Einstellbare 0-5A spannungsgesteuerte Stromquelle

Ich möchte eine High-Side-Stromquelle bauen, die 0-5 A mit einer Auflösung von 1 mA liefern kann. Die Spannungsquelle, die in diese Stromquelle einspeist, ist eine Variable von 0-50 V, die immer ~ 3 V über der erforderlichen Spannung für diesen Strom liegt[1].

Mein anfänglicher Gedanke dabei war, einen Strommessverstärker als invertierenden Eingang für einen Operationsverstärker zu verwenden (der nichtinvertierende Eingang ist die Referenzspannung), der einen p-Kanal-MOSFET steuert, der den in die Last fließenden Strom steuert. Leider bedeutet dies, dass sich der Strommessverstärker in der Rückkopplungsschleife des Operationsverstärkers befindet, was ein Problem zu sein scheint (ich bekomme viele Schwingungen).

Diese Notiz von Analog zeigt jedoch eine Low-Side-Stromsenke, die einen Differenzverstärker verwendet, um den Strom durch einen Strommesswiderstand zu messen. Es verwendet (eine kleine Menge) positives Feedback, was ich nicht verstehe.

Diese Notiz von Linear zeigt eine Stromquelle mit niedriger Spannung und niedrigerem Strom (2 A gegenüber den 5 A, die ich möchte). Ich mache mir Sorgen, dass der Integrator dazu führt, dass das Einschwingverhalten der Stromquelle zu langsam und damit zu ungenau ist.

Diese Notiz von TI spricht über das Trennen der Einheitsverstärkungsbandbreiten von zwei Verstärkern um einen "Faktor 5", wenn ein Verstärker in einer Rückkopplungsschleife eines anderen Verstärkers verwendet wird. (Sie erwähnen dies als Faustregel, sprechen aber nicht viel darüber, wie man es konkreter machen kann). Dies scheint jedoch wirklich handgewellt zu sein und geht nicht näher darauf ein.

Meine Fragen:

Wofür ist das positive Feedback in der analogen Note?

Ändert dies die Einheitsverstärkungsbandbreite des Operationsverstärkers, sodass der Faktor 5 eingehalten wird? Und muss der Verstärker INNERHALB der Rückkopplungsschleife eine Einheitsverstärkungsbandbreite haben, die größer ist als die zurückgekoppelte?

Was sind andere Topologien für genaue Stromquellen, die 5 A verarbeiten können?

[1]: Wenn ich beispielsweise einen Strom von 1 A an 10 Ω habe, liegt die einstellbare Stromversorgung bei 13 V, und ein Strom von 2 A an 10 Ω liefert mir eine Stromversorgung von 23 V usw. Das Einschwingverhalten dieser Reaktion ist ein Problem für einen anderen Tag...

Ist die Versorgungsspannung stabil?, auf welcher Höhe? Wie viel Compliance benötigen Sie für die Ausgabe?
Die Versorgungsspannung stammt aus einem einstellbaren Schaltnetzteil, und die Compliance sollte fast so hoch sein wie die Versorgung. Die Stromquelle sollte zumindest ein wenig regulieren (was von der einstellbaren Versorgung übrig bleibt).
Die meisten MOSFETs sind eher für gesättigtes Schalten als für lineare Verlustleistung ausgelegt. Sie gehen in thermisches Durchgehen, wenn sie bei mehr als einem kleinen Bruchteil ihres maximalen pdiss betrieben werden, wenn sie im linearen Bereich betrieben werden. Sie können FETs kaufen, die schwer zu finden, teuer und für kontinuierliche lineare Verlustleistung ausgelegt sind. Bleiben Sie am besten bei Bipolaren, wenn Sie 5 A mit einer 50-V-Versorgung und 250 Watt vom Kühlkörper beziehen möchten!
Ist thermisches Durchgehen ein Problem, wenn Sie in Rückkopplung sind? Außerdem wären es nur 250 W, wenn die einstellbare Versorgung bei 50 liegt und ich eine 1-Ohm-Last antreibe. (An diesem Punkt wäre es besser, die Zufuhr etwas niedriger einzustellen.)
250 W werden eine Menge Arbeit zum Ableiten sein ... Warum nicht ein Schaltnetzteil verwenden? Bei 5 A sind Sie ziemlich am Rande einer monolithischen IC-Lösung, aber wenn Sie bereit sind, externe Stromversorgungsgeräte zu verwenden, sollten Sie keine Probleme haben, eine Lösung zu finden. Suchen Sie nach einem LED-Treiber-IC mit sogenannter "analoger Dimmfunktion" - diese bieten einen Pin, der den Ausgangsstrom skaliert. Schauen Sie sich zum Beispiel den LT3791 an ...
@ user49628 Dies muss niemals 250 Watt verbrauchen. Es gibt ein Schaltnetzteil, das so eingestellt ist, dass es ~ 3 V über dem liefert, was an die Last geliefert wird. Das bedeutet also höchstens 15 W, die im Transistor abgeführt werden. Hier stellt sich die Frage jedoch nicht: Ich versuche herauszufinden, wie ich bis zu 5 A Strom von einer hohen Seite, die bis zu 50 V betragen kann, genau liefern kann
Ich verstehe. Das positive Feedback im AD-App-Hinweis soll eine Null in der globalen Schleifenübertragungsfunktion bilden. In gewisser Weise ist dies vom Konzept der Beabstandung der Bandbreite verschachtelter Schleifen getrennt, aber in der Praxis kann es eine aggressivere Beabstandung der UGFs ermöglichen, als dies ohne die Null möglich wäre. Wenn Sie möchten, kann ich eine Antwort posten und später erläutern, wenn ich etwas Zeit habe.
@ user49628: Das wäre großartig.
Entschuldigung, ich habe zu früh geantwortet - als ich es mir noch einmal ansah, war meine Erklärung falsch. Die Rückkopplung durch den 10-Meg-Widerstand überwältigt die durch den Kondensator nur bei sehr niedrigen Frequenzen. Bei der Simulation der Schaltung mit und ohne 10-Meg-Widerstand gibt es keinen Unterschied in der globalen Schleifenübertragungsfunktion über etwa 1 kHz. Ich glaube, der Widerstand ist tatsächlich da, um Schwingungen zu verhindern, wenn der Jumper LK1 entfernt wird. Meine Simulationen bestätigen dies - die Schleife wird verrückt, wenn der Eingang offen ist, es sei denn, Sie fügen die 10 MB hinzu.

Antworten (2)

Sie sagen, Sie möchten eine Auflösung von 1 mA haben. Ich nehme an, dass dies sowohl die Einstellbarkeit als auch die Steuerung der Welligkeit (z. B. von PWM) auf weniger als 1 mA umfasst.
Für die Steuerung eines Sollwerts sind zahlreiche Implementierungen in Betracht zu ziehen: Single-Turn-Potis (mit Nonius auf Nonius), Multi-Turn-Potis, digitale Rändelräder oder Drehschalter, Kippschalter mit Leiternetzwerk usw. Ich glaube, Sie haben ein Mikro bevorzugt Controller mit D/A-Wandler. Jede dieser Optionen könnte verwendet werden, um einen 5000-Intervall-Sollwert zu implementieren.
Was den Welligkeitsstrom angeht, möchten Sie je nach Anwendung möglicherweise nicht, dass er ein ganzes 1-mA-Intervall überspannt. Ich konnte in der Simulation mit nur 500 mH Glättungsinduktivität eine Welligkeit von weniger als 1 mA erreichen, indem ich weitere 500 mH nach dem Strommonitor als Ausgangsfilter verwendete. Es wird bei etwa 7 kHz unter Verwendung eines Fehlerintegrators, gefolgt von einem Komparator mit Hysterese, selbst getaktet. (Versuchen Sie nicht, es mit einem externen Taktgeber zu takten, da sonst der Ausgang unregelmäßig ist.) Mit der Filterinduktivität betrug die Welligkeit ~ 500 ua; Ohne ihn betrug die Welligkeit ~ 2,7 mA, aber das Erhöhen der Glättungsinduktivität auf 800 uH reichte aus, um die Filterinduktivität eliminieren zu können. Dies sind Art von großen Induktivitäten, aber nicht unvernünftig. Die Schaltfrequenz kann auch erhöht werden, begrenzt durch die Geschwindigkeit Ihrer Komponenten (MOSFET, Gate-Treiber, Komparatoren, Operationsverstärker usw.).

Können Sie dies mit digitalen Schaltungen angehen?

Wie wäre es mit einem Mikrocontroller? Der ADC liest Spannungspegel und Strommessung. Dann wird es korrigieren und PWM verwenden, um Mosfet zu wechseln. Möglicherweise erreichen Sie jedoch aufgrund von Rauschproblemen und Auflösung keine 1-mA-Auflösung. Denn wenn Sie 5A in 1mA-Schritte teilen, erhalten Sie 5000 Schritte. Daher benötigen Sie mehr als 12 Bit ADC-Auflösung.

Wenn Sie jedoch die Genauigkeit auf 10 mA verringern können, ist dies möglich.

Hoffe das hilft

Das sieht nicht nach einer Antwort aus. Du hättest es in den Kommentaren posten sollen. Sie sollten auch die richtige Interpunktion und Großbuchstaben verwenden, wo dies erforderlich ist.
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