Präzisions-CC-CV-Schaltung oder Stromversorgung

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Ich möchte eine CC / CV-Schaltung (Konstantstrom / Konstantspannung) entwerfen, in der ich die Spannungsgrenze oder Strombegrenzung mit dem 0- bis 5-V-Bereich des DAC einstellen kann. Ich weiß, wie man variable CC-Schaltungen und CV entwirft:

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab

Hier ist mein Problem: Ich muss eine ziemlich genaue programmierbare Konstantspannungs- und Konstantstromschaltung entwerfen (der Ausgang muss 0,1% betragen und innerhalb von 100 uV des DAC-Eingangs liegen). Der Konstantstromanteil benötigt ebenfalls eine ähnliche Genauigkeit und kann quellfähig sein 200 mA bei 0 V bis 7 V.

Ich habe auch Temperatur- und Rauschanforderungen, also werde ich diese mit Low-Tempco-Operationsverstärkern und Low-Noise-Operationsverstärkern bauen. Darüber mache ich mir jetzt keine Sorgen. Im Moment versuche ich, eine gute Schaltungstopologie zu finden, die in der gesamten Literatur, in der ich diese Art von Schaltung habe, nicht behandelt wird. Ich möchte wegen der Welligkeit keinen DC zu DC verwenden.

Was ist eine Schaltungstopologie, mit der ich eine Präzisions-CC / CV-Schaltung erstellen kann?

(Ich könnte bei Bedarf auch ein Präzisions-LDO verwenden.) Bonuspunkte Wenn es Strom liefern und ablassen kann, kann ich die Schienen um die Schaltung herum bauen.

Spannungsspitze
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Kann nicht ohne ALLE SPECS-Umgebungsspezifikationen entwerfen . 0,1% gegen Trange? auch Lastschrittantwort, falls vorhanden, Lastregelungsfehler, falls vorhanden, RMS-Rauschen mit Laständerungen gegenüber f und andere relevante Spezifikationen. Schleife Antwortzeit innerhalb von 0,1% Bitte überarbeiten Sie die Spezifikationen in einem prägnanten Format
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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@ Tony Ich kann ohne Umgebungsspezifikationen entwerfen. Ich normalerweise Temperaturregelkreise, mit einem Kühlkörper bei konstanten 30C
Voltage Spike
Man kann auch zwischen TC Vref und ofeniertem Vref wählen. Punkt ist pls mehr Spezifikationen hinzufügen, sonst kann es eine Zeitverschwendung -50 + 70C sein?
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
–55 ° C / 210 ° C (ist auch möglich) Lastschrittlatenz? Fehlerfaktoren müssen die Empfindlichkeit gegenüber
Lötwärmeverschiebung einschließen,
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Ich werde dort ankommen, wenn ich dort
Voltage Spike

Antworten:

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Wenn Sie Präzision wollen, dann schneidet Ihre CC-Quelle sie nicht, was mit Transistor Alpha und All ist.

Der klassische Weg, dies zu tun, sind zwei Schleifen

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Sowohl die Spannungs- als auch die Stromrückkopplung werden skaliert und auf Masse bezogen und mit Ihren DACs verglichen. Die Vergleiche ODER-Verknüpfungen in der Ausgangssteuerung lassen aus Bequemlichkeitsgründen einen Darlington vermuten. Welche Schleife "vorbei" ist, zieht den Kollektor herunter und regelt den Ausgang.

Beachten Sie, dass die Stabilität beibehalten werden muss, dh für ausgelegt ist, damit der Vergleich mit geringer Verstärkung durchgeführt wird. Wenn für die Präzision eine hohe Verstärkung erforderlich ist, fügen Sie der Schleife einen Integrator hinzu. Ich würde vermuten, dass dies nach dem Kontroll-OP erfolgen müsste, da sonst der inaktive Integrator gesättigt wäre und eine lange Zeit in Anspruch nehmen würde, um sich bei Bedarf zu erholen.

Aufgrund Ihres niedrigen Spannungs- und Strombedarfs ist lediglich eine lineare Versorgung erforderlich.

Neil_UK
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Mir ist klar, dass ich den BJT durch einen LDO oder Mosfet ersetzen könnte, aber das wird einige Aspekte des Designs ändern. Wenn Sie einen BJT für die Stromquelle verwenden, kann der Operationsverstärker dann nicht kompensieren, was der BJT tut?
Spannungsspitze
Beziehen Sie sich auf meine Schaltung oder auf Ihre Schaltung, ich verstehe die Frage nicht?
Neil_UK
Ich bezog mich darauf: "Wenn Sie Präzision wollen, dann schneidet Ihre CC-Quelle sie nicht, was ist mit dem Transistor Alpha und allem."
Spannungsspitze
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@ Laptop2d Ich bin mir ziemlich sicher, dass er meint, dass der Basisstrom des BJT in der von Ihnen vorgeschlagenen Konstantstromversorgung den Stromerfassungswiderstand überspringt. Ein zusätzlicher Strom fließt vom Operationsverstärker zur Last, dessen Größe umgekehrt proportional zum Transistorverstärkungsfaktor (Alpha) ist, und der Operationsverstärker hat keine Möglichkeit, dies zu kompensieren.
JMS
Ich sehe es jetzt, danke dafür. Ich nehme an, Sie könnten die
Voltage Spike
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OK, also was ich vorschlage, sind eigentlich zwei Schleifen: Stromschleife über Spannungsschleife. Das heißt, Sie haben einen Strombefehl (der eine Grenze darstellt) und dann einen Spannungsbefehl. Der Ausgang zum DAC ist max (Spannungsbefehl / Stromschleifenausgang). Solange die Strombegrenzung nicht erreicht wird, ist die Stromschleife gesättigt und stört nicht. Das einzige, was Sie tun müssen, ist die Spannung und den Strom zu messen, was ziemlich einfach ist.

Laut Schaltkreis haben Sie kein Wort über die Spannungs- / Stromanforderungen gesagt. Der vielleicht einfachste Weg ist also ein Emitterfolger für die Leistungsverstärkung des DAC und ein sehr kleiner Stromerfassungswiderstand für die Strommessung.

Abhängig von Ihrer Anwendung und den verfügbaren digitalen Komponenten kann ich Sigma-Delta-ADCs vorschlagen, um den Strom zu messen. Einige haben sehr schöne, sehr genaue eingebaute PGA, so dass Sie das System sehr gut einstellen können.

Das Schema finden Sie weiter unten. U3 ist Ihr Mikrocontroller. In gewisser Weise ähnelt das gesamte System dem der anderen Antwort, aber die Stromschleife sollte leichter einstellbar sein, aber eine geringere Bandbreite haben.

Entschuldigung, der INST-Instrumentalverstärker; Ich habe auch einen Widerstand auf der Basis vergessen, aber du bekommst ihn.

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simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab

Noch ein paar Worte zum Systemverhalten. Wenn alles richtig gemacht wurde, beginnt die Stromschleife bei Null und erhöht die Spannung langsam bis zum Spannungsbefehl. Wenn das System jedoch normalerweise im CC-Modus arbeitet, gibt es einige Sonderfälle. Wenn die Last plötzlich getrennt und dann wieder angeschlossen wird, kann sie für einige Zeit unter einem Strom liegen, der über dem Grenzwert liegt. Daher kann es wichtig sein, die getrennte Last zu erkennen und den aktuellen PID-Regelkreis zurückzusetzen

Gregory Kornblum
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Ich habe ein paar Dinge über die Spannungs- und Stromanforderungen gesagt. Denken Sie, Sie könnten mit dem Werkzeug eine Beispielschaltung zeichnen?
Spannungsspitze
Ja, ich habe die Zahlen verpasst. OK, ich arbeite an der Schaltung.
Gregory Kornblum
Getan! 123456789
Gregory Kornblum
Laptop, wissen Sie, wie man eine Stromschleife im Mikrocontroller anordnet?
Gregory Kornblum
Ja, ein Problem ist, dass die Software-Ingenieure, mit denen ich zusammenarbeite, nicht gut mit Echtzeit-
Voltage Spike
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- abhängig von den Systemspezifikationen, sonst würde ich NICHT DAC verwenden, sondern 10-Bit-PWM (1024)

- Ich würde <= 0,1% Vref wählen und lineares High-Side-CC und CV wählen

schematisch

CC-Schleife durch voreiligen Schaltplan invertiert (sorry)

Wählen Sie k = 0 bis 1 für CC = x bis max

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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Tony, kannst du bitte die Schaltung erklären?
Gregory Kornblum
Es ist ein klassisches LDO-Design, bei dem alle Datenblätter gelesen werden. OA1 ist ein Isense-Verstärker mit einem Abfall von 100 mV und OA3 ist Vreg, während OA2 Imax reg ist. nur mit Abwärtskontrolle. Der Schlüssel ist, keinen teuren oder weniger genauen DAC zu verwenden.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
Verdammt du bist schlau! Hast du das alles selbst gezeichnet und keine Schaltpläne?
Keno
Nach 40 Jahren kann ich das in meinem Kopf tun. Gerade jetzt hier
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
Warum sollten Sie es zeichnen?
Gregory Kornblum
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Nachdem ich viel mehr gesucht hatte, fand ich eine weitere Schaltung von eevblog , die ich der Liste hinzufügen möchte, weil sie interessant ist. Anstatt Dioden in einer "max" -ähnlichen Konfiguration zu verwenden, werden ein Mosfet und eine Diode verwendet, um von CV zu CC zu wechseln.

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Spannungsspitze
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seltsamerweise fast identisch mit meiner mit Diodenkreuzung und IA-Konfiguration, aber ich habe Zweifel mit 0,1% Genauigkeit
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
Nicht ganz, Sie verwenden keinen Mosfet und keine Diode, um zwischen den Spannungen zu wählen. Sie verwenden einen Operationsverstärker, der einen Offset hätte. Dieser würde Ihnen einen direkteren Rückkopplungspfad ohne Offsets für Spannungsrückkopplungen geben, wenn Sie sich nicht im CC-Modus befinden. Außerdem verwendet dieser einen BJT, keinen Mosfet, als Hauptstrombegrenzer.
Spannungsspitze
Ja, es hat ein zusätzliches Q (FET) anstelle einer Diode mit hoher Verstärkung, was potenzielle Stabilitätsprobleme verursacht.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
Ich dachte, ich würde es auf die Liste werfen
Voltage Spike
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Es gibt mindestens zwei Fehler im Schaltplan: OA1 ist invertiert (Spannungs- und Stromrückkopplung sollten negativ sein) und M1 sollte ein Teil des P-Kanal-Verbesserungsmodus sein (es sollte leiten, wenn der Ausgang von OA3 niedrig ist, und es sollte blockieren wenn es hoch ist). Derzeit ist M1 ein N-Kanal-Anreicherungsmodus-MOSFET.
JMS