不出去的補品。
只用了2毛錢,7個普通元件。
商用線性電源里用得更多,Agilent 364x里的補償元件一眼看去不完全統計不下20個,我的產品你見過的大板上也有十幾個,在學校的時候扒過固緯的電源,僅運放輸出端與MOSFET柵極之間就有十幾個。pL之前的斜率為0,經過pL后斜率為-20dB/DEC(-6dB/倍頻程),經過po后斜率為-40dB/DEC(-12dB/倍頻程)經過pH后斜率為-60dB/DEC(-18dB/倍頻程)。
極點使之后的幅度頻響曲線斜率降低20dB/DEC。
零點使之后的幅度頻響曲線斜率增高20dB/DEC。
暈,趕緊又查了遍書,應該不會錯吧,呵呵。
PS:pL/pH相差6個DEC,極點前2個DEC相位開始偏轉,到達極點時為-45,再過2個DEC就到-90了。補償之前,po處的相位正好是-135,之后超過-135,使相位裕量小于45,系統振蕩。符合穩定性判據。
經過這么長時間的煎熬,終于見到完整的電路。
圖中增加了運放雙電源退耦電容,主電源退耦電容和輸出續流二極管。
本次增加成本:
0.1uF/50V電容 3只 單價0.03元,合計0.09元
10uF/25V電容 2只 單價0.05元,合計0.10元
100uF/25V電容 1只 單價0.20元,合計0.20元
1N4007二極管 1只 單價0.07元,合計0.07元
合計:0.46元
合計成本: 15.04元
電流源的電源
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這個勿需多言。但考慮中國電網質量,請盡量選擇正規廠家的E型變壓器。基于同樣的原因,建議使用電源濾波器。
保險和開關按需使用。
真的完成了么?
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還差得遠,這只是一個原理圖。
在原理圖中,至少有幾個經驗 值得記住,對于我來說是很多年的摸索和很多銀子的教訓。
1. 模擬放大器的設計中,原理圖階段要注意頻率補償的必要性。
任何放大器都需要補償,由于不會總有合適的Aopen,因此總會有修修改改。
基本運放電路里似乎從不考慮這個問題,但這只是最近20年的事,20年前即使基本運放電路也要補償。
知識封裝得越嚴重,越應了解原理。中國缺乏電子科技文化,都被封裝的知識替代了。
2. 既然如此,原理圖階段就應預測所有可能的補償方法及其位置,并保留補償元件位置。
這是幾千塊錢帶來的經驗,說教訓也行。
3. 所有的元件及其取值都必須有根據,即都是算出來的。
這一點在之前17節中反復強調。圖中所有元件都是按要求選擇或計算得到。
下一次再對人家說,我用的OP07,我用的LT1028,一定要記得說出選擇的依據。
國內的模擬電路設計出來,很多元件的取值都是經驗,缺乏根據。一旦電路并不如設計者所愿工作時,便無從下手。因此再看到Agilent電路里那些奇怪的電阻電容(直流分析里似乎多余),千萬不要忽略,盡量把它算出來,會有巨大成長。必須記住,僅能分析直流是否負反饋對于模擬電路是遠遠不夠的。
這些的確很難馬上做到,良心話,幾千塊錢和幾年時間是必須的。但如果之前就有這根弦,會少走點彎路。
淺以為,就這三點,應可達到這次特殊開源的目的。
原理圖下面似乎就是PCB了?
不,還早。
PCB只是一個結果,電磁/熱耦合管理的結論。
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