Amplifica un impulso a onda quadra per pilotare un carico PWM da 30-60 V a 100 Ohm

Question

Caricare:

• R intorno a 100 ohm.
• Funziona con PWM.
• Ha una risposta IV media lineare con impulso quadrato fino a 10 KHz.
• La tensione massima assoluta è 60 V.
• La corrente media massima assoluta è V * duty% / R <100mA.
• Potenza massima assoluta media 0,85 W.

Requisiti di funzionamento:

• Intervallo di tensione a monte: 0-60 V. (Può essere fornito da PSU a monte in modalità CC / CV)
• Gamma di frequenza: 0,5 - 4 kHz.
• Intervallo del ciclo di lavoro: 0% -95%.
• Può accettare trigger (4 kHz).
• Può dividere il trigger (f / 2, f / 4, ecc.)
• Ritardo di attivazione regolabile.
• Forma d'onda pulita.
• Il minor tempo possibile di salita e discesa.

Non sono a conoscenza di alcuna attrezzatura che soddisfi tutti questi requisiti. La maggior parte dei generatori di funzioni può raggiungere solo +/- 10 V. La maggior parte degli alimentatori da banco forniscono solo CC in modalità CV / CC.

I dispositivi I / O digitali (Arduino, ecc.) Con clock più veloce possono raggiungere tutti quelli tranne il requisito di tensione. Forse esiste una sorta di amplificatore che può portare la tensione a 60 V, ma i moduli boost DC-DC funzionano solo con ingresso / uscita CC.

Answer 1

Primo taglio - con accelerazioni incluse

Ecco una versione di un semplice circuito per pilotare un'uscita di tensione più elevata da un semplice pin I / O MCU:

^{simula questo circuito - Schema creato utilizzando CircuitLab}

Il problema con il circuito di cui sopra è che l'unica protezione da cortocircuito che ha si basa sulla corrente fornita alla base di \$Q_1\$o \$Q_2\$. Sebbene ciò sembri, all'inizio, limitare l'uscita in una situazione di cortocircuito, il problema più importante è che i BJT in uscita probabilmente bruceranno (dissiperanno troppo) di fronte a un evento di cortocircuito. I BJT hanno anche un problema in cui possono riscaldarsi un po 'e quindi essere in grado di fornire ancora più corrente di uscita. E i BJT variano, comunque, l'uno con l'altro. Quindi nulla è veramente sicuro anche se si potesse gestire la dissipazione.

Quindi il circuito di cui sopra non è del tutto al sicuro da eventi accidentali.

Secondo taglio - foldback corrente per proteggere i transistor del driver

Uno schema di foldback corrente è probabilmente importante per limitare la dissipazione. Questo non limita solo la corrente, ma ritarda anche la corrente in caso di cortocircuito in modo da proteggere i BJT di uscita e mantenere la loro dissipazione a un livello relativamente sicuro.

In generale, l'idea di base è simile a questa:

^{simulare questo circuito}

L'unica aggiunta è una topologia foldback per ciascuno dei due BJT di uscita. Sì, è un po 'più complicato. Ma vale anche la pena farlo.

Il circuito di cui sopra raggiungerà il massimo a circa \$50\:\text{mA}\$prima che inizi a piegarsi, duro. È quando la tensione scende tra i due \$12\:\Omega\$resistori supera circa \$600\:\text{mV}\$. Quando ciò si verifica, capovolge rapidamente il suo comportamento e la corrente di carico è costretta a procedere attraverso il \$120\:\text{k}\Omega\$resistori, che limiteranno la corrente di cortocircuito a circa \$500\:\mu\text{A}\$.

Ecco una simulazione dell'output utilizzando diversi cicli di lavoro e al tuo tasso di frequenza massimo di \$4\:\text{kHz}\$sullo schema sopra che include la limitazione di corrente e sta guidando un carico che richiede \$\approx 55\:\text{mA}\$ (il massimo assoluto prima che inizi a piegarsi, rapidamente):

(Se il carico richiede \$60\:\text{mA}\$le linee piatte del circuito di cui sopra immediatamente e fornisce circa \$500\:\text{mV}\$al \$1\:\text{k}\Omega\$carica [ancora, dimostrando la corrente massima di \$500\:\mu\text{A}\$ Limite corrente.])

Si potrebbe aggiungere una piccola degenerazione dell'emettitore a \$Q_4\$e \$Q_5\$. Questo sarebbe nell'ordine di \$\frac{100\:\text{mV}\cdot R_4}{V_\text{CC}-V_\text{BE}}\$. Nel circuito sopra, forse \$47\:\Omega\$. Probabilmente non è necessario. Ma fornirebbe un po 'più di consistenza, da un circuito all'altro e da una temperatura di esercizio all'altra.

Sommario

Niente di tutto questo è un sistema completo. Sembra davvero che tu abbia il budget (dai tuoi commenti) per un'unità commerciale, se ne esisteva una per soddisfare le tue esigenze. Potrebbe anche essere utile per un buon hobbista crearlo e testarlo per te, prima della consegna. (Probabilmente non lo raggiungerà con un design completamente personalizzato da un designer professionista, almeno non negli Stati Uniti dove la manodopera istruita non è economica.)

Sono solo un hobbista, me stesso, e questo è probabilmente l'approccio che adotterei. È economico, facile da mettere insieme e mi permette di spendere quei 1000 dollari in uno strumento di fantasia (giocattolo) che potrei usare meglio che sperperare i soldi qui.

A proposito, se costruisci due dei circuiti sopra, hai due "ponti h" e puoi creare un'uscita a ponte che può invertire la tensione applicata al tuo carico (sospesa tra le due uscite). Solo qualcosa su cui pensare. di.

Il che solleva un ultimo punto. Se vuoi comprare qualcosa, cerca i circuiti integrati h-bridge in grado di supportare la tensione che desideri. (L' UC2950T è il tipo di cosa a cui sto pensando, tranne per il fatto che non può gestire i requisiti di tensione che hai.)