Geteilte Stromversorgung oszilliert

Ich versuche, eine Schaltung mit digital gesteuerter Mehrkanal-Stromquelle und Spannungsmesser aufzubauen.

Jede Stromquelle muss bis zu 5 mA Strom an eine Last liefern, die eine Spannung von bis zu 10 V erreichen kann. Ich habe mich für eine Konstantstromquelle von NXP entschieden, die maximal 50 mA Strom liefern und eine maximale Spannung von 50 V unterstützen kann. Die Stromquelle kann über einen externen Widerstand eingestellt werden. Ich verwende ein digitales Potentiometer, um als dieser externe Widerstand zu fungieren, damit ich die Stromquelle digital steuern kann. Die Stromquellenschaltung ist wie folgt dargestellt.Stromquellenschaltung

Ich muss sowohl die 3,3-V- als auch die -15-V-Stromversorgung erzeugen, da das digitale Potentiometer erfordert, dass die an beide Anschlüsse angelegte Spannung den Bereich von [0 V, 3,3 V] in keiner Richtung überschreitet, während meine Stromquellenlast einen Spannungsbereich von erfordert 0-10V.

Um sowohl 3,3 V als auch -15 V zu erzeugen, verwende ich einen Leistungs-Operationsverstärker wie den LM675 von TI, um eine 24-V-Stromversorgung in die zwei Bereiche [0 V, + 9 V] und [-15 V, 0 V] aufzuteilen. Dann verwende ich die +9V, um zwei 3,3-V-Versorgungen für die analoge bzw. digitale Schaltung zu erzeugen. U108 und U109 in der Abbildung unten sind Spannungsregler und erzeugen einen festen 3,3-V-Ausgang.Leistungs-Operationsverstärker

Im letzten Teil meiner Schaltung verwende ich einen 24-Bit-ADC, um die Spannung eines Signals zu messen, das mit einem Operationsverstärker gepuffert wird, der seinen Ausgang direkt mit dem negativen Eingang (Spannungsfolger) verbindet. In der Abbildung unten sind U1 und U3 zweikanalige 24-Bit-ADCs und U2 ist ein vierkanaliger Operationsverstärker. Das DVDD wird nur verwendet, um mit dem ADC-Chip zu kommunizieren und das digitale Potentiometer zu konfigurieren.ADC und Operationsverstärker

Insgesamt habe ich 20 Kanäle dieser Stromquelle und des Voltmeters, die sich alle dasselbe AVDD, DVDD, AGND und VGND teilen.

Problem: Der Ausgang des Leistungs-Operationsverstärkers (U114) ist extrem instabil. Der Stromversorgungspfad schwingt.

Ich habe versucht, beide 3,3-V-Spannungsregler zu entfernen, aber das gleiche Problem bleibt bestehen und jetzt ist DGND = 2,5 V, während DVDD = 2,1 V (in Bezug auf die 24-V-Strommasse). Kann jemand einen Hinweis geben?

Sie haben wahrscheinlich zu viel Kapazität am Ausgang des Operationsverstärkers. Wie viel Gesamtkapazität ist mit dem Ausgang des Verstärkers und der Kleinsignal-AC-Masse verbunden?
Ich kann nicht herausfinden, wie Ihr U114-Schienensplitter Ihnen +9 V / -15 V geben soll ... Selbst wenn er nicht oszillieren würde, würde er Ihre Versorgung immer noch gleichmäßig in + 12 V / -12 V aufteilen. Und woher kommt das DGND-Netz? Der Ausgang Ihres U114 treibt VGND an.
Haben Sie komplementäre Darlingtons am U114-Ausgang mit Feedback davon ausprobiert?
@JohnD Ich mache mir auch Sorgen um die Ausgangskapazität. Ich hatte keine genaue Nummer. Der VGND ist mit 18 IC-Chips verbunden, die jeweils etwa 1 oder 2 mA ziehen. Der AGND ist auch mit 15 IC-Chips verbunden, die jeweils etwa 1 mA ziehen.
@brhans Entschuldigung, ich bezeichne es falsch, es gibt kein DGND, nur VGND und AGND. Der Ausgang von U114 wird durch R59, R60 und R61 eingestellt, was ungefähr 12 * (1 + 5,5 / (2 + 20)) = 15 V ergibt.
@TonyStewart Tut mir leid, ich verstehe deinen Punkt nicht ganz. Schlagen Sie vor, einen zusätzlichen Darlington-Transistor als Puffer für den Ausgang von U114 zu verwenden? Oder verwenden Sie es im Feedback-Pfad? Was ist der Vorteil?
Nein tut es nicht. Führen Sie eine Simulation durch. Es teilt Ihren Vorrat in zwei Hälften.
@brhans Eigentlich hast du Recht! es ist 12V, weil ich R58 und R59 nicht verbinden sollte. Diese Konfiguration wird von der Spezifikation des LM675 kopiert. Also habe ich keine Zeit damit verbracht, es zu untersuchen. Ich werde versuchen, die beiden Widerstände zu trennen und es erneut zu versuchen. Aber auch wenn es 12 V sind, sollte die gesamte Schaltung noch funktionieren. Mal sehen, was passieren wird
Ihre Schaltpläne sind schwer zu lesen ... aber der lm675 hat eine Schienensplitterschaltung. ti.com/lit/ds/symlink/lm675.pdf Ihre sieht anders aus und hat nicht die 1 Ohm / 0,22 uF-Kappe am Ausgang ... versuchen Sie vielleicht, das hinzuzufügen.
@GeorgeHerold C66 ist meine 0,22uF-Kappe, obwohl ich die 1 Ohm nicht hinzufüge.

Antworten (1)

@brhans Danke für deinen wertvollen Hinweis. Ich trenne die Eingangspfade des LM675. Wenn am Ausgang keine Last anliegt, verhält sich U114 genau wie erwartet und gibt mir 15 V. Immer wenn ich jedoch den Ausgang mit der Last verbinde, fängt er an zu schwingen.

Dann bemerke ich, dass auch beide Eingangssignale schwingen. Also habe ich versucht, jedem Eingangssignal und BINGO eine 1uF-Kappe hinzuzufügen! die Ausgabe wird wirklich stabil. Also der Schaltplan sieht jetzt so aus.Spannungsteilung mit stabilem Ausgang

Ich habe nicht genug Wissen, um das zu erklären. Das Rauschen kann von der -15-V-Verbindung zu allen Stromquellen-ICs kommen. Aber sie sind alle zum Zeitpunkt des Tests ausgeschaltet.

C66 verursacht weniger Phasenspielraum mit DC-Laststrom (Verzögerung), während C15 mehr Phasenspielraum mit phasenführender Ableitung verursacht. und C14 entkoppelt Versorgungsrauschen. Ich habe Ausgangspuffer vorgeschlagen, um den DC-Laststrom zu reduzieren, aber wenn das funktioniert ... ok. Wenn die Phasenreserve nahe 0 kommt, oszilliert sie.
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