[rudy_b 1]

Что-то у меня когнитивно диссонирует...

А вы переключитесь на когнитивное резонирование, может полегчает...

 

[Меджикивис 0]

Ага, это проблема, но решаемая. Вместо одного полевика (мосфета) ставится каскод на двух полевиках. После этого петля стабилизирует не ток в индуктивность, а ток в исток верхнего полевика каскода и устойчивость схемы сразу возрастает на порядок. Ну а ток стока на полевике в точности равен току истока, т.е. точность не страдает. Такая схема нормально работает и на индуктивной нагрузке.

 

Каскод на полевиках обеспечивает и еще одну полезную вещь - нет потери напряжения на выходе. Если сделать его на биполярах - то минимальное напряжение на выходе будет равно напряжению на базе верхнего транзистора. А на полевиках оно равно нулю (ну, точнее, падению на двух полностью открытых полевиках, т.е., примерно на 2х50 мОм).

Как-то я не могу уловить, какую схему Вы представляете. Не могли бы Вы начертить? Можно без указания номиналов; надеюсь, что я пойму, что для чего.

 

 

[rudy_b 1]

Как-то я не могу уловить, какую схему Вы представляете. Не могли бы Вы начертить? Можно без указания номиналов; надеюсь, что я пойму, что для чего.

Примерно такая.

Модельку набросал навскидку, модели деталья - какие нашлись, втаскивать что-то более современное лениво, да и не слишком нужно. Особенно это касается полевиков - модели, которые были - плоховаты, поэтому напряжения в затворах верхних транзисторов каскода +5(5pl) и -5(5mn) пришлось увеличить до +8 и -12 В соответственно, иначе плохо отпирались. На современных деталях +/-5 В хватит.

Диаграммы напряжений в схеме - тут.

На верхней осциллограмме - ток через индуктивность и входной сигнал (деленный на 0.2 (Rшунта) и инвертированный для удобства сравнения).

На второй - напряжение на индуктивности (V(VIND)) и стоках выходных транзисторов каскодов (V(VOUT1) и V(VOUT2)).

На нижней - напряжения на затворах нижних полевиков каскодов (V(VDRV1) V(VDRV2)).

Схема устанавливает выходной ток, равный входному напряжению (Vinp) деленному на сопротивление шунта R2(R4 во втором плече)=0.2 Ом. Подаваемый сигнал такой: 0 : +1В : -1В : 0, соответственно амплитуда тока +/- 5А. Резисторы R6 и R10 выводят схему в режим АВ.

 

То, что я говорил про преимущество каскода на фетах корошо видно в моменты времени 12 и 46 мкс, когда опер загоняет выходные каскады в насыщение. Видно, что напряжение на индуктивности в эти моменты равно напряжению питания (24 В). Если бы каскоды были на биполярах - то максимальные напряжения были бы -16 и +12 В.

 

RC цепочки между выходом опера и полевиком - стандартные, обеспечивающие работу опера при поганой емкостной нагрузке (вход фет). А вот цепочки R1C1 и C9R15 корректируют работу именно на индуктивную нагрузку. Без них схема работает, но будет заметный звон на переходах. Но все корректирующие цепочки - тоже нарисовал навскидку, можно сильно поаккуратничать.

 

Ну и еще, видно, что переключение тока с -5 до +5А занимает порядка 12 мксек. Это время определяется напряжением питания и индуктивностью и, практически, не зависит от схемы (ежели она правильная, ессно). Поэтому никакой речи о 300 кГц при токе +/- 5А, питании 24В и индуктивности 30 мкГ не идет. При этих параметрах максимальная частота (без потерь амплитуды) будет порядка 30 кГц.

[Меджикивис 0]

Спасибо за проделанную работу и объяснения! Очень интересный пост.

Это очень правильно, что шунт включен в цепь истоков, а не катушки. (Я в цепь катушки включал: работает гораздо неустойчивее).

 

Имею теперь небольшие вопросы.

 

То, что я говорил про преимущество каскода на фетах корошо видно в моменты времени 12 и 46 мкс, когда опер загоняет выходные каскады в насыщение. Видно, что напряжение на индуктивности в эти моменты равно напряжению питания (24 В). Если бы каскоды были на биполярах - то максимальные напряжения были бы -16 и +12 В.

Почему? На насыщенном биполярнике остается менее 0.5V. (Больше конечно, чем на мосфете, но не на десяток же вольт?)

 

Я не очень осмысливаю вклад, который делают в такой схеме "верхние" мосфеты. Они включены по сути повторителями постоянного потенциала. Ток в цепи они не меняют, но снижают напряжение на стоке "нижних" мосфетов. Что это дает? - мосфет и так высоковольтный, будет ли у него на стоке 5v или 24 - какая разница?

Если верхние мосфеты убрать - что изменится в работе?

 

 

 

[rudy_b 1]

Это очень правильно, что шунт включен в цепь истоков, а не катушки. (Я в цепь катушки включал: работает гораздо неустойчивее).

А это - принципиально. Схема стабилизирует ток в исток верхнего мосфета, а индуктивность в эту цепь не входит (почти), она отсечена верхним мосфетом. Поэтому схеме гораздо легче жить.

 

Почему? На насыщенном биполярнике остается менее 0.5V. (Больше конечно, чем на мосфете, но не на десяток же вольт?)

Да, но база верхнего биполяра будет подключена к +8 вольтам. Соответственно его коллектор не может опустится заметно ниже ее, т.е. минимальное напряжение будет 8 В. Аналигично в минусовой цепи коллектор не поднимется выше -12В.

 

Я не очень осмысливаю вклад, который делают в такой схеме "верхние" мосфеты. Они включены по сути повторителями постоянного потенциала. Ток в цепи они не меняют, но снижают напряжение на стоке "нижних" мосфетов. Что это дает? - мосфет и так высоковольтный, будет ли у него на стоке 5v или 24 - какая разница?

Если в двух словах - то они изолируют индуктивность от генератора тока. Если их нет, то любые скачки напряжения на индуктивности через емкость сток-затвор попадут в схему генератора тока и он будет визжать как резаный, застабилизировать его практически не удасться.

 

А при наличии верхнего полевика - ток этой емкости (сток-затвор) замкнется на заземленный (по переменке) затвор и заглохнет. А в исток (в схему генератора тока) попадет лишь малая его часть, поэтому устойчивость генератора тока становится гораздо выше и можно добиться его работы без визгов.

 

Ну или, другими словами, он в десятки раз снижает паразитную обратную связь через емкость сток-затвор, что обеспечивает устойчивую работу схемы.

 

Погуглите про каскоды, они широко используются. Да и двухзатворные полевики - это тоже каскоды, только неявные.

 

Если верхние мосфеты убрать - что изменится в работе?

Схема будет визжать и подавить визг будет практически невозможно.

 

Да, и еще. Схему можно построить и иначе, например объединить токоизмерительные резисторы и т.п., это я просто по старой канве нарисовал. Но делать это не очень смысленно, что-то станет лучше, что-то хуже.

[Меджикивис 0]

Большое спасибо за подробные разъяснения!

 

Суть ясна, а детали может осветить практическая проверка.

 

[Plain 206]

модели деталья - какие нашлись

Комментарий нужный, потому что эти при 150 Вт постоянной рассеиваемой сразу погибнут.

 

В этой связи ещё раз обращаю внимание на несравненно холоднее импульсный вариант пресловутого каскода, а именно переключение нагрузки мостом, питаемым током. Непрерывный ток можно получить любым стабилизатором соответствующей топологии — Buck, Zeta, Cuk и т.п.

[rudy_b 1]

Комментарий нужный, потому что эти при 150 Вт постоянной рассеиваемой сразу погибнут.

Совершенно справедливо.

 

В этой связи ещё раз обращаю внимание на несравненно холоднее импульсный вариант пресловутого каскода, а именно переключение нагрузки мостом, питаемым током. Непрерывный ток можно получить любым стабилизатором соответствующей топологии — Buck, Zeta, Cuk и т.п.

Для исходной задачи, судя по всему, правильно делать вовсе не усилитель, а именно, генератор, причем, как совершенно верно отмечено - импульсный. Общая потребляемая мощность сразу упадет с сотни ватт до единиц, да и схема существенно упростится.

 

Автор топика, вероятно, не совсем верно поставил задачу, отсюда и заморочки с усилителем. Да и работать с частотами до 300 кГц с генератором гораздо сподручнее - на высоких частотах отдельные импульсы с контролируемыми амплитудой и длительностью, на низких - переход в режим импульсной стабилизации тока с понижением напряжения питания. Точность на высоких частотах, ессно, существенно снизится, но, похоже, она и не особо нужна, да и адаптивную медленную подстройку несложно сделать.

[Меджикивис 0]

Не забывайте опять же, что внутри катушки живой объект. Как повлияет наложение вч-пульсаций - неизвестно. Поэтому, имхо, сглаживание пульсаций ШИМа обязательно. И хорошее.

 

Мне кажется поэтому, что аналоговый вариант как-то доступнее, хотя печка конечно, я не спорю. Но разве требования экономичности у автора на первом плане?

 

[KARLSON 1]

На первом плане форма тока, без генераций/шума. На втором экономичность. Сейчас мы рассеиваем 120Вт по каждому питанию.

 

Спасибо за обсуждение, много нового узнал, осмысливать ветку не один день буду. Об ШИМах и импульсных вариантах думал, но схем хороших не рождалось в моей голове.

[rudy_b 1]

...Сейчас мы рассеиваем 120Вт по каждому питанию...

...но схем хороших не рождалось в моей голове.

Да схема-то несложная, например такая (модели - опять же, какие были). В данном варианте на выходе порядка 330 кГц при токе под 3А. Питания 400v и 10v полезно регулировать импульсным стабилизатором и задавать нужные значения.

Просто ей нужно аккуратно управлять.

Причем полевики Q2 и Q4 и питание 10В - про запас, если нужен крутой фронт у длинных импульсов.

Зато экономично получается - в сумме - менее 10 Вт от 400 В (рекуперация).

На верхнем графике - усредненные мощности в полевиках одного из плеч - Q1 и Q5 (пардон, неправильно указал Q2). На втором - ток через индуктивность, на 3 - напряжения на ногах индуктивности, внизу - управляющие сигналы. Полевики Q2 и Q4 в данном случае не используются и постоянно закрыты.