电子负载功率单元动态测试与运放选型比较，连载直播中……

kangdage

前些日子做了个超简陋电子负载，用着还可以。
最近想把它改成数控的，顺便扩展一下功能。
想仿制脉冲负载功能，这对系统带宽有要求。
要求系统调节快准稳，于是用常用的lm324和tl084做了下对比测试。
系统电路图：


运放比较输入与输出，直连mos，没用别的元件。
信号源加了100p电容滤除杂波。
输入使用了100k和10k的方波，占空比50%，幅值0-0.5v。
电流采样电阻2r，对应电流为0-0.25a。
先看运放lm324在100k下的表现。


可以说是基本没法跟踪输入，方波基本被搞成了三角波。
输入输出延迟严重。
再看一下10k下的表现。


可以看到基本能还原原始波形，但延迟没变。
输出没有过冲和震荡。
换上tl084看一下，先是100k输入。


上升初期有一定过冲，但很快衰减了。
这个波形很符合理论上pid调节目标曲线。
下降阶段可以说很干脆，没有震荡。
再看下10k下的波形。


初期震荡波形没有变化，只是脉宽变大，震荡所占的比例小了。
但对这个波形不是很满意，毕竟过冲较大，虽然时间短。

随后增大了输入滤波电容，但只是增大了上升延迟，对初期震荡幅值减小不是很理想。
后增加了运放驱动电路的微分反馈，若要完全抑制震荡，则上升斜率必须很小。
tl084的上升斜率基本接近lm324的指标才能消除震荡。

对比lm324和tl084的资料发现。
两运放带宽接近，都在1mhz附近。
主要区别在于压摆，tl084在20v/us。
随后看了运放的输出波形，确认输出延迟主要受压摆限制。
而震荡回调速度受带宽影响。
也就是说带宽大了，过冲就会很小，输出稳定速度就快。
压摆大了，输出跟踪就会好，输出延迟就小。
目前来讲tl084和lm324难以取舍。
目标肯定是lm324的波形，tl084的速度。

那问题就来了，有没有人知道压摆在20v/us左右，带宽10mhz以上的运放。
要求价格便宜，采购容易，最好是多运放封装，有直插的更好。

或者是有什么好的调整方法或是电路结构。

lgin

NE5532,这个便宜.

zhuleipro

对，试试NE5532, 4580这类音频运放看看。

cptank

有示波器真好，

电源开关

牵扯的问题很多，分布感容，米勒效应，084参考指标也不正确

kangdage

电源开关 发表于 2015-3-3 20:47
牵扯的问题很多，分布感容，米勒效应，084参考指标也不正确

之前看过你做的电源和电子负载。主电路结构应该差不多就是运放直驱加微分前馈。
不知道你选择的什么运放。

我这里选用的是国产芯片，参数指标应该也就是及格水平。
实测来看压摆确实是tl084大，但带宽确实跟lm324是一个水平，没有很大区别。
目前测试电源是稳压电源，且加了很大的滤波电容，电源电压变化很小。
米勒效应还没有显现。同时电流也很小，设定输出才0.25a。

今天换了大mos和igbt试了一下，tl084驱动能力弱就显现出来了。
tl084输出电阻是250r，lm324是直接驱动。
由于结电容增加，使得最终输出波形很相近。
明天考虑增加输出驱动电路。
看你的设计并没有采用输出驱动电路，能否给讲解下原因。

但发现大mos和igbt都有时延，也就是输入的脉冲跟输出电流变化有延迟。
直接方波驱动也是如此，不知道你有没有碰到过这种现象。
同时也可以发现igbt的关断延迟是很明显的。

kangdage

测试继续，这是昨天测试用的临时电路。


正负双电源，独立负载回路，用了四个可调电源（脉冲发生也用了一个）。
顺便秀一下今年新上岗的可调电源，双路数显开关可调。


今天主要是更换一下mos，昨天用的那个功率太小了。
没有实际应用意义，今天换个大功率的，同时也加个散热片。
计划单管最大电流10a，所以采样电阻换做R05。


换了大功率管，果然是大不同。


这波形，瞬间惨不忍睹。
红色是输入信号，波纹是信号干扰。
蓝色是驱动信号，幅值每格2V。
黄色是输出电流。幅值每格2A。
瞬间把tl084的压摆降低到lm324的水平，主要是驱动能力不足，输出阻抗250R太大了。
结电容大了，栅极电压上升慢，电流上升速度明显下降。
关断有严重的震荡，应该跟igbt的特性有关。
降低频率看一下。


已经有明显的震荡了，这栅极电压跟输出电流的相移是怎么回事。
有没有哪位高手给解释下，之前做开关电源时也发现这个问题。
那tl084已经惨不忍睹了，lm324是个什么样子。


奇怪吧！并没有多大差距，只是栅极振幅小了些。
输出电流还真差不多，关断延时稍微大了些，主要跟自激有关。
看来lm324驱动能力确实不错，内阻比tl084小多了，更适合驱动容性负载、
从电流波形上来讲，貌似lm324的更干净，也许更好处理。
刚刚用的是igbt，型号20n120。
换个大mos看看，会有什么区别呢？
手上只有这个，20n60。

先看看lm324的表现，偷懒少换一次芯片。

比igbt的波形好看，输出电流的延迟小了一些。
使得输出电流振幅有所下降，但能看出来震荡在加剧。
换上tl084看看有没有改观。


总体改变跟lm324差不多，自激振幅有所缩减。
mos的结电容跟延迟应该是比igbt小，自激振荡频率有所提高。

电流增大到10a，可调电源动态不好的电压应该有所变化。
不知道震荡跟输入电压有没有关系。
在栅极波形上看到上升下降都有小平台，应该是电压变化导致米勒效应的影响。
明天补一下输入电压的波形。
另外要改变下电压，看看电压的影响。

如此看来在10k环境下，1m的频响已经很吃力了，若要做到100k，10m频响是最低要求。
以tl084昨天的结果来看，15v/us的压摆基本够用，主要是驱动能力要够强。
当然也可以用图腾柱驱动来加强，最好是能分段，小信号弱驱动，大信号强驱动。
即降低带宽要求，又能保证高速响应，尚需进一步研究。

网友推荐的NE5532, 4580这类音频运放，之前还真没看上。
如上测试数据来看，应当就足够了，原本还想用魏坤示波器上的那款运放，看来可以省省了。
原计划是能满功率响应50k的脉冲，现在来看带宽有15m就差不多了。
看了下ne5532的数据，很符合我的要求，而且叫了那么多年的运算之皇，应当也是有些真本事的。
改天去采购几片回来。


今天莫名又烧损一个tl084的通道，断电时还好好的，再上电就坏了。
只能输出高电平和截止，不能输出低电平了，有没有别人遇到过类似的事情。
这已经是第三次莫名烧损tl084了，lm324从未遇到过类似情况。
谁知道原因的给提醒下，坏的不明不白也不知该如何防范。

电源开关

我的板子没有脉冲功能，不存在这些问题，延迟是有场管开启电压和运放压摆率决定，实际采用不断流脉冲方式即可，大电流场管高速开关是需要增加驱动的，管子指标电流越大相应g电容也越大，要具体器件pcb相应调试补偿，igbt线性很差，用在线性电路不妥，084是场管输入，很容易击穿损坏，输入最好增加反向并联限幅二极管，同时注意正确的测量方法避免误判

kangdage

电源开关 发表于 2015-3-4 18:33
我的板子没有脉冲功能，不存在这些问题，延迟是有场管开启电压和运放压摆率决定，实际采用不断流脉冲方式即 ...

我这里所问的延迟是栅极电压跟源极电流之间的延迟。
也就是说栅极电压已经远远超过开启电压到达峰值。
而源极电流却滞后3-5us到达峰值，然后源漏电压才开始下降。
源漏电压下降有延迟可以理解。
但理论上讲只要栅极电压超过开启电压就会立即有电流通过才对。
在负载上表现还不是很清楚，在开关电源里才更加明显。
功率管是mos不是igbt，无论大小mos都有这个现象。

kangdage

继续昨天未测定的mos管源漏电压波形。


红色是输入信号，黄色是电压波形，蓝色是电流波形。
可以看到由于电源输出能力不足，输出时电压已经基本被拉得一塌糊涂。
开来要从新考虑供电问题了，但震荡肯定是不对的。
我理解电子负载应当在这种极端条件下也应当稳定。
也就是说在任何情况下自激都是不对的。
降低电压看一下电压波形。


降低电源电压，波形变成了这样。


请忽略蓝色电流波形，忘记关掉了。电流波形未测，有机会重新补一个。
这时电流波形基本跟踪输入信号，只是mos内阻限制，电流不高，大约在3.5a左右。
关断震荡较为明显，不知何原因。
再稍稍增大一点电压。


调整到临界震荡前的位置。


可以看到在输出的后半段，隐约有两个凸起，若是再增大电压的话就能看到震荡加剧。
但此时关断震荡峰值高了，但是持续时间和衰减速度却有所好转。
输出和关断期间的电压差应当是电容电流方向改变造成的。
这个电源是模拟电源，响应速度较低。
开通时电容放电电压低，关断时电容充电电压高。
开通瞬间应当是电容分布电感影响，当然应当也有线缆的影响。
明天用cbb电容搞个小水塘看看。

如果换做开关电源回事什么样子呢？
因为脉冲峰值是10a，所以设定输出电流12a，让电源只工作在恒压状态。

选了一个跟刚才测试接近的电压，表现基本差不多。
导通跟关断期间的电压也接近，连波形都接近，估计线缆跟电容是个主要因素。
注意看关断瞬间，脉冲高度明显要高不少，应当跟输出电抗有关，持续时间大约有5us吧。
或许这是之前选用ifr250n损坏的原因，所以这次选用了耐压1000v的mos。
若是电源工作再恒流状态是个什么表现呢？


于是设定一个比较低的电流先看看。


基本没有什么大问题，最高也就700mv的脉冲。
这就放心多了，不过这波形确实不如模拟的好看。


增大电流看看，这……好像有点失控，恒流误差有点大。


这电压波形也不错，又加了些电流，到大约4a左右。
基本波形跟线性一样，但这脉冲是越来越高了
4a时峰值大约到了40v，怕过热炸电容，明天搞个cbb水塘再测吧！
看看5v12a输出什么样子。