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大电流运放驱动感性负载的震荡问题,怎么解决

时间:12-13 整理:3721RD 点击:
原理图很简单,APEX的大电流运放,输出端接线圈、采样电阻,将采样电阻的电压反馈回
去。这样,线圈中电流跟随输入的电压。
现在问题是,似乎有震荡。100Hz方波输入,采样电压上升、下降沿剧烈震荡。3kHz方波
输入,采样电压完全失真了。3kHz三角波输入也是,完全变形。
这个运放可以接一个相位补偿电容Comp,但我发现不接电容、接470pf电容没有什么区
别。
如果不接线圈(即线圈短路),则不会出现这种现象,方波的震荡会更小。
还请大伙儿诊断一下,怎样输入方波时,过冲小一点,调整时间尽量短?谢谢!

你是想控制线圈电流?
线圈是电感吧,电感电流不能突变啊。所以如果你想实现电感电流方波还没有震荡的话比较困难。三角波电流简单一些,用pwm可能更合适。
如果你输入是低频小信号正弦波,就不会有这么多震荡了。

正弦波的话,到5kHz也会震荡。看起来还是正弦波,但幅值突然变大,因为震荡的原因。

当然,以你用的电感量来说,5k足以算是“快速突变”信号了。

现在其实可以快速变化,你看方波相应,电流快速变化,但是过冲了,然后几个震荡后才
稳定。
线圈短路时候,电流也有一点过冲,但很快就稳定了。
按说感性负载,电流不能快速变化,就不应该过冲那么多,而且还剧烈震荡。

电感电流变化要看加在两端得电压,只要电压够高当然可以快速变化,只是一旦电流达到设定值如果电压不归零就会造成过冲,一般就是在接近设定值之前就开始通过反馈慢慢减小施加在电感两端得电压,然后在达到设定值时保证两端电压为零。可这样必然造成速度变慢,或者说方波得“尖”被销“圆”了。
就是说如果你想控制电流,控制带宽不能高于电感得固有频率。既然控制都不能快,你得输入参考信号当然更不能快了。
你可以量运放得输出,配合采样点看就明白了。
当然如果你不在乎线圈电流只要稳定方波,可以把反馈设在运放输出,加一些输出电容做开环控制好了。

电感量多大?反馈电阻上可以并一个电容。容值需要根据电感量来计算。

线圈电感0.4mH,怎么计算?能否帮忙算一下:)谢谢
是指并在Rf上吧?
我希望减小过冲,尽量减小阶跃的调整时间。

还要有运放的参数。你就按照自控原理课本上讲的方法算就行的。列写开闭环传递函数,考虑合适的频率补偿办法。

确实有效,谢谢。
我改成同相放大器件,正端对地一个电容,多试几个电容就可以找到合适的 ,电容越大,过冲越小甚至没有过冲
就相当于一个低通滤波吧
  

可以这么认为吧。改善振荡的一个基本方法就是降低高频增益。
或者从另一个角度考虑振荡是由于相位裕度不够,加个电容的作用是可以让相位超前。也就是所谓的相位补偿。
这种补偿方法最常用的地方是PLL电路中,要精细的计算相位裕度才能保证pll稳定。
其实只要把自控原理学通了,模电这点东西就是小儿科。

谢谢指点!
还想进一步请教一下,电路改成图1所示的同相放大(低通滤波)。当然负载还是线圈
+采样电阻,将采样电阻电压反馈回去。
不接电容的时候,阶跃响应可以看到多个震荡后才稳定,但电压瞬间上升很快,只是
过冲了,并且过冲量衰减很慢,多次震荡调整,调整时间约1ms。如果输入时正弦波的
话,输出(采样电阻电压)在5kHz以内幅值不变,在5-10kHz幅值反而增大,在10-
15kHz幅值又下降。
C=1000pf的时候,基本不震荡了,调整时间也有所缩短,约500us。但如果输入正弦波
的话,输出(采样电阻电压)在超过1kHz后就快速下降。
现在虽然震荡次数更少了,但是正弦波的带宽变小了,我还是希望带宽尽量大,阶跃
响应的调整时间也尽量短。能否达到这样的阶跃响应:电压像图2中那样迅速上升,有
一点过冲,但过冲量迅速衰减,调整时间希望能做到几十微秒。理论上,调整时间可
以做到最小约为:U=L*di/dt,U为供电电压,L为线圈电感,di为电流变化,dt为调整
时间。
还请诊断一下,如何去解决这个问题。这是一个项目中的一部分,如能帮助,也希望
当面拜访致谢、讨论。谢谢!

我们以前做电机电流环的时候使用PI控制
大概做到2kHz比较漂亮的方波

能给线圈接一个续流二极管么?

和线圈并联?不能影响电流控制哦
  

要是不想仔细的建立系统模型就解决这个问题的话就用PI控制吧。
网上有很多单运放的PI控制器的电路。

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