Aide pour dimensionnement composant

[Eazybit]

Bonjour à tous,

Je suis en train de réaliser une charge électronique DC pour tester des équipements sous 28Vdc.
Après quelques recherches sur internet j'en suis arrivé au schéma suivant:


Je ne sais pas si c'est la meilleure des solutions, mais dans un premier temps je souhaiterai quand même aller dans cette direction pou faire des simulations, des tests et comprendre.
Voici pourquoi j'ai choisit les composants:
U2: AOP en contre réaction pour qu'il fonctionne dans sa zone linéaire et commande mon MOSFET qui fonctionnera dans sa zone ohmique
R2: Pour limiter le courant sortant de l'AOP
R3 et C1: pour limiter le gain et augmenter la stabilité
R1: shunt de courant
R4: permettre de partager la puissance à dissiper avec le mosfet et limiter ma charge à 6A

Par contre je suis bloqué sur le dimensionnement de mon condensateur C1 et résistance R3.
En les rajoutant, mon AOP semble en montage intégrateur mais dès que je cherche ce montage sur internet le dimensionnement ce fait toujours avec un signal d'entrée périodique, hors moi je compte lui envoyer un signal DC "droit" du coup je suis un peu perdu. Je pourrai aussi utiliser la formule de la fréquence coupure d'un filtre RC, mais je ne sais pas comment définir ma fréquence.

Pourriez-vous m'aiguiller svp?
Même si le montage sera un échec, ça me permettra de comprendre pour la suite.
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[erff]

Bonjour,

Quelques remarques générales sur le montage :
1- Je ne suis pas un spécialiste en analogique, mais je pense que R2 et R3 sont inutiles (je ne comprends pas leur fonction)
2- Je pense que le MOSFET est destiné à fonctionner en zone saturée et non ohmique
3- Si la régulation fonctionne bien, on peut retirer R4 (à remplacer par ce qu'on veut même par un court-circuit). Par contre attention à la chauffe du MOS qui peut se retrouver à dissiper beaucoup trop de puissance !
4- On peut sans doute réduire R1 pour limiter la chauffe de cette dernière, mais cela a d'autres impacts.

Pour déterminer C il faut considérer la réponse fréquentielle de l'AOp en boucle ouverte (son diagramme de Bode). Le rôle de C est de tuer le gain HF de l'étage AOp afin (probablement) d'éviter le régime instable du système. On réduit volontairement la bande passante, ce qui n'est pas gênant pour une application en DC. Cependant, je chercherais peut-être à remplacer C par un R//C (parallèle) avec un R "élevé" pour avoir un gain statique suffisant, et un C largement plus faible que 500µF puisque dans ce cas la stabilité serait bien plus simple à obtenir. On sacrifierait donc un tout petit peu de précision statique au profit de la stabilité (voir si cela est acceptable...).

[Pascal071]

bonjour

je me sers de ce montage avec contrôle par Picaxe (avec un TIP141 au lieu du Mos)

en 5v
0 à 1Amp en sortie
R2=1K, aucazou... mais en fait elle ne sert pas à grand chose
j'ai mis R3=2k2, c1=10nF
ça fonctionne correctement.

mon montage est volontairement limité à 15v, 1Amp max.
car:
R1=1ohm, résistance se prend 1watt avec 1Amp, 4watt avec 2Amp...

le Mos fonctionne en mode ohmique, mon TIP141 en mode linéaire.
avec 28v sous 1Amp, il se prend 28w continus !

c'est pour ça que j'ai ajouté une Ctn pour arrêter la charge quand c'est trop chaud!

[Pascal071]

Re
R4 représente ta charge?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Eazybit]

Merci pour vos retour

@erff

J'ai mis R2 pour limiter le courant de sortie de l'AOP et en même temps limiter le courant entrant dans les capacités parasite du MOSFET.
Pour R3, avec le condensateur si je ne met pas de résistance je me trouve avec une oscillation en sortie de l'aop et je suis totalement instable.
Pour R4 le but étant de "partager" la puissance à dissiper avec le MOSFET, sans elle mon MOSFET aurait plus de 130W quand j'ai 6A, alors que la à 6A mon MOSFET n'a qu'environ que 10W de mémoire et le max se trouve à 3A je n'ai que 33W a dissiper. Une résistance de puissance ça ne coute pas cher comparé à trouver de quoi tout bien dissiper.
Pour R1, pour le moment je reste sur 1R, je pourrais prendre une 0,1R, mais pour le moment ce n'est pas mon plus gros questionnement.

Pour C1, dans la datasheet de l'aop j'ai son "Large−Signal Open Loop Voltage Gain", il faudra que je me base sur ça pour déterminer C1?

@Pascal071

Merci pour ton retour, à exploiter si jamais je vais dans la mauvaise direction.
Mais j'ai vu mon montage, plus ou moins différent, un peu partout donc je pense qu'il fonctionnera. Je veux juste comprendre comment déterminer mes composants sans juste faire un copier coller.
Pour R4, voir réponse du dessus. S'il faut que je démontre demande moi.

[erff]

Bonsoir,

Pour R2 je ne suis pas convaincu dans le sens où le courant d'entrée de la gate du MOS est borné par C_iss*Slew_rate (alors certes il faut aussi ajouter un terme de capa Miller mais ça n'ira pas chercher très loin à mon avis). Il faut voir ce que ça donne en mettant les chiffres, ou encore mieux, en testant directement. Mais enfin ce n'est pas si important.

Pour R3 ok, pas étonnant. Son absence change l'impédance du réseau de contreréaction ce qui a un impact direct sur la FTBO (fonction de transfert en boucle ouverte).

Pour C1, en théorie oui c'est ce qu'il faut faire. En pratique on teste et on ajuste car les infos ne sont pas toujours présentes dans les doc. Il faut le Bode (gain et phase) de l'AOp en boucle ouverte. Il faut également modéliser le comportement du montage MOS qui, en gros consiste seulement en une transconductance constante. On peut négliger ses effets fréquentiels car ils arrivent à des fréquences bien supérieures à ton domaine d'intérêt mais il faudra veiller à les filtrer.
En combinant cela avec le réseau de contreréaction, on déduit la FTBO du système complet : I_out/V_consigne

De là on déduit ce qu'on doit mettre pour C1. Mais il ne faut pas oublier que tous ces calculs donnent les directions à suivre et des ordres de grandeurs ... la détermination des paramètres se fait sur le montage. Et je continue de penser qu'il est possible de concevoir ce montage avec beaucoup beaucoup moins de µF quitte à ajouter quelques résistances aux bons endroits (je n'ai pas fait le calcul, donc à creuser). Si cela fonctionne comme ça, alors ça ne vaut probablement pas la peine de se casser la tête.

Bonne continuation !

[Pascal071]

bonsoir
avec 6amp, ça fait de grosses résistances...

sans R3 le montage ne fonctionne pas
elle peut faire 10k, avec C1=100pF à 1nF avec un LM358

je n'ai aucun calcul à te fournir,
c'est le genre de truc:
"tient, ça oscille?!"
"ok, je vais mettre un p'tit condo..."

une certitude:
les vraies valeurs vont être très différentes d'un ampli-op à l'autre

cordialement

[Vincent PETIT]

Bonjour,
En effet il est toujours bon de découpler (dans le sens supprimer un lien direct) la sortie de l'AOP et l'entrée très capacitive d'un Mosfet pour des questions de stabilité de l'AOP et aussi pour les appelles de courant. Souvent R2 est de l'ordre de la 100aine d'Ohms.

L'oscillation que tu vois sans R3 est liée aux éléments parasites du Mosfet qui recréaient un circuit RLC qui résonne. Aux bornes de R1 tu devrais voir sur un oscillo du ringing à chaque changement d'état, ouvert et fermé, du Mosfet. Le but de R3+C1 c'est de faire un filtre passe bas pour se débarrasser de l'oscillation avant qu'elle ne rentre dans l'entrée négative de l'AOP.

Pour déterminer C1 il faut, comme pour un circuit snubber, mesurer la fréquence d'oscillation du ringing ou la simuler si les modèles des composants sont suffisamment précis dans leur description, puis choisir un couple R3 C1 dont la fréquence de coupure soit nettement en dessous de la fréquence du ringing.

Ici https://e2e.ti.com/support/amplifier...-analog-signal quelqu'un a fait des simulations (voir le message de kai klaas69)

[DAT44]

Bonjour,
470µ serait plus facile a trouvé 530µ ...
Prévoir un très gros dissipateur pour le transistor (1°/W maxi)
R1 prévoir 50W et R4 200W

[Vincent PETIT]

Re bonjour,
Ça me semble disproportionné 470uF. Est ce qu'on peut voir le ringing sur une photo ou copie d'écran d'un oscilloscope ?

[Pascal071]

bonjour

pour garantir une réponse fiable de la charge,
R3-C1 doit être faible,
R3-1k , C1 470µF c'est un intégrateur 0,5sec.
pendant ce temps là le Mos fait ce qu'il veut...