Linearregler, der auch bei negativem Strom regelt?

Ich benötige eine Spannungsquelle, die einen großen Kondensator auf einer stabilen Spannung hält. Folgende Szenarien müssen unterstützt werden:

  • Etwas speist Strom in den Kondensator. Die Spannungsquelle muss Strom aufnehmen, um die Spannung konstant zu halten
  • Irgendetwas entzieht dem Kondensator Strom. Die Spannungsquelle muss Strom liefern, um die Spannung konstant zu halten

Ich benötige nur eine moderate Strommenge (ein unterstützter Bereich von +10 mA bis -10 mA sollte ausreichen). Die Spannung ist sehr niedrig, im Bereich von 1,5 V.

Lösungen, die ich in Betracht gezogen habe:

ICH MACHE

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Vorteile:

  • Sehr geringer Ruhestrom
  • Stabile Spannung

Nachteile:

  • LDO-Ausgänge können keinen Strom aufnehmen, daher funktioniert dies nicht

LDO mit konstanter Last

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Vorteile:

  • Sehr stabile Spannung
  • Funktioniert

Nachteile:

  • 10 mA Ruhestrom. Dies ist untragbar, da die Schaltung batteriebetrieben ist
  • Unangenehme Überraschungen, wenn der Laststrom auch nur knapp unter -10mA geht

Spannungsteiler mit Zenerdiode

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Vorteile:

  • Geringe Komplexität, billig
  • Funktioniert

Nachteile:

  • Sehr instabil (+/- 100 mV über den Strombereich mit dem gezeigten 700-Ohm-Widerstand)
  • Hoher Ruhestrom (10mA mit dem abgebildeten 700 Ohm Widerstand)

Diese Lösung ist der Variante „LDO mit konstanter Last“ unterlegen: Man kann den Widerstand verstellen, bekommt dann aber entweder noch mehr Ruhestrom oder noch mehr Instabilität.

OpAmp in Spannungsfolgerkonfiguration

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Vorteile:

  • Leicht einstellbar (könnte von uC usw. gesteuert werden)
  • Niedriger Ruhestrom
  • Sehr stabile Spannung

Nachteile:

  • OpAmp-Ausgänge sind nicht stabil, wenn sie an kapazitive Lasten angeschlossen sind; daher geht das nicht.

Irgendwelche alternativen Ideen?

OpAmp-Ausgänge sind nicht stabil, wenn sie an kapazitive Lasten angeschlossen sind; daher geht das nicht. Ich bin anderer Meinung, da dies vom Operationsverstärker abhängt. Machen Sie den Operationsverstärker zu einem Transimpedanzverstärker (OTA, Spannungs-Strom-Verstärker), sodass die Ausgangsimpedanz (des OTA) // C1 der dominante Pol ist und Sie diesen stabil machen können. Außerdem: LDO-Ausgänge können keinen Strom versenken. Ich bin anderer Meinung, da dies vom LDO abhängt. Ich habe an einem LDO gearbeitet, der (einen bescheidenen) Strom versenken könnte. Sie machen viele (falsche) Annahmen über das Verhalten dieser Schaltkreise und verwerfen sie aus den falschen Gründen.
Die Stabilität von LDO in Bezug auf Details der Lastkapazität ist / war immer ein Anliegen. Es gibt also keine Unterschiede. Wenn man die Spannung in beide Richtungen regeln muss, ist die letzte Schaltung die einzig gültige. Stabilität muss natürlich erarbeitet werden.
@Bimpelrekkie, die überwiegende Mehrheit (nach verkauftem Volumen) der Linearregler verwendet Durchgangstransistoren und kann daher keinen Strom sinken, sodass OP dort nicht falsch ist. Ihr 'ein LDO' wäre ein seltenerer Fall und es sank sowieso nur ein bescheidener Strom.
Wenn Sie einen Widerstand zwischen Ihrem Operationsverstärker und der Kappe hinzufügen, sollte der Spannungsfolger funktionieren, ohne instabil zu werden.
Welches Problem versuchst du eigentlich zu lösen? Wenn Sie eine absolut konstante Spannung am Kondensator halten, sinkt oder liefert er niemals selbst Strom und wirkt sich nicht auf andere daran angeschlossene Schaltkreise aus. Warum also nicht einfach den Kondensator entfernen und den Rest der Schaltung mit einer geeigneten Reglerschaltung mit einer festen Spannung versorgen?
Sie wollen im Grunde eine Zweiquadranten-Stromversorgung. Muss es linear sein? Es gibt Schaltnetzteile von Linear Technology, die einfach zu bedienen sind und genau das tun. Ich habe sie verwendet, um Batterieemulatoren für Telefontests herzustellen, bei denen das Telefon die gefälschte Batterie entladen oder aufladen kann. Die einfach zu bedienenden Module können 3 Ampere leisten. Sie haben Controller, um noch viel höheren Strom zu liefern.

Antworten (2)

  • VTT-Regler , auch bekannt als "DDR-Terminierungsregler".

PC-Motherboards verwenden DDR-Busse, bei denen es sich um Übertragungsleitungen handelt, die durch Widerstände mit einer bestimmten Spannung abgeschlossen werden, die von einem "VTT-Regler" verwaltet wird, der Strom aufnehmen oder liefern kann. Das Interessante hier ist die Tatsache, dass Motherboards ein hohes Volumen haben, daher sind viele Chips für diese Aufgabe zu günstigen Preisen erhältlich. Versuchen Sie, die obigen Begriffe zu googeln, oder verwenden Sie die Suchfunktion auf digikey und suchen Sie nach "Terminierungsregler".

  • Operationsverstärker für kapazitive Lasten ausgelegt.

Operationsverstärker mögen normalerweise keine kapazitiven Lasten (aufgrund von Phasenrandproblemen), aber es gibt Möglichkeiten, dies zu umgehen. Einige Operationsverstärker sind rebellisch und treiben "unbegrenzte kapazitive Lasten" an, nach denen Sie suchen sollten. Es gibt ein paar Kandidaten.

  • Rohe Gewalt

Wenn der maximale Strom, den der Regler senken muss, bekannt ist, werden ein einfacher linearer Spannungsregler und ein Widerstand, der den maximalen Strom senkt, die Arbeit erledigen. Es ist ziemlich ineffizient.

  • Roll deinen eigenen

Die meisten LDOs sind spannungsgesteuerte Stromquellen. Die Fehlerspannung (Ausgangsspannung minus Referenz) geht in einen Transkonduktanzverstärker, der einen proportionalen Strom erzeugt, und die Ausgangskappe integriert diesen Strom und fungiert als dominanter Pol für die Schleifenkompensation. Sie können dies selbst implementieren, wenn Sie möchten, es ist nicht schwierig.

Wenn Sie einen Spannungsregler erstellen möchten, der mit einer bekannten Kapazität am Ausgang gut funktioniert, müssen Sie lediglich den ESR und die Kapazität der Ausgangskappe berücksichtigen und eine Schaltung erstellen, die eine Impedanz synthetisiert, die einer Induktivität entspricht und ausreichend ist Widerstand in Reihe, um sicherzustellen, dass die resultierende Schaltung gut gedämpft ist. Dies kann zum Beispiel mit einem Opamp und einigen R/C im Rückkopplungsnetzwerk implementiert werden.

Ich bin mir nicht sicher, woher Sie die Idee bekommen, dass Operationsverstärker bei kapazitiven Lasten per se instabil sind.

Versuch es.

Jedes Netzteil ist ein Operationsverstärker mit einer kapazitiven Last. Meistens haben sie einen großen, fetten Kondensator am Ausgang.

Es wäre richtig zu sagen, dass einige Designs (LDO = PNP oder PFET-Passelement) dazu neigen, bei kleinen kapazitiven Lasten instabil zu sein. dh sie haben ein minimales C, um sie stabil zu machen, normalerweise einige Mikrofarad.

Linearregler, der auch bei negativem Strom regelt?
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