Praktikabilität dieser LM317T PWM-Spannungs- und Stromsteuerschaltung

Einige praktische Bedenken ...

1. Q1 sollte einen gewissen Basiswiderstand haben, um den Strom zu begrenzen (wenn sich U3 bei der Konstantspannungsregelung als Komparator verhält).
2. Die „Verstärkung“ der durch R1, U2, U3 und Q1 gebildeten Konstantstromschleife variiert je nach Laststrom (da die Transkonduktanz von Q1 proportional zum Strom ist). Bewerten Sie insbesondere die Stabilität dieser Schleife bei maximaler programmierter Last, da die Schleifenverstärkung dann am höchsten ist. Der dominierende Pol liegt in der Kompensation von U3, obwohl U2 ebenso wie U3 einen Pol hinzufügt$Z_O$Speisung der Basiskapazität von Q1. Sie könnten U3 zu einem Integrator machen , um die Übergangsfrequenz auf einen bestimmten programmierten Wert (z. B. 1 kHz) zu reduzieren.
3. Netzteile werden normalerweise mit Spannungsregelung und Strombegrenzung auf der „hohen Seite“ gebaut – das heißt, ein Anschluss der Last ist mit Masse verbunden. Da Sie Ihre Masseverbindung (mit Q1) bereits aufgegeben haben, ist es praktischer, R1 unter Q1 zu platzieren (zwischen dem Emitter von Q1 und Masse). Somit könnte U3 den Iset-Strom regeln, ohne den Differenzverstärker U2 zu benötigen.
4. Die Ausgangsspannungsregelung wird nicht besonders genau sein. Dies liegt an dem Spannungsabfall an R1 sowie an Q1$V_{SAT}$, was typischerweise ~0,2 V beträgt. Sie können dies etwas verbessern, indem Sie Q1 zu einem MOSFET machen. Im Allgemeinen ist es jedoch besser, wenn der Spannungsregler die Spannung direkt über der Last misst (und regelt) und den Messwiderstand umgeht. Der LM317 bietet Ihnen dazu keine Möglichkeit, andere Regler jedoch schon. Dies erfordert normalerweise einen High-Side-Messwiderstand (wie Ihr R1 jetzt ist), was bedeutet, dass Sie wieder einen Differenzverstärker benötigen.
5. Sie können High-Side-Strommessverstärker finden, die um einiges genauer sind als ein Operationsverstärker-Differenzverstärker. Schauen Sie einfach auf Digikey nach aktuellen Leseverstärkern .
6. Da der Spannungsregler bereits eine Leistungsvorrichtung bereitstellt, ist es etwas überflüssig, eine zweite Leistungsvorrichtung (dh den Stromregeltransistor) zu haben. Wenn Sie es richtig machen, können Sie den Strom durch einen Messwiderstand messen, und wenn der Strom den Sollwert überschreitet, können Sie den Spannungssollwert drosseln.
7. Sie sollten immer Kondensatoren haben, die die Eingangs- und Ausgangsstifte von Spannungsreglern umgehen.
8. Wenn Sie die Stabilität bewerten, sollten Sie eine transiente Simulation mit einer Art impulsiver Perterbation ausführen , um der Schaltung einen "Kick" zu geben. Eine beliebte Wahl ist ein aktueller Schritt. Wenn es nach dem Tritt schwingt, dann ist es instabil. Sie sollten die Simulation unter verschiedenen Lastbedingungen erneut ausführen.
9. Bevor Sie sich auf die Leiterplatte festlegen, sollten Sie eine Simulation mit einigermaßen genauen Modellen aller von Ihnen verwendeten Geräte durchführen. Insbesondere U2, U3 und Q1 werden sich ganz anders verhalten als das [fast] ideale Modell, das Sie gerade verwenden. Beachten Sie auch den Eingangs-Gleichtaktbereich; Wenn Sie U2 über den Ausgang des Reglers mit Strom versorgen würden, würde dies ohne einen Gleichtaktbereich von Rail-to-Rail-Eingang überhaupt nicht funktionieren.

Zusammenfassend würde ich an meiner Stelle das Ganze umgestalten. Allerdings ist die Herstellung einer Leiterplatte so billig, dass Sie sie einfach ausprobieren und sich selbst davon überzeugen können. Zu sehen, wie die Dinge im wirklichen Leben funktionieren, ist schließlich lehrreicher als jeder Kauderwelsch, den ich erzeugen kann.

Alles in allem sollten Sie erwägen, einfach eine vorgefertigte Lösung zu kaufen. Probieren Sie den LT3081 für die Größe an. Es enthält eine eingebaute Stromregelung. Die Anwendung auf Seite 24 des Datenblatts zeigt einen ausgeklügelten programmierbaren CV/CC-Regler. Ich bin sicher, dass der ILIM-Pin leicht gehackt werden kann, um ihn von einer MCU aus steuerbar zu machen.

Viele analoge Sachen können so PWM-bearbeitet werden, aber ich würde es hier nicht tun. Zumindest nicht direkt. Die Idee hinter der PWM-Steuerung analoger Dinge ist, dass das gesteuerte System nicht annähernd so schnell reagieren kann, wie die PWM läuft, und daher dem Durchschnitt folgt.

In Ihrem Fall würde ich erwarten, dass der Reglerchip die PWM-Wellenform besser als angegeben verfolgt (danke, Murphy), und daher würde ich definitiv einen expliziten Tiefpassfilter zwischen der PWM und dem Reglerchip hinzufügen, um sicherzustellen, dass er darauf nicht reagieren kann schnell zum PWM. Der Filter sollte so niedrig wie möglich abschneiden und auf keinen Fall höher als ein Zehntel der PWM-Frequenz. (Erhöhen Sie die PWM-Frequenz, wenn dies ein Problem wird) Dann sollten Sie in Ordnung sein. Überprüfen Sie jedoch immer noch, ob Rauschen über die Last hinweg vorhanden ist.

Eine andere Idee, wenn Sie über einige Ersatz-E/A verfügen, besteht darin, ein vollständiges DC-Steuerungsschema zu haben, bei dem verschiedene Kombinationen mehrerer Binärausgänge unterschiedliche analoge Spannungen erzeugen. Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, dies zu tun, von One-Hot-Open-Drain mit unterschiedlichen Widerständen bis hin zu einem R/2R-basierten DAC.

Apropos DACs, einige uCs haben sie eingebaut. Dies könnte sogar einfacher sein als PWM. (Arduino nicht, soweit ich weiß)