Werden für diesen spannungsgesteuerten Induktor des Operationsverstärkers Flyback-Dioden benötigt?

Ich verstehe die Notwendigkeit von Flyback-Dioden, wenn versucht wird, den Induktorstrom mit einem mechanischen Schalter abrupt zu ändern, oder wenn ein BJT / MOSFET als Schalter verwendet wird.

Nehmen wir nun an, ich steuere (linear) die Spannung über einer Spule mit dieser Operationsverstärkerschaltung:

schematisch

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Es scheint mir, dass eine Flyback-Diode mit dieser Schaltung überhaupt nicht benötigt werden sollte, selbst wenn wir uns vorstellen, dass der Operationsverstärker keine internen Dioden zwischen seinem Ausgangsanschluss und seinen Leistungsanschlüssen hat.

Angenommen, die Schaltung ist bei Vin = 4 V stabil, sodass der Spulenstrom 6 A beträgt (von rechts nach links). Lassen Sie uns dann Vin auf 7 V bringen, was die in der Spule gespeicherte Energie verringern sollte. Meiner Meinung nach sollte der Operationsverstärker einfach den durch den unteren Transistor seiner Ausgangsstufe fließenden Strom mit einer Rate reduzieren, die bewirkt, dass die EMF der Spule am Ausgang des Operationsverstärkers 7 V ergibt (wenn Vin gestuft wird, bedeutet dies 6A bis R1 Mittelwert dass die rechte Seite von L1 bei 4 V liegt, so dass die induzierte EMF über L1 die linke Seite zu diesem Zeitpunkt 3 V höher als die rechte Seite machen würde). Diese Stromänderung endet dann, wenn 3A durch den Induktor gehen.

Meine Frage ist: Ist mein Verständnis richtig und die Theorie schreibt vor, dass für diese Schaltung keine Flyback-Diode benötigt wird? Wenn ja, fehlt in diesem vereinfachten Modell etwas, das in realen Anwendungen eine Flyback-Diode erfordern würde?

Beachten Sie, dass dies eher eine theoretische Frage ist, die darauf abzielt, mein Verständnis und mein mentales Modell von Operationsverstärkern zu verbessern. Antworten nach dem Motto "Wirf einfach eine Diode hinein, um sicher zu gehen" sind daher nicht erforderlich. Dies ist eine vereinfachte Version meiner eigentlichen Schaltung, die über eine Doppelversorgung verfügt und den Strom regelt (unter Verwendung eines Stromerfassungswiderstands zwischen Induktor und Masse). Daher ist jede Erklärung, die eine Extrapolation auf komplexere Schaltungen ermöglicht, willkommen.

operational-amplifier inductor flyback

— GummiV
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Antworten:

Ich würde immer noch Dioden zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und beiden Versorgungsschienen hinzufügen.

Solche Dioden sind ohnehin bereits im Operationsverstärker vorhanden (zum Schutz vor elektrostatischer Entladung), aber Sie möchten diese Dioden nicht beschädigen, da Sie dann den Operationsverstärker ersetzen müssten.

Sie haben Recht, dass unter normalen Arbeitsbedingungen der Strom durch die Spule nicht unterbrochen wird (was die Ursache für die hohe Schadensspannung ist), aber was ist, wenn Sie den Stromkreis ein- oder ausschalten oder eine Störung in der Versorgung auftritt?

Ich würde also nicht das Risiko eingehen und einfach in Sperrrichtung vorgespannte Dioden hinzufügen, um den Ausgang des Operationsverstärkers zu schützen. Ich würde schnelle Schottky-Dioden verwenden, die einen Vorwärtsstrom von 1 A verarbeiten können (dies ist nur meine Vermutung).

— Bimpelrekkie
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+1 für Start- und Abschaltschutz. Designer vergessen das oft.

— Trevor_G

Wenn Sie versuchen, den Strom sofort von 6 auf 3 Ampere zu ändern, reagiert die linke Seite des Induktors so, dass der Strom bei 6 Ampere fließt (nur für kurze Zeit, bis die gespeicherte Energie irgendwo verloren geht). Die einzige Möglichkeit besteht darin, eine Spannung zu erzeugen, die hoch genug ist, um Strom durch den oberen Transistor in Ihrer Gegentaktstufe im Operationsverstärker zu zwingen (oder einen Funken zu erzeugen).

Angesichts der Tatsache, dass dieser obere Transistor in beiden Szenarien niemals absichtlich eingeschaltet wird, erzeugt der Induktor ziemlich augenblicklich eine immer größere Spannung, bis dieser Transistor ausfällt oder Sie irgendwo einen Funken bekommen.

Es scheint mir, dass eine Schutzdiode benötigt wird.

— Andy aka
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In meinem mentalen Modell versuche ich nicht, den Strom sofort zu ändern, sondern die Spannung. Ich bin damit einverstanden, dass die EMF des Induktors die Spannung des Ausgangsnetzes des Operationsverstärkers erhöht, sobald der Operationsverstärker beginnt, den Strom zu begrenzen, um zu versuchen, Strom durch den Operationsverstärker zu zwingen. Sobald dieses Netz jedoch 7 V erreicht, habe ich das Gefühl, dass der Operationsverstärker "zurück" gehen und den Strom nicht weiter reduzieren sollte. (Dies geschieht dann unendlich oft, bis sich der Strom gemäß einem typischen RL-Diff.eq auf 3A eingestellt hat.) Vermisse ich etwas bezüglich des Verhaltens des Operationsverstärkers in diesem Szenario?

— GummiV

@GummiV es fällt auf die alte Formel V = L di / dt. Wenn Sie den Strom allmählich ändern, ist die Spannung, die von der Induktivität erzeugt wird, die versucht, dieser Stromänderung entgegenzuwirken, gering. Wenn Sie versuchen, den Strom zu schnell zu ändern, ist diese Gegenspannung groß genug, um den oberen Transistor zu funken oder zu zerstören. Nein, sobald 7 Volt angeschlagen werden, geraten die Dinge NICHT ins Gleichgewicht und setzen sich ab, da immer etwas Energie im Induktor verbleibt. Wenn Ihr Fahrer jedoch eine harte Mutter ist und bei 7 Volt klemmen kann, wirkt er als Sperrdiode .....

— Andy aka

.... ob dies der Fall ist, hängt davon ab, wie gut der Fahrer ist. Normalerweise testen / wissen die Leute das nicht und verwenden eine Diode.

— Andy aka

Vielen Dank. Es fühlt sich an, als würde mir noch etwas fehlen. Sie erwähnen "Ändern des Stroms zu schnell", wenn ich das Gefühl habe, die Spannung zu ändern und den Strom auf einen Endwert "absetzen" zu lassen (auf ähnliche Weise wie beim Anschließen eines Induktors an eine Spannungsquelle, außer hier I. Verringere den Strom durch Abführen der Energie im OA-Transistor. Das heißt, ich denke, dass der Operationsverstärker nach dem Schrittwechsel den di / dt-Teil effektiv reguliert, so dass das Ausgangsnetz des Operationsverstärkers bei festen 7 V bleibt, bis sich der Strom von 6A auf 3A geändert hat (mit dem typischen L. / R Zeitkonstante).

— GummiV

Wenn Ihr Fahrer die Fähigkeit zur Aufrechterhaltung der Spannung hacken kann, wird dies der Fall sein. Sie müssen sich daran erinnern, dass ich versuchen muss, in Ihre Gedanken einzudringen, und manchmal können Antworten ein bisschen hin und her schwingen, aber wenn der Treiber damit umgehen kann, einen Strom in den oberen Transistor zu leiten, wenn er normalerweise nur Strom senkt, sollte es in Ordnung sein.

— Andy aka

Wenn Sie eine diskrete Gegentaktschaltung haben, benötigen Sie häufig keine Flyback-Dioden, deren Einbau jedoch keinen Schaden anrichtet, und wenn Sie den Verstärkerausgang (möglicherweise integrierte Schaltung) des Verstärkers nicht analysieren können, um sie zu bestimmen sind nicht notwendig, dies ist eine gute (und kostengünstige) Praxis. In diesem Fall können Sie nur Strom senken, daher wäre eine Diode zur +10-Versorgung erforderlich. Eine Schottky-Diode ist viel sicherer als eine normale Diode, da nur wenig Strom durch interne Übergänge fließt, wenn der Schottky parallel leitet. Strom, der durch interne Übergänge fließt, kann Probleme verursachen, die schwer vorherzusagen sind.

Beachten Sie, dass Sie sich immer noch Sorgen machen müssen. Wenn eine solche Diode (oder eine gleichwertige Diode) vorhanden ist und die 10-V-Versorgung plötzlich unterbrochen wird, kann das kollabierende Feld dazu führen, dass die Versorgungsspannung zum Chip auf einen ausreichend hohen Wert ansteigt, um beschädigt zu werden der Chip (abhängig von der Buskapazität usw.). Ein Zener oder ein Fernseher, der in der Lage ist, die Energie in der Spule zu absorbieren, kann daher eine gute Idee sein - von +10 nach Masse oder vom Verstärkerausgang nach Masse.

— Spehro Pefhany
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