压控大电流恒流源的自激震荡问题。

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玄德|  楼主 | 2019-5-7 21:25 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 玄德 于 2019-5-9 16:29 编辑

要做一个 10mA - 500mA 的压控恒流源。遇到自激震荡问题,尝试多种方法都没有解决。

基本电路采用传统的 “ 运放 + NMOS + 采样电阻” 的结构。采样电阻为 10 Ω,负载电阻为 3 Ω (临时实验用)。
用 DA 做控制电压, 0v - 5v 扫描;同时用示波器观察 MOS 管栅极电压。
电流大约为 100mA 时,栅极出现震荡波形。由于供电电压只有 10v ,波形包络的上部在大约 300mA 后无法继续增大,所以被削平。
如果供电电压够高,相信震荡会持续升高。
下面是电路图、波形图、震荡波形细节图。

无标题.png

无标题1.png

无标题2.png

尝试多种方法都不能有效解决震荡问题。这些方法有:
运放输出端与反相端之间连接 1000 p 电容;
或连接 270p + 10Ω ,阻容串联;
输出端对地连接 1000p 电容,或 270p + 10Ω 阻容串联;
使用过三、四种型号的 MOS 管,包括达林顿管:IRLIZ44N,IRLR3803,IPP80N04,MJF122G。
使用过三种型号的运放:OPA334(5v)、OPA192、OPA197。栅极电阻,换过 4.7K 和 100 Ω 。

过去做小信号也遇到过振荡,但没有这次的 p-p 幅度大,而且用阻容串联的方法都可以解决。
但这次,这些方法都不行。


现在基本没招了,特来论坛讨教。
(采样电阻过大的问题,不在讨论之列。)

谢谢各位!我尽量把建议都实验一下,结果在各层用评论发出。需要一点时间。


问题最终已经解决,最后结论在 32 楼。感谢各位热心相助,特别是 @叶春勇 提供了重要资料。






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玄德 2019-5-8 08:41 回复TA
@xch :重新编辑,加进去了。 
xch 2019-5-7 23:11 回复TA
请教问题要把关键器件型号列出,最好有数据手册。显得有礼貌有教养 
wh6ic 2019-5-7 22:33 回复TA
上 MHz 的振荡!!? 你用的运放太高级了吧... ... 

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马甲的马甲| | 2019-5-7 22:08 | 显示全部楼层
本帖最后由 马甲的马甲 于 2019-5-7 22:19 编辑

先断开压控源,用电阻分压可调电位器验证一下你后半部的电路,如果没有啥问题,那就要考虑是否是后端采样环路通过某种途径与前端MCU(其实你可以把MCU看成一个电路块)构成反馈,导致震荡。如果是,则需要在DA输出端或者采样段采取能够破坏正反馈的措施,另外,你这个整个亚控恒流是一个闭环系统,MCU内部的程序控制其实也是这个环节的一部分,是否是程序控制时机不合理?可以做一个软件施密特机制在里面。

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玄德 2019-5-8 08:28 回复TA
刚试过,用程序控制 DA 固定输出 2.0v 电压,振荡依旧,p-p 值达到 2.0v 。 
wh6ic| | 2019-5-7 22:28 | 显示全部楼层
本帖最后由 wh6ic 于 2019-5-7 22:30 编辑

试一试: 栅极串的电阻改大一点,或者将MOS换成NPN
另外 10V 到地 并粒大一点的电容,比如100uF

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玄德 2019-5-8 09:43 回复TA
刚把 MOS 又换成达林顿,振荡依旧,只是振荡波形不一样。 
玄德 2019-5-8 08:48 回复TA
电阻换过100Ω、4.7KΩ,无效。大电容也无效。 
xch| | 2019-5-7 23:09 | 显示全部楼层
运放和MOSFET啥型号?

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玄德 2019-5-8 08:46 回复TA
重新编辑,加进去了。 
zyj9490| | 2019-5-7 23:11 | 显示全部楼层
本帖最后由 zyj9490 于 2019-5-7 23:28 编辑

这是寄生振,与环路振不是同一概念。建议用NPN管。试下。很可能是输出级内部问题。建议取消负载(直接短路)是否有寄生振。或GD并一个小电容。或许DS有一个正反馈存在。

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玄德 2019-5-8 10:33 回复TA
MOS 的 D 端与运放 in- 接 1000p 电容,无效。 
玄德 2019-5-8 10:32 回复TA
刚实验过,在 GD 之间连接 1000p 电容,GS、DS 之间也试过,都无效。 
玄德 2019-5-8 09:01 回复TA
谢谢。反复实验以后,我也倾向于“不是环路是寄生”这个看法。已经购买另外两种型号运放,在路上呢。 
玄德|  楼主 | 2019-5-8 08:28 | 显示全部楼层
马甲的马甲 发表于 2019-5-7 22:08
先断开压控源,用电阻分压可调电位器验证一下你后半部的电路,如果没有啥问题,那就要考虑是否是后端采样环 ...


刚试过,用程序控制 DA 固定输出 2.0v 电压,振荡依旧,p-p 值达到 2.0v 。

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gnaijnaoul| | 2019-5-8 08:29 | 显示全部楼层
赞同6楼的办法。
在Rs到运放反相输入端加一个电阻,运放输出到反相输入加一个电容。
你把个元件参数和型号都说一下,大家才好帮你分析。
带反馈的系统,最好先建立一个仿真模型调试,在仿真上调试的差不多了再上实物。

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玄德 2019-5-8 09:04 回复TA
加电阻和电容的方法都试过,包括阻容串联,都无效。型号刚加进来了,在楼主位。 
戈卫东| | 2019-5-8 08:49 | 显示全部楼层
振荡似乎对电流和电压波动有需求,那么重点检查电源去耦和GND走线吧。

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玄德 2019-5-8 11:26 回复TA
准备重新搭一个实验电路。 
zyj9490| | 2019-5-8 09:30 | 显示全部楼层
戈卫东 发表于 2019-5-8 08:49
振荡似乎对电流和电压波动有需求,那么重点检查电源去耦和GND走线吧。

LZ也许电源不支持大电流,内阻增加,形成寄生反馈。电源带载能力不够,通过电源线实现耦合,50%的类似。LZ要往这个方向去解决也是有可能的。电源能力不行,形成寄生振的事例很多。层主赞一个。

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玄德 2019-5-8 10:20 回复TA
我用的是实验电源,500mA 肯定没问题;而且负载电流100mA就开始振,这时总电流只有160mA。电源上焊了1w uF电容也无没有任何效果。 
xch| | 2019-5-8 09:49 | 显示全部楼层
本帖最后由 xch 于 2019-5-8 10:12 编辑

设计漏一个电阻和一个电容,

采样电阻与OPA IN- 之间应当串联电阻。
阻值1k即可

输出端到OPA IN- 之间连接一个COG电容。100P即可

545105cd23aed5c830.png

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玄德|  楼主 | 2019-5-8 10:27 | 显示全部楼层
xch 发表于 2019-5-8 09:49
设计漏一个电阻和一个电容,

采样电阻与OPA IN- 之间应当串联电阻。


我完整电路是下图这样,仅仅因为电压问题换了运放,运放电源也改接到 +POW,10v 。
你说的电阻、电容都考虑了。
这事确实奇怪。
这个电路我做过两次 PCB 。
头一次也有振荡,但 p-p 幅度只有大约 1.0v 。
为了彻底解决问题所以设计了第二次,效果反而更糟。


无标题.png




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玄德 2019-5-9 11:54 回复TA
@captzs :已经基本解决了。方法确实和你说的 R8 有关。看 30 层。 
captzs 2019-5-9 10:19 回复TA
@玄德 :给个参考,Mos是电压驱动,而三极管是电流驱动,R8与R11的取值应该不同,Mos要大得多。 
玄德 2019-5-8 13:35 回复TA
@xch :感谢你用心回复。 
xch 2019-5-8 12:31 回复TA
@玄德 :对不起! 
wh6ic 2019-5-8 11:20 回复TA
@玄德 :好吧,随你坚持。再试试整干净运放的电源,比如电源到运放串粒100欧,再并粒100uF到地 
wh6ic 2019-5-8 11:20 回复TA
@玄德 :好吧,随你坚持。再试试整干净运放的电源,比如电源到运放串粒100欧,再并粒100uF到地 
玄德 2019-5-8 11:07 回复TA
@wh6ic :TI文档就有。另外,我阻容串联也试过。 
wh6ic 2019-5-8 11:01 回复TA
你看到谁的运放直接捅电容的? 电阻也不串一个, 不振荡才怪 
玄德 2019-5-8 11:00 回复TA
@xch :你可能没有完整看我的描述。 
xch 2019-5-8 10:53 回复TA
opa使用5V不足以驱动MOSFET到300mA 
xch| | 2019-5-8 10:31 | 显示全部楼层
玄德 发表于 2019-5-8 10:27
我完整电路是下图这样,仅仅因为电压问题换了运放,运放电源也改接到 +POW,10v 。
你说的电阻、电容都 ...

C29 ,C14 画蛇添的足

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xmar 2019-5-8 11:18 回复TA
对。C19也可不用。 
玄德 2019-5-8 10:47 回复TA
目的是为实验预留焊接、装配的位置。 
马甲的马甲| | 2019-5-8 10:58 | 显示全部楼层
楼主的措施是做加法,我的建议是做减法,一步一步定位导致振荡的关键点。其实这类问题,就是分布参数导致的,而分布参数是没法在电原理图上充分反映的;我前面的建议是建议你直接拿掉MCU,直接用可调电阻分压代替,如果还是不行,那就把诊断点往后推,反之往前推,没病不死人,关键在于定位,要不加一堆外围元件可能适得其反。特别地,pcb布线也要考虑,有时分布参数是比较头痛的一个问题。

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玄德 2019-5-8 11:08 回复TA
明白。实在不行,就要专门做个实验电路了。 
shalixi| | 2019-5-8 11:55 | 显示全部楼层
玄德 发表于 2019-5-8 10:27
我完整电路是下图这样,仅仅因为电压问题换了运放,运放电源也改接到 +POW,10v 。
你说的电阻、电容都 ...

什么原因不清楚,但可以在R11处并个电容试试看。

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玄德 2019-5-8 13:49 回复TA
过去也试过,不行。 
xch| | 2019-5-8 12:30 | 显示全部楼层
玄德 发表于 2019-5-8 10:27
我完整电路是下图这样,仅仅因为电压问题换了运放,运放电源也改接到 +POW,10v 。
你说的电阻、电容都 ...

837585cd25a759e98e.png
使用opa335模拟(参数等于使能的OPA334)

大电流饱和了,说明驱动不足,OPA的电源电压需要提高。

没有自激。


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xch| | 2019-5-8 12:45 | 显示全部楼层
玄德 发表于 2019-5-8 10:27
我完整电路是下图这样,仅仅因为电压问题换了运放,运放电源也改接到 +POW,10v 。
你说的电阻、电容都 ...

改opa735 ,正常
530465cd25ed579263.png

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玄德 2019-5-8 13:49 回复TA
多谢!准备另起炉灶,重搭一个电路试试。 
steelen| | 2019-5-8 13:37 | 显示全部楼层
建议换个运放吧,零极点可能太多,反馈深度大了就自激啦

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玄德 2019-5-8 13:48 回复TA
新买了几个型号,在路上。 
gnaijnaoul| | 2019-5-8 13:38 | 显示全部楼层
本帖最后由 gnaijnaoul 于 2019-5-8 13:42 编辑

建议把电流采样电阻改小100倍,加一级100倍的差分放大电路。采样电阻哪里会对GS的电压产生负反馈,负反馈相移到180度就形成震荡了。
这个震荡也不排除是运放这边控制回路相位滞后引起。在电流小的状态,MOS的增益还比较低,电流增大后MOS的增益增大,整个反馈环增益增大,使相移180度的频率点增益达到1,形成稳定震荡。

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玄德 2019-5-8 13:47 回复TA
有道理。Rs太大,电流又这么大,迫使运放输出电压更高,意味着增益更大。 
steelen| | 2019-5-8 13:57 | 显示全部楼层
里面更大的可能是MOS管的输入电容CGS和米勒电容的问题

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lyb1986| | 2019-5-8 14:37 | 显示全部楼层
C14和C29拆掉试试?这两个位置安装电容很容易恶化稳定性。

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玄德 2019-5-8 16:07 回复TA
试过,不行。 
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