Усиление прямоугольного импульса для управления нагрузкой 30-60 В с ШИМ 100 Ом
Нагрузка:
- R около 100 Ом.
- Работает с ШИМ.
- Имеет линейную среднюю характеристику IV с прямоугольным импульсом до 10 кГц.
- Абсолютное максимальное напряжение 60 В.
- Абсолютный максимальный средний ток составляет V * duty% / R <100 мА.
- Абсолютная максимальная мощность в среднем 0,85 Вт.
Требования к эксплуатации:
- Диапазон входного напряжения: 0-60 В. (Может быть обеспечен исходным блоком питания в режиме CC / CV)
- Диапазон частот: 0,5 - 4 кГц.
- Диапазон рабочего цикла: 0% -95%.
- Может принимать триггер (4 кГц).
- Можно разделить триггер (f / 2, f / 4 и т. Д.)
- Регулируемая задержка запуска.
- Чистая форма волны.
- Как можно меньшее время подъема и спада.
Я не знаю ни одного оборудования, которое бы соответствовало всем этим требованиям. Большинство функциональных генераторов могут достигать напряжения только +/- 10 В. Большинство настольных источников питания подают только постоянный ток в режиме CV / CC.
Устройства цифрового ввода-вывода (Arduino и т. Д.) С более высокой тактовой частотой могут выполнять все эти задачи, за исключением требований к напряжению. Возможно, есть какой-то усилитель, который может довести напряжение до 60 В, но модули повышения DC-DC работают только с вводом / выводом постоянного тока.
Ответы
Первый монтаж - с включенными ускорениями
Вот версия простой схемы для управления выходом более высокого напряжения с простого вывода ввода-вывода MCU:
смоделировать эту схему - Схема, созданная с помощью CircuitLab
Проблема с приведенной выше схемой заключается в том, что единственная защита от короткого замыкания, которую она имеет, основана на токе, подаваемом на базу либо \$Q_1\$или \$Q_2\$. Хотя поначалу кажется, что это ограничивает выходную мощность в случае короткого замыкания, наиболее важной проблемой является то, что выходные BJT, вероятно, просто сгорают (слишком сильно рассеиваются) при столкновении с событием короткого замыкания. У BJT также есть проблема, связанная с тем, что они могут немного нагреться и затем обеспечить еще больший выходной ток. И BJT в любом случае различаются друг от друга. Так что нет ничего точного, даже если бы вы справились с рассеиванием.
Таким образом, приведенная выше схема не так уж и безопасна от случайных событий.
Второе отключение - текущий откат для защиты транзисторов драйвера
Текущая схема возврата, вероятно, важна для ограничения рассеивания. Это не только ограничивает ток, но и замедляет ток в случае короткого замыкания, чтобы защитить выходные BJT и сохранить их рассеивание на относительно безопасном уровне.
В целом основная идея выглядит так:
Единственное добавление - это сворачивающаяся топология для каждого из двух выходных BJT. Да, это немного сложнее. Но это тоже стоит сделать.
Приведенная выше схема будет работать до максимума около \$50\:\text{mA}\$прежде чем он начнет складываться, тяжело. Это когда падение напряжения на двух \$12\:\Omega\$резисторы превышает примерно \$600\:\text{mV}\$. Когда это происходит, он быстро меняет свое поведение, и ток нагрузки вынужден проходить через \$120\:\text{k}\Omega\$резисторы, которые ограничат ток короткого замыкания примерно до \$500\:\mu\text{A}\$.
Вот симуляция выхода с использованием различных рабочих циклов и максимальной частоты \$4\:\text{kHz}\$на приведенной выше схеме, которая включает в себя ограничение тока и управляет нагрузкой, запрашивающей \$\approx 55\:\text{mA}\$ (абсолютный максимум до того, как он начнет быстро сворачиваться):
(Если нагрузка запрашивает \$60\:\text{mA}\$Вышеупомянутая схема сразу же и доставляет около \$500\:\text{mV}\$в \$1\:\text{k}\Omega\$load [снова, демонстрируя максимальный ток \$500\:\mu\text{A}\$ текущий предел.])
Небольшое вырождение эмиттера можно было бы добавить к \$Q_4\$и \$Q_5\$. Это будет порядка \$\frac{100\:\text{mV}\cdot R_4}{V_\text{CC}-V_\text{BE}}\$. В приведенной выше схеме возможно \$47\:\Omega\$. Наверное, в этом нет необходимости. Но это обеспечило бы немного больше согласованности, от одного контура к другому и от одной рабочей температуры к другому.
Резюме
Ничто из этого не является полной системой. Похоже, у вас действительно есть бюджет (из ваших комментариев) для коммерческого объекта, если он существовал для ваших нужд. Также можно заплатить за хорошего любителя, чтобы он создал его и протестировал для вас перед доставкой. (Вероятно, этого не удастся достичь с помощью полного индивидуального дизайна от профессионального дизайнера - по крайней мере, не в США, где образованная рабочая сила не из дешевых.)
Я сам просто любитель, и, вероятно, я выберу именно такой подход. Это дешево, легко собрать, и позволяет мне потратить эти 1000 долларов на необычный инструмент (игрушку), которым я мог бы воспользоваться лучше, чем тратить здесь деньги.
Между прочим, если вы построите две из вышеперечисленных схем, у вас будет два «h-моста» и вы сможете создать мостовой выход, который может реверсировать приложенное напряжение на вашей нагрузке (подвешенной между двумя выходами). Просто о чем подумать около.
Это подводит нас к последнему пункту. Если вы хотите что-то купить, ищите ИС с h-мостом, которые могут поддерживать нужное вам напряжение. ( Я думаю о UC2950T , за исключением того, что он не может справиться с имеющимся у вас напряжением.)