Manipulation der Ausgangsspannung des Schaltnetzteils über Rückkopplungsknoten

Ich möchte Q1 in seinem Sättigungsbereich so steuern, dass er sich wie ein Widerstand verhält, dessen Widerstandswert abnimmt, wenn VDAC zunimmt

Das SMPS ist ein System mit geschlossener Schleife, das für Stabilität richtig kompensiert werden muss. Was Sie tun möchten, ähnelt dem Einfügen eines Potentiometers in die Rückkopplung und erzeugt einen variablen Rückkopplungsfaktor, und daher muss die Schleife für alle Einstellungen richtig kompensiert werden. Es könnte funktionieren ... oder nicht ...

Es ist viel einfacher, einen Strom in den Rückkopplungsknoten einzuspeisen. Dieser Strom kann positiv oder negativ sein, je nachdem, wie Sie die Spannung einstellen möchten. Dies funktioniert durch Addition (oder Subtraktion) anstelle Ihrer vorgeschlagenen Multiplikation, es ändert nicht den Rückkopplungsfaktor oder die Stabilität oder die Schleifenverstärkung usw.

Mit anderen Worten, tun Sie einfach, was Andy sagt (Widerstand vom DAC-Ausgang zum FB-Knoten). Diese Antwort dient nur dazu, die Schleifenverstärkung und den Kompensationsfehler zu erklären.

Der im OP-Diagramm verwendete TL081 funktioniert in dieser Anwendung überhaupt nicht, es sei denn, Sie können ihn mit mindestens +/- 5 V versorgen. LM358 oder LM2904 sind viel bessere Wahlen.

Wenn Sie wirklich darauf aus sind, diese Schaltung zu verwenden, denken Sie zu viel darüber nach. Was auch immer Ihr positiver Knoten Ihres Operationsverstärkers sieht, versucht er, den Emitter des Transistors einzustellen, um ihn durch Einstellen des Basisstroms zu erzeugen.

Finden Sie also heraus, welchen Einstellbereich Sie für die Ausgangsspannung haben möchten, und stellen Sie den Emitterwiderstand auf einen geeigneten Pegel ein WRT Min/Max-Ausgang vom DAC.

Sie haben grundsätzlich einen maximalen Eingangsstrom von R1,${12V \over 280k} = 43µA$(wenn R2 kurzgeschlossen ist), der zwischen R2 und R4 aufgeteilt wird. Ihre maximale Spannung ist mit R2 und R4 parallel (Transistor aktiv) und Ihre minimale Spannung ist R2 allein (Transistor ausgeschaltet).

43 Mikroampere ist sehr, sehr klein, erwägen Sie, die Widerstände auf zB 14k und 1k zu skalieren. Beachten Sie, dass dies Ihre Rückkopplungsschleife durcheinander bringt, wenn Sie die Kondensatoren nicht entsprechend anpassen, was hier den Rahmen sprengen würde. Es gilt jedoch der gleiche Skalierungsfaktor. In diesem Fall möchten Sie einen 20-mal größeren Kompensationskondensator, um die Polfrequenz beizubehalten. Andere Figuren gehen natürlich auch. Welcher Teilwert auch immer bequem ist.

Ein ausgearbeitetes Beispiel

Es ist nicht sofort offensichtlich, wie man mit den Beziehungen umgeht, also werde ich diese für Sie durchgehen. Das ist karriereförderndes Zeug. Wir werden dies von unten nach oben durcharbeiten.

Ich werde den 20k + 280k Spannungsteiler hier behalten und 20k als R4 verwenden.

Wenn wir den Transistorstrom als bezeichnen$I_{Q1}$, ist die Beziehung zwischen dem DAC und dem Transistorstrom$I_{Q1} = {V_{DAC} \over R4}$.

Wir ignorieren hier den Basisstrom. Im Normalbetrieb sollte der Basisstrom etwa 1% des Kollektorstroms betragen, also keine große Rolle spielen. Wenn Sie jedoch die Schaltung außerhalb des Bereichs fahren, beginnt der Basisstrom, die R4-Spannung zu "heben".

Die Referenzspannung für das SMPS ist$V_{ref}={12V * 20k \over (280k+20k)} = 0.8V$

Dies sollte im Datenblatt zu finden sein, ich habe nur die Werte aus dem Schaltplan eingegeben.

Da wir den durch den Transistor fließenden Strom und die Referenzspannung an der Spitze des Transistors kennen, ist es einfach genug, den Serienwiderstand von Q1 und R4 zu berechnen.

$R_{Q1}+R_{R4}={V_{ref} \over I_{Q1}}=R_{bias}$

Bewaffnet mit Beziehung aus der$V_{DAC}$Zu$R_{bias}$es wird ziemlich einfach, Beziehungen zu erarbeiten$V_{DAC}$Zu$U_{out}$, im Gedächtnis behalten$R_{bias}$ist parallel zu R2 für die Referenzspannungsteilung.

Ich überlasse es dem Leser, die Zahlen zu berechnen, wie man das macht.

Wann wann$V_{DAC}$steigt hoch genug,$R_{bias}$wird kleiner als$R4$und da negative Widerstände ausverkauft waren, ist dies nicht möglich. Bei einem Transistor wird dies durch den Bias-Strom maskiert, bei Mosfet geht die Gate-Spannung auf max. Der maximal nutzbare Strom beträgt$V_{ref}\over R4$

Also als Beispiel 0,3V$V_{DAC}$ergibt einen effektiven Vorspannungswiderstand von 53,3 k. Dadurch wird die Ausgangsspannung auf 16,2 V eingestellt.

Eine zweite Hausaufgabe besteht darin, R2 und R4 anzupassen, um unterschiedliche Ausgangsspannungsbereiche zu erzeugen.

Verwendbarer Ausgangsspannungsbereich mit 20k R2 und R4.

Es sieht ein bisschen übertrieben aus - warum verwenden Sie nicht den Ausgang Ihres DAC, um den VFB-Pin über 10 kOhm zu speisen. Wenn also die DAC-Ausgangsspannung sinkt, überzeugt sie den Reglerchip, mehr Ausgangsspannung bereitzustellen, um die korrekte Spannung an VFB wiederherzustellen.

Letztendlich sollten Sie mit 10 kOhm als DAC-Ausgang und angesichts der Werte in Ihrer Schaltung in der Lage sein, einen anständigen Regelbereich sowohl über als auch unter der nominalen Einstellposition zu erhalten (DAC-Spannung > VFB (nominal).

Kümmern Sie sich nicht um Operationsverstärker, es sei denn, Sie benötigen ein paar hundert Ohm zum Ansteuern des VFB-Pins - verwenden Sie dann einen Operationsverstärker als Spannungspuffer.

Es gibt einige Probleme, die Sie zu übersehen scheinen.

Sie müssen zuerst herausfinden, wie hoch die Spannung von Vfb ist. Entsprechend dem 12-V-Ausgang, R1 und R2, sind das 800 mV. Das lässt ziemlich wenig Spielraum für eine Stromsenke. Aufgrund der niedrigen Spannung würde ich anstelle eines BJT einen FET verwenden.

R4 muss so dimensioniert werden, dass der Strom mit etwas weniger als 800 mV ausreicht, um die gewünschte maximale Ausgangsspannung zu erreichen. Nehmen wir an, Sie zielen auf 780 mV ab. Wenn Sie beispielsweise die Ausgangsspannung verdoppeln möchten, muss R4 die gleiche Menge ziehen, die bei der nicht angepassten Spannung durch R1 fließt. Das ist (11,2 V)/(280 kΩ) = 40 µA. Unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes (780 mV)/(40 µA) = 19,5 kΩ.

Der Operationsverstärker muss dann das obere Ende von R4 von 0 bis 780 mV regeln, um die Ausgangsspannung anzupassen. Da Ihr A / D-Ausgang wahrscheinlich höher ist, platzieren Sie einen Widerstandsteiler vor dem Eingang des Operationsverstärkers, um den A / D-Ausgang auf den Bereich von 0 bis 780 mV zu skalieren.