Amplifier une impulsion carrée pour piloter une charge PWM 30-60V 100 Ohm
Charge:
- R environ 100 ohms.
- Fonctionne avec PWM.
- A une réponse IV moyenne linéaire avec une impulsion carrée jusqu'à 10 KHz.
- La tension maximale absolue est de 60V.
- Le courant moyen maximum absolu est V * duty% / R <100mA.
- Puissance maximale absolue moyenne de 0,85 W.
Exigence d'opération:
- Plage de tension en amont: 0-60 V. (peut être fournie par le bloc d'alimentation en amont en mode CC / CV)
- Gamme de fréquence: 0,5 - 4 kHz.
- Plage de cycle de service: 0% -95%.
- Peut accepter le déclenchement (4 kHz).
- Peut diviser le déclencheur (f / 2, f / 4, etc.)
- Délai de déclenchement réglable.
- Nettoyer la forme d'onde.
- Le plus petit temps de montée et de descente possible.
Je ne connais aucun équipement répondant à toutes ces exigences. La plupart des générateurs de fonctions ne peuvent atteindre que +/- 10 V. La plupart des alimentations de table fournissent uniquement du courant continu en mode CV / CC.
Les appareils d'E / S numériques (Arduino, etc.) avec une horloge plus rapide peuvent atteindre tous ces objectifs, sauf l'exigence de tension. Il existe peut-être une sorte d'amplificateur qui peut amener la tension à 60 V, mais les modules de suralimentation DC-DC ne fonctionnent qu'avec une entrée / sortie DC.
Réponses
Première coupe - avec accélérations incluses
Voici une version d'un circuit simple pour piloter une sortie de tension plus élevée à partir d'une simple broche d'E / S MCU:
simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab
Le problème avec le circuit ci-dessus est que la seule protection contre les courts-circuits dont il dispose est basée sur le courant fourni dans la base de l'un ou l'autre \$Q_1\$ou \$Q_2\$. Bien que cela semble, au début, limiter la sortie en situation de court-circuit, le problème le plus important est que les BJT de sortie vont probablement brûler (se dissiper trop) lorsqu'ils sont confrontés à un événement de court-circuit. Les BJT ont également un problème où ils peuvent chauffer un peu et être capables de fournir encore plus de courant de sortie. Et les BJT varient, de toute façon, les uns aux autres. Donc rien n'est vraiment sûr même si vous pouviez gérer la dissipation.
Ainsi, le circuit ci-dessus n'est pas tout à fait à l'abri d'événements accidentels.
Seconde coupure - repli courant pour protéger les transistors du conducteur
Un système de repli actuel est probablement important pour aider à limiter la dissipation. Cela ne limite pas seulement le courant, cela retardera également le courant en cas de court-circuit afin de protéger les BJT de sortie et de maintenir leur dissipation à un niveau relativement sûr.
En général, l'idée de base ressemble à ceci:
simuler ce circuit
Le seul ajout est une topologie de repli pour chacun des deux BJT de sortie. Oui, c'est un peu plus compliqué. Mais cela vaut également la peine d'être fait.
Le circuit ci-dessus sera au maximum à environ \$50\:\text{mA}\$avant qu'il ne commence à se replier, dur. C'est quand la tension chute entre les deux \$12\:\Omega\$les résistances dépassent environ \$600\:\text{mV}\$. Lorsque cela se produit, il inverse rapidement son comportement et le courant de charge est forcé de passer par le \$120\:\text{k}\Omega\$résistances, ce qui limitera le courant de court-circuit à environ \$500\:\mu\text{A}\$.
Voici une simulation de la sortie en utilisant des cycles de service variables et à votre taux de fréquence maximum de \$4\:\text{kHz}\$sur le schéma ci-dessus qui inclut la limitation de courant et entraîne une charge demandant \$\approx 55\:\text{mA}\$ (le maximum absolu avant qu'il ne commence à se replier, rapidement):
(Si la charge demande \$60\:\text{mA}\$le circuit ci-dessus flat-lines immédiatement et délivre environ \$500\:\text{mV}\$au \$1\:\text{k}\Omega\$load [encore une fois, démontrant le courant maximum de \$500\:\mu\text{A}\$ limite actuelle.])
Une petite dégénérescence des émetteurs pourrait être ajoutée à \$Q_4\$et \$Q_5\$. Ce serait de l’ordre de \$\frac{100\:\text{mV}\cdot R_4}{V_\text{CC}-V_\text{BE}}\$. Dans le circuit ci-dessus, peut-être \$47\:\Omega\$. Ce n'est probablement pas nécessaire. Mais cela apporterait un peu plus de cohérence, d'un circuit à l'autre et d'une température de fonctionnement à l'autre.
Sommaire
Rien de tout cela n'est un système complet. Il semble vraiment que vous ayez le budget (d'après vos commentaires) pour une unité commerciale, s'il en existait une pour répondre à vos besoins. Cela pourrait également payer pour un bon amateur pour le créer et le tester pour vous, avant la livraison. (Il n'y parviendra probablement pas avec une conception entièrement personnalisée d'un designer professionnel - du moins pas aux États-Unis où la main-d'œuvre qualifiée n'est pas bon marché.)
Je ne suis moi-même qu'un amateur, et c'est probablement l'approche que je prendrais. C'est bon marché, facile à bricoler et me permet de dépenser 1000 USD pour un outil de fantaisie (jouet) que je pourrais mieux utiliser que de gaspiller l'argent ici.
À propos, si vous construisez deux des circuits ci-dessus, vous avez deux "ponts en h" et pouvez créer une sortie pontée qui peut inverser la tension appliquée sur votre charge (suspendue entre les deux sorties.) Juste quelque chose à penser à propos.
Ce qui soulève un dernier point. Si vous souhaitez acheter quelque chose, recherchez des circuits intégrés à pont en H qui peuvent prendre en charge la tension souhaitée. (L' UC2950T est le genre de chose auquel je pense, sauf qu'il ne peut pas gérer l'exigence de tension que vous avez.)