Entwerfen des Netzteils: Problem mit der Strombegrenzung des Netzteils

Die folgende Schaltung zeigt einen Teil einer Schaltung, die ich für ein Netzteil entwerfe. Dies ist das erste Mal, dass ich etwas auch nur annähernd so Komplexes mache. Video-Playlist für den Kontext . Direkter Link zu den unten besprochenen Tests

Das Problem, das ich mit der Schaltung unten habe, ist, dass, sobald die Schaltung in den Strombegrenzungsmodus wechselt, V-Out auf etwa 8 V erhöht wird, und ich kann mich nicht davon erholen, selbst wenn ich die Strombegrenzung viel höher als dort einstelle zunächst verriegelt. Die einzige Möglichkeit, dies zu beheben, besteht darin, den Stromkreis zu trennen und dann zurückzusetzen.

Strombegrenzungs- und Spannungseinstellungsschaltung

(Hinweis: Ursprünglicher Schaltplan zur besseren Lesbarkeit verbessert, wie von Rohat Kılıç und replete gefordert )

Was meiner Meinung nach passiert, ist, dass, wenn wir in den Strombegrenzungsmodus wechseln und Q1 einschaltet, OpAmp (IC3A) versucht, zu kompensieren, dass sein Ausgang auf Masse gezogen wird, und irgendwie 8 V übertreibt ... Eigentlich nein ... Wenn Q1 eingeschaltet ist, wäre die maximale Spannung, die es anzeigen könnte, sicherlich 0,7 V, oder? Wie kann dieser Operationsverstärker mehr als 8 V aushalten, wenn sein Ausgang gegen Masse kurzgeschlossen ist?

Etwas Kontext

  • I-Sense erfasst den Strom über einen Shunt-Widerstand und kann 0-3 V betragen.
  • I-Set kommt von einem DAC mit einer oberen Referenzspannung von 3,0 V
  • V-Set stammt von einem ähnlichen DAC mit der gleichen 3,0-V-Referenzspannung
  • V-Out ist der Eingang zu einem linearen Spannungsregler LT3080 und kann zwischen 0 und 30 Volt liegen
  • CLIM ist ein rein digitaler Eingang zu einem Mikrocontroller, um ihn wissen zu lassen, wann wir uns im Strombegrenzungsmodus befinden.

Bevor wir in den Strombegrenzungsmodus wechseln, scheint alles wie erwartet zu funktionieren.

Beachten Sie, dass ich dies ohne Last teste, aber eine 10-mA-Stromquelle an den Ausgang des LT3080 angeschlossen ist, wie in seinem Datenblatt angegeben, um die Spannung auf 0 V zu variieren.

Aktualisieren

@ user55924: Das Bild unten ist das, was ich von Pin 1 von IC3A sehe, wenn der Ausgang etwa 1,7 V beträgt. Wird das erwartet? Mit dem Puls hätte ich nicht gerechnet. Bedeutet dies, dass das V-Set-Signal nicht glatt genug ist? Testen mit einem Standard Arduino Mega PWM (etwas) geglättet mit einem groben einstufigen RC-Filter. IC3B ist ausgeschaltet, bis es einrastet, und geht dann wie erwartet auf VCC (in diesem Fall 34 V).

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Gibt es eine Möglichkeit, den Schaltplan aufzuräumen, sodass Bezeichner nicht übereinander liegen, Ausgänge keine Eingangssymbole haben, Schienen, die elektrisch über der Erde liegen, nicht sichtbar unter der Erde sind usw.? Es ist ein verwirrendes Durcheinander, ich bin sicher, Sie würden qualitativ hochwertige Antworten erhalten, wenn es nicht so aufwändig wäre, den Schaltplan zu entschlüsseln.
Ist das eine Ende von R46 mit V-OUT verbunden? Da es keinen Verbindungspunkt gibt, konnte ich mir nicht sicher sein. Wie auch immer, dies ist ein Rückkopplungsblock, es ist ziemlich einfach zu sehen, dass der Ausgang von IC3B (Strombegrenzungssignal) irgendwo in den Controller-Block geht, aber was macht der Ausgang von IC3A? Wie wird die Ausgangsspannung geregelt?
@RohatKılıç Ich habe den Schaltplan für Ihr Sehvergnügen aktualisiert. Jede Unterstützung wäre sehr willkommen. IC3A treibt den Einstellstift des linearen Spannungsreglers an.
LM3080 ist ein OTA, kein Regler. Meinst du LT3080? Um zu sehen, welches Teil nicht funktioniert, messen Sie Pin 7 auf IC3B (Ausgang). Wenn dies normal einrastet, liegt das Problem in der Rückkopplungsschleife. Und dann Pin 1 auf IC3A (Ausgang) messen.
@ user55924 Ja, LT3080, tut mir leid. Jetzt behoben. Pin7 verriegelt nicht immer, aber ich habe Pin 1 mit meinem Oszilloskop überprüft und etwas gesehen, bei dem ich mir nicht sicher bin. Siehe oben.
@ user55924 Jetzt noch verwirrter: Wenn es in CL geht, baut sich die Ausgangsspannung über ein paar Sekunden auf. Wenn Sie es schnell fangen, rastet es nicht ein. Wenn dies der Fall ist, liegt Pin1 von IC3A auf 0 V, aber V-Out geht auf etwa 15 V, wobei Pin 7 von IC3B auf VCC geht. Wird diese Spannung über den NPN-Transistor geliefert? Das ist doch nicht richtig/möglich?
@Gineer Ich empfehle, dass Sie die Stromerfassungsschaltung (und offensichtlich Q1) vom Setup trennen und das Oszilloskop verwenden, um den V-SET und den Ausgang zu beobachten.
Warum verwendet IC2B eine positive Rückkopplung und das Signal kommt zum invertierenden Eingang? Warum nicht umgekehrt? Was ist der Zweck dieses IC2B?
@AltAir, ich nehme an, du meinst IC3B. Dies ist die Strommessschaltung, die die Spannung über einem Shunt-Widerstand mit der eingestellten Spannung von einem DAC vergleicht. Es sollte sich nur einschalten, wenn die Set-Spannung niedriger als die Sense-Spannung ist.
@Gineer, ich meine IC2B. Ich habe eine vollständige Schaltung in Ihren Videos auf YouTube gefunden. Ich bin überzeugt, dass ein Fehler in der Schaltung vorliegt. Was zu dem von dir beschriebenen Problem führt.
Was bewirkt, dass es in die Strombegrenzung geht? Schließen Sie den Ausgang kurz, um die Strombegrenzungsschaltung zu testen?
@owg60, nein, ich stelle den Strom auf 0A ein (warte immer noch darauf, dass meine Dummy-Lastplatinen ankommen)
@AltAir, ich denke, Sie könnten auf etwas stoßen. Ich werde das so schnell wie möglich testen (Heute ausgewählt, um keinen Lötdocht mehr zu haben ;-)
@AltAir, mit Solder Wick in der Hand habe ich die Pins 5 und 6 auf IC2B getauscht. Wenn ich jetzt die Schaltung einschalte, steigt V-Out auf 3,35 V, bleibt dort etwa 10 Sekunden lang und fällt dann langsam auf 0 V ab. Dies gilt auch bei entferntem Q1. Änderungen der eingestellten Spannung oder des eingestellten Stroms haben keine Auswirkung. Nichts in der Schaltung erwärmt sich bei Berührung, aber es fühlt sich an wie eine Art thermische Abschaltung. Aaaargh!!!
Warum ignorieren Sie in Ihrem Test C2, C15 und C16. Es sollte auch vom Bordtransformator ferngehalten werden. Bitte Oszillogramme IC3A -Pin3, Pin 8 anhängen.
@Gineer, Link - vielleicht ist es ratsam, einen anderen LT3080 auszuprobieren.
@AltAir, danke für das Feedback, aber es stellte sich heraus, dass die von Ihnen vorgeschlagene OpAmp-Schaltung falsch herum war, eigentlich richtig war. Ich habe alles wieder so gemacht, wie es war, und eine Last hinzugefügt, die das Problem gemäß dem Vorschlag von og60 gelöst hat. Danke für den Input, der mich zum Nachdenken und Ausprobieren gebracht hat, als ich dachte, ich stecke fest.

Antworten (2)

Was passiert ist, dass Sie die Foldback-Strombegrenzung des LT-3080 auslösen. Foldback-Strombegrenzung bedeutet, dass der Regler sich selbst in einen niedrigen Stromzustand verriegelt.

LT-3080 hat eine Foldback-Strombegrenzung

Die einzige Möglichkeit, den Foldback-Zustand zu verlassen, besteht darin, die Stromversorgung aus- und wieder einzuschalten. Dies geschieht ohne Last, weil die Stromgrenze des LT-3080 gemäß Anmerkung 9 im Datenblatt auf 0 fällt.

Differenz größer als 25 V

Sobald dies geschieht, gibt es nicht genug Strom durch die Messwiderstände, um IC3B im Strombegrenzungszustand zu halten, und Ihr Vout kann frei steigen.

Das ist interessant. Als ich das erste Mal getestet habe, nachdem ich die von AltAir oben vorgeschlagenen Änderungen vorgenommen hatte, schien es nur in diesen 0-Stromgrenzzustand zu gehen (obwohl sich nichts auf dem Board heiß (oder sogar warm) anfühlte, um es zu berühren. Ein paar Dinge in Ihrer Beschreibung tun das mich verwirren ist, dass hier V-Control bei 34 V liegt, V-In 18 V. VOut ist ein offener Stromkreis, außer bei einem DMM im DC-Volt-Modus (dh hohe Impedanz), sodass VIn-Vout niemals in die Nähe der vorgeschlagenen 26 V kommen sollte habe eine Stromquelle an V-out angeschlossen, um die minimalen 10 mA zu ziehen. Ich werde mit einer einfachen ohmschen Last erneut testen.
Das Hinzufügen eines Lastwiderstands schien die Dinge stabilisiert zu haben. Ich habe jetzt mit einem 270-Ohm-Lastwiderstand getestet und alles scheint großartig zu sein. Jack Creasys Vorschlag, dass die aktuelle Quellenidee wahrscheinlich nicht funktionieren wird, ist richtig, aber letztendlich war es Ihre Idee, die mein Problem gelöst hat. Danke. Weiter gehts mit der Gestaltung...

Es gibt mehrere störende Elemente im Design, es ist schwer zu wissen, wo man anfangen soll. In der von Ihnen bereitgestellten Schaltung gibt es keine Latch-Ups, aber in Verbindung mit Ihrer externen Stromversorgungsschaltung ( https://www.youtube.com/watch?v=Z_YtQgTnvkU ) ist es ein schlechtes Gesamtdesign.

Ich gehe davon aus, dass Ihre Designabsicht hier darin besteht, ein CV / CC-Design bereitzustellen, bei dem die Spannung geregelt wird, bis Sie die Stromgrenze erreichen, und dann der Strom geregelt wird. Ihr Design tut dies nicht.
In Ihrem Design versuchen Sie, die Spannung auf Null zu senken, indem Sie den 'Referenz'-Ausgang mit Q1 kurzschließen. Aber die Zeitverzögerung beim Kurzschließen des I(set)-Pins macht die meisten Ihrer Ziele zunichte.

  1. Der LT3080 muss in Ihren Rückkopplungspfad aufgenommen werden. Dies ist derzeit nicht der Fall, da Sie versuchen, I (set) und mit langen Verzögerungen einzustellen, wenn Sie einen 22-uF-Kondensator daran angeschlossen haben.
  2. Wenn Sie Ihr aktuelles Limit erreichen, bewegen Sie sich vollständig aus jeglichem regulatorischen Feedback heraus. Dies könnte funktionieren, wenn der einzige Überstrom, der jemals auftritt, ein ohmscher Kurzschluss ist. Was ist mit der Modellierung Ihres CV/CC-Ansatzes, wenn Sie eine Reihe von LEDs angeschlossen haben und den Strom durch sie regulieren möchten. Jedes anständige CV/CC-Netzteil kann dies tun.
  3. Ihre Stromerfassung erfolgt über eine RC-Verzögerung, die, wie in der anderen Antwort erwähnt, fast garantiert, dass Sie zwischen CV und keinem CV oszillieren.

Vorschläge:

  1. Führen Sie Ihre Referenzspannung V-SET über einen 1K-Ohm-Vorwiderstand zu IC3A.
  2. Verbinden Sie Ihre Strombegrenzungserkennung, Q1, mit IC3A(+). Dadurch wird nun die Spannung reduziert, wenn die Stromgrenze erreicht ist. Um auf null Volt zu kommen, müssten Sie Q1 natürlich in einen N-Kanal-FET ändern oder eine negative Versorgung für Q1 haben.
  3. Befreien Sie sich von den 22 uF auf I(set)
  4. Schließen Sie den Rückkopplungswiderstand R42/43 an den tatsächlichen Ausgang des LT3080 an, um ihn in die Rückkopplungsschleife einzubeziehen.
  5. Obwohl es eine gute Idee war, einen LM334 zu verwenden, um den Mindeststrom für die LT3080 zu liefern, funktioniert er nicht bis auf null Volt. Wenn Sie dies verwenden, funktioniert das Einstellen von Spannungen unter 1 V nicht, und dies ist wahrscheinlich der Grund für die Nichtlinearität, die Sie bei niedrigen Strömen / Spannungen sehen. Wenn Sie erwarten, dass die CV/CC-Unterstützung des Netzteils bis auf mV- und mA-Pegel herunterarbeitet, müssen Sie Ihre Stromerkennung auf die Ausgänge des LT3080 verschieben und den für den LT3080 erforderlichen Mindeststrom vor dem Erkennungspunkt ziehen. Ein einfacher FET im N-Kanal-Anreicherungsmodus würde die Arbeit erledigen, obwohl Sie eine negative Versorgung benötigen, um die Regelung auf null Volt zu bringen.
Dieses großartige Feedback und die großartigen Ratschläge, die ich definitiv in der nächsten Überarbeitung verwenden werde. Vielen Dank, aber ich glaube nicht, dass Sie meine ursprüngliche Frage beantworten, also kann ich Ihnen das Kopfgeld nicht geben. Ich habe Ihre Antwort positiv bewertet und hoffe, dass viele andere dies tun.
Ich bin nicht überrascht, dass Sie Schwingungen sehen, aber ich habe keine Analyse Ihres gesamten Schemas durchgeführt ... es scheint sich durch Ihre Videos zu ändern, daher bin ich mir nicht sicher, was Sie tatsächlich getan haben. Ich kann jedoch sagen, dass die Stromversorgung, die Sie haben, nicht das tut, was Sie wollen ... CV/CC .... wenn Sie Ihren OC-Sensor auslösen, verlieren Sie die Regulierung. Was Sie tun möchten, ist, von der Regulierung der Spannung zur Regulierung des Stroms zu wechseln ... das tun Sie nicht.
Ja, die Videos zeigen ein bisschen einen iterativen Design-Lernprozess. Diese Versorgung soll in ihrer jetzigen Form keine CV/CC-Versorgung sein, sondern eher eine CV/CL-Versorgung. Ich habe einige digitale Sensoren in der Lösung, die mir die Möglichkeit geben könnten, CC zu machen, und ich möchte diesen analogen Teil als Schutzschaltung verwenden. Danke für die Rückmeldung. Werde deinen Input auf jeden Fall bei der nächsten Überarbeitung verwenden.
Ich dachte, ich könnte sogar die Stromerfassungsschaltung (IC2A, IC2B und IC3B) loswerden und den INA226 verwenden, um den Strom digital zu erfassen (oder diese Schaltung aus Sicherheitsgründen etwas höher vorgespannt zu lassen). Ich werde die eingestellte Spannung sowieso über einen Mikrocontroller treiben, also sollte ich dann in der Lage sein, einen konstanten Strom mit einer Software-PID-Schleife aufrechtzuerhalten. Andere Vorschläge werden in die nächste Überarbeitung einfließen.
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