구형파 펄스를 증폭하여 30-60V 100Ω PWM 부하 구동

Aug 19 2020

하중:

R 약 100 옴.
PWM으로 작동합니다.
최대 10KHz의 사각 펄스로 선형 평균 IV 응답이 있습니다.
절대 최대 전압은 60V입니다.
절대 최대 평균 전류는 V * duty % / R <100mA입니다.
절대 최대 전력 평균 0.85W.

작업 요구 사항 :

업스트림 전압 범위 : 0-60V (CC / CV 모드에서 업스트림 PSU에서 제공 가능)
주파수 범위 : 0.5-4kHz.
듀티 사이클 범위 : 0 % -95 %.
트리거 (4kHz)를 수용 할 수 있습니다.
트리거 분할 가능 (f / 2, f / 4 등)
조정 가능한 트리거 지연.
깨끗한 파형.
가능한 한 작은 상승 및 하강 시간.

나는 이러한 모든 요구 사항에 맞는 장비를 알지 못합니다. 대부분의 함수 발생기는 +/- 10V에만 도달 할 수 있습니다. 대부분의 벤치 전원 공급 장치는 CV / CC 모드에서 DC 만 공급합니다.

클럭이 더 빠른 디지털 I / O 장치 (Arduino 등)는 전압 요구 사항을 제외한 모든 것을 달성 할 수 있습니다. 전압을 60V로 끌어 올릴 수있는 일종의 증폭기가있을 수 있지만 DC-DC 부스트 모듈은 DC 입력 / 출력에서만 작동합니다.

답변

6 jonk Aug 19 2020 at 08:18

첫 번째 절단-속도 향상 포함

다음은 간단한 MCU I / O 핀에서 더 높은 전압 출력을 구동하는 간단한 회로의 버전입니다.

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 생성 된 회로도}

상기 회로의 문제점이있는 유일한 단락 보호 기능이 하나의베이스에 제공되는 전류에 기초한다는 것이다 \$Q_1\$또는 \$Q_2\$. 처음에는 단락 상황에서 출력을 제한하는 것처럼 보이지만 가장 중요한 문제는 출력 BJT가 단락 이벤트에 직면했을 때 아마도 연소 (너무 많이 소멸)된다는 것입니다. BJT는 또한 약간 가열되어 더 많은 출력 전류를 공급할 수있는 문제가 있습니다. 그리고 BJT는 어쨌든 서로 다릅니다. 따라서 방산을 처리 할 수 있더라도 실제로는 확실하지 않습니다.

따라서 위의 회로는 우연한 사건으로부터 안전하지 않습니다.

두 번째 컷-드라이버 트랜지스터를 보호하기위한 전류 폴드 백

현재의 폴드 백 방식은 손실을 제한하는 데 중요 할 수 있습니다. 이것은 전류를 제한 할뿐만 아니라 출력 BJT를 보호하고 상대적으로 안전한 수준으로 소산을 유지하기 위해 데드 쇼트의 경우 전류를 지연시킵니다.

일반적으로 기본 아이디어는 다음과 같습니다.

^{이 회로를 시뮬레이션}

유일한 추가는 두 개의 출력 BJT 각각에 대한 폴드 백 토폴로지입니다. 예, 조금 더 복잡합니다. 그러나 그것은 또한 가치가 있습니다.

위의 회로는 약 \$50\:\text{mA}\$접 히기 전에 세게. 전압이 둘 사이에 떨어질 때 \$12\:\Omega\$저항기 초과 약 \$600\:\text{mV}\$. 이런 일이 발생하면 빠르게 동작을 뒤집고 부하 전류가 \$120\:\text{k}\Omega\$저항기, 단락 전류를 약 \$500\:\mu\text{A}\$.

여기 듀티 사이클을 변화하여 출력 및 최대 주파수 속도로 시뮬레이션입니다 \$4\:\text{kHz}\$전류 제한이 포함 된 위의 회로도에서 \$\approx 55\:\text{mA}\$ (빠르게 접 히기 시작하기 전의 절대 최대 값) :

(부하가 \$60\:\text{mA}\$위의 회로는 즉시 평평하고 약 \$500\:\text{mV}\$받는 사람 \$1\:\text{k}\Omega\$부하 [다시, 최대 전류 \$500\:\mu\text{A}\$ 현재 제한.])

약간의 터 변성이 추가 될 수있다 \$Q_4\$및 \$Q_5\$. 이 순서는 \$\frac{100\:\text{mV}\cdot R_4}{V_\text{CC}-V_\text{BE}}\$. 위의 회로에서 아마도 \$47\:\Omega\$. 아마도 필요하지 않을 것입니다. 그러나 그것은 조금 더 일관성을 제공 할 것입니다. 한 회로에서 다른 회로로, 다른 하나의 작동 온도로

요약

이 중 어느 것도 완전한 시스템이 아닙니다. 귀하의 필요에 맞는 상업 단위가 있다면 실제로 귀하의 의견에 따라 예산이있는 것 같습니다. 또한 좋은 애호가가 그것을 만들고 배달하기 전에 테스트하는 데 비용을 지불 할 수도 있습니다. (적어도 교육받은 노동력이 저렴하지 않은 미국에서는 전문 디자이너의 완전한 맞춤형 디자인으로는이를 달성하지 못할 것입니다.)

나는 단지 취미 생활 자일 뿐이고, 이것이 아마도 내가 취하는 접근 방식 일 것입니다. 저렴하고 쉽게 뭉쳐서 여기에서 현금을 낭비하는 것보다 더 잘 사용할 수있는 멋진 도구 (장난감)에 1000 달러를 쓸 수 있습니다.

그런데 위의 회로 중 두 개를 구축하면 두 개의 "h- 브리지"가 있고 부하에 적용된 전압을 반전 할 수있는 브리지 출력을 생성 할 수 있습니다 (두 출력 사이에 일시 중단됨). 약.

마지막 요점이 나타납니다. 무언가를 사고 싶다면 원하는 전압을 지원할 수있는 h- 브리지 IC를 찾으십시오. ( UC2950T 는 당신이 가지고있는 전압 요구 사항을 처리 할 수 없다는 점을 제외하고는 제가 생각하는 종류입니다.)