Schéma source de courant 200W qui oscille

[sandrecarpe]

Bonjour à tous et meilleurs voeux.
Voilà un moment que je n'ai pas écrit ici.
Je suis en train de réaliser une charge active de 200W (pour une tension d'alimentation variant entre 12 et 60V) en partageant la dissipation dans plusieurs mos, en me basant sur le principe d'une source de courant :


En théorie ça marche super, mais en pratique pas du tout. Le montage est à la limite de l'oscillation. Lorsque la consigne V1 diminue, le montage devient de moins en moins stable jusqu'à devenir complètement instable. Il faut couper l'alimentation et remonter un peu la consigne pour que le montage se stabilise à nouveau.
Je pensais que la bande passante de l'AOP serait un critère performance alors j''ai essayé avec 3 AOP différent ayant un GBP entre 10Mhz et 27MHz mais pas d'amélioration notable. J'ai essayé d'ajouter R4-C1 avec des valeurs au taton pour compenser un peu tout ça mais ça me plait pas du tout de faire comme ça. (Et en plus ça n'a pas marché mieux )

Du coup j'ai fais mon enquête sur les conditions de stabilité des AOP et comment faire une compensation, mais là les choses se compliquent. J'ai compris que ce qui est important pour étudier la stabilité c'est le terme comme expliqué un peu partout dans la littérature (http://www.ti.com/lit/an/sloa020a/sloa020a.pdf)


Avec Vs la tension aux bornes de Rs et E la tension de consigne qui sera donnée par un micro (V1 sur le schéma)
D'où :


Si on met une résistance en parallèle, intuitivement je me suis dis qu'en diminuant le gain en haute fréquence ça améliorerais les choses. C'est vrai c'est un peu mieux, l'ondulation est réduite d'environ de moitié, mais toujours pas terrible du tout.

Est-ce qu'on peut se servir de cette capa pour résoudre le soucis ?
La fonction de transfert devient, si je ne me suis pas trompé :


Mais je vois clairement pas quoi en faire pour dimensionner ce filtre. Si on regarde seulement le gain de U2, la présence de C2 créer un pôle à , mais en regardant l'ensemble c'est clairement pas le cas où alors je n'ai pas compris.


J'aimerais comprendre pourquoi ce montage oscille, et comment résoudre le problème. J'avais essayé ce montage avec un MCP6022. Comment est-ce que je pouvais prévoir que ce montage serait instable à partir de la figure 2-18 ?

Voilà, donc je suis un peu perdu avec tout ça, je sais pas trop si doit jouer avec les fonctions en boucle ouvert, boucle fermée, comment dimensionner le tout... C'est un sujet qui m'intéresse beaucoup, on se retrouve souvent avec une histoire de compensation dans les alims à découpage par exemple, et c'est quelque chose qui continue de me faire défaut

Quelques explications seraient les bienvenues
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[penthode]

hello ,

question basique : les alimentations des AOP sont elles bien découplées ?

[sandrecarpe]

Bonsoir,

Malheureusement, pas terrible. Je fais ça sur une plaque à pastille donc c'est pas génial. J'y ai apporté le soin que j'ai pu. Je vais essayer de faire faire un PCB au plus vite.

[jiherve]

bonsoir,
quel est le petit nom des AOP.
Le second U2 amène un retard pur dans la boucle qu'il sera difficile de compenser donc commencer par le supprimer ce qui doit être possible!
JR

[A voir en vidéo sur Futura]

[sandrecarpe]

Bonsoir,
J'ai essayé avec un MCP6022, un LM6172 et un autre dont j'ai oublié la référence

U2 est ici pour éviter de dissiper une puissance colossale dans la résistance. Ca impliquerait de mettre des résistances de puissance et je n'ai pas la place pour ça. On divise les pertes joules dans cette résistance par le gain au carré.

Justement, comprendre comment compenser ça m'intéresse beaucoup

[bobflux]

> Lorsque la consigne V1 diminue, le montage devient de moins en moins stable jusqu'à devenir complètement instable.

Le gain en boucle ouverte de ce machin est proportionnel à la transconductance des FETs qui dépend du courant qui les traverse.

[DAT44]

Bonjour,
il manque une résistance de pull-up pour la grille de Q2(Q3,Q4,Q5) ?

Le courant de Q3,Q4 et Q5 ne passe pas par RS ?

[petit coussin zebre]

Question bête : ou est la sortie en courant du montage? Et le 2ème OPAMP doit être bien costaud poir ne pas griller...

[bobflux]

Qu'on mette un diviseur de tension en entrée pour réduire la tension de consigne à une valeur compatible avec la résistance de shunt R2, ou bien qu'on amplifie la tension sur R2 avec l'AOP U2... eh ben... on aura dans les deux cas le même offset !

=> U2 ne sert à rien, un seul AOP suffit.

Je n'aime pas du tout la paire complémentaire à base de NMOS/PMOS. C'est un truc hyper instable, et en plus la tension de déchet est élevée puisqu'elle contient la tension de seuil des PMOS... plus la chute sur la résistance de 0R2, etc.

Perso je ferais une simple source de courant avec 1 AOP et 1 NMOS, le schéma classique quoi. Comme ça ne pourra pas dissiper assez pour avoir tes 200W, il suffit d'en mettre plusieurs en parallèle... avec un AOP pour chaque, le prix d'un LM358 ne va pas te ruiner. Comme ça le partage du courant entre les MOSFET est automatique.

[Vincent PETIT]

Salut,

Le montage est à la limite de l'oscillation. Lorsque la consigne V1 diminue, le montage devient de moins en moins stable jusqu'à devenir complètement instable. Il faut couper l'alimentation et remonter un peu la consigne pour que le montage se stabilise à nouveau.

Le comportement de ton montage me semble tout à fait normal.
Si je comprends bien, c'est un système asservie et comme tout système asservie, il oscille (autour de la consigne). Cela n'empêchant pas qu'il puisse aussi y avoir des problèmes d'AOP (découplage des alimentations, ringing / overshoot)

comment résoudre le problème.

Avec une correction PID plus complète et un ajustement plus fin des 3 paramètres k, p et i (tu as déjà le P et I et ce n'est peut être simplement pas suffisant pour amortir ton système)

[Antoane]

Bonsoir,

Avec 60V de Vds et 1A, il faut faire attention au choix des mosfets pour éviter la destruction par hotspot
http://www.digikey.com.au/Web%20Expo...f?redirected=1
https://www.infineon.com/dgdl/Infine...3e3646e9381200
Je ne sais pas si on trouve des PMOS prévu pour un tel fonctionnement.

Avec 0.2 ohm de résistance d'équilibrage, je doute qu'il y ait une bonne répartition des courants : si le Vgsth diminue de 20%, soit ~1V, entre 25 et 125 °C, on peut se dire que c'est, à la louche, l'ordre de grandeur de la tension à perdre dans la résistance d'équilibrage. Il serait possible de faire une modélisation plus précise, mais il est tard

J'aurais aussi séparé les commandes des MOSFET, en mettant un AOP par MOS de puissance.

J'imagine que tu as étudié les travaux du grand Jim : https://www.analog.com/media/en/tech...tes/an133f.pdf

Question bête : ou est la sortie en courant du montage?

Il n'y a pas de sortie supplémentaire, le but est justement de consommer du courant sur l'alimentation de puissance (le Vcc) pour la tester.

Et le 2ème OPAMP doit être bien costaud poir ne pas griller...

Non, cette remarque n'est pas pertinente.

[bobflux]

> Je ne sais pas si on trouve des PMOS prévu pour un tel fonctionnement.

Oui oui, on en trouve, voir schémas d'amplis audio (IRFP9240 et consorts). Mais ce n'est pas utile ici, des NMOS suffisent.

> J'aurais aussi séparé les commandes des MOSFET, en mettant un AOP par MOS de puissance.

+1

[sandrecarpe]

Merci pour vos réponses

Le courant de Q3,Q4 et Q5 ne passe pas par RS ?

Non c'est pas important pour moi, en principe avec les miroirs je sais que j'aurais à peu près la même dissipation dans les MOS. Je ne sais pas si des pull-up seraient utiles, peut-être pendant le régime transitoire

Qu'on mette un diviseur de tension en entrée pour réduire la tension de consigne à une valeur compatible avec la résistance de shunt R2, ou bien qu'on amplifie la tension sur R2 avec l'AOP U2... eh ben... on aura dans les deux cas le même offset !

Voilà la puissance dissipée dans un MOS en fonction de la tension de consigne E, avec un shunt de 60 mOhm. J'aimerais éviter les pertes dans Rs pour ne pas avoir à mettre de résistance de puissance encombrante dans ma boite dont je ne peux pas modifier l'agencement, et donc cette résistance doit être mise sur le PCB.
puissanceFonctionDeE.jpg
Les tensions de commandes sont tellement faibles que le moindre mV de bruit deviendrait catastrophique ?
C'est pour ces raisons que j'étais partie sur cette solution et pas sur un AOP par MOS. Je n'ai pas besoin descendre en dessous 15W

Je n'aime pas du tout la paire complémentaire à base de NMOS/PMOS. [...]

Et avec du bipolaire ce serait mieux ?

@Vincent PETIT Effectivement j'y ai pensé, mais pour identifier le système ça allait être assez pénible car ça dépendrait du MOS et si je dois faire 10 fois la carte, je devrais faire 10 fois le réglage. Même en choisissant un correcteur numérique, plus facilement reconfigurable, ça sera vite ingérable s'il y a plusieurs exemplaires de la carte.


@antoane Je ferais attention sur le choix des résistances (si je reste là-dessus). Je ne savais pas qu'il s'appelait Jim mais oui j'avais vu ses travaux et c'est en partie pour ça que j'étais convaincu que mon truc fonctionnerait puisqu'on a à peu de chose près la même topologie

Pourquoi pas revenir sur une structure classique si la faible tension de commande ne me posera pas de soucis

[jiherve]

bonsoir
je reviens sur le pull up suggéré par DAT44 c'est indispensable car autrement les gates resteront chargées un bout de temps ce qui n’arrangera pas le fonctionnement même si théoriquement le premier PMOS tirera jusqu'a ce que son VGS deviennent trop petit pour assurer sa conduction.
JR

[bobflux]

Pour 200W sous 12V ça fait 16.6A donc allez 4A par FET à la louche puisque j'en vois 4 sur le schéma.

Tout ça n'est pas très cohérent : tu dis que tu ne veux pas de résistances de puissance et ensuite tu mets une résistance de 0R22 sur chaque PMOS, et ces résistances vont dissiper 3.2W chaque...

Pour répartir le courant le plus équitablement possible il faut que les PMOS aient des tensions de seuil identique, ce qui ne sera pas le cas. En fait, avec un AOP par FET, avec un offset de quelques mV au pire, le courant sera réparti bien plus équitablement...

> J'aimerais éviter les pertes dans Rs pour ne pas avoir à mettre de résistance de puissance encombrante dans ma boite dont je ne peux pas modifier l'agencement, et donc cette résistance doit être mise sur le PCB.

Où sont les résistances de 0R22 alors ?

> Les tensions de commandes sont tellement faibles que le moindre mV de bruit deviendrait catastrophique ?

Que tu réduises la tension de commande avec un diviseur de tension ou bien que tu amplifies la tension sur le shunt avec un ampli-op, tu auras le même offset dans les deux cas, qui est celui de l'AOP ! U2 ne sert à rien.

>> Je n'aime pas du tout la paire complémentaire à base de NMOS/PMOS. [...]
> Et avec du bipolaire ce serait mieux ?

Ca pourrait descendre à une tension plus basse à cause des seuils plus faibles, mais bon le problème c'est surtout que les paires complémentaires ont bien plus tendance à osciller. Et comme on n'en a pas besoin ici, autant s'en passer.