Programmierbares Netzteildesign: Probleme mit variabler Last und Spannungsstabilität

TL; DR : Wie kann ich eine von einem DAC kommende Ausgangsspannung stabilisieren/regulieren und damit eine Last ansteuern?

Langjähriger Web-Sucher/Lurker, erstmaliger Poster.

Ich habe eine automatisierte Teststation für die Arbeit entworfen, und es ist eine Art Lieblingsprojekt von mir geworden, mit dem ich außerhalb der Arbeit viel Zeit verbringe. Ich schätze, das passiert, wenn sich Hobbys und Arbeit vermischen. Unmengen lernen, aber ich muss natürlich noch viel lernen.

Es geht darum, eines unserer Produkte einer Reihe von Regressionstests zu unterziehen. Eine der Anforderungen ist einstellbare (programmierbare) Leistung. Die einzige Sache ist, dass ich dies entworfen habe, um gleichzeitig n Einheiten (derzeit 8) zu testen. Der Kauf einer programmierbaren Versorgung für jeden kommt daher nicht in Frage, ganz zu schweigen von den Platzbeschränkungen. Zu diesem Zweck habe ich das System so konzipiert, dass es eine Hauptsteuerplatine hat, die Befehle an eine theoretisch unbegrenzte Anzahl von "Karten" erteilen kann, die die Hardware (DAC, Latches usw.) enthalten, die erforderlich ist, um sich an den von der Platine mitgeteilten Zustand zu erinnern in Bezug auf Leistungspegel, ADC-Pegel, Eingänge usw.

Ich handhabe das programmierbare Leistungsteil mit einem Hochspannungs-8-Bit-DAC aus Transistoren. Dies kann irgendwo zwischen 0 und 90 VDC liegen. Typischerweise 12-24 V. Dieser Teil funktioniert überraschend gut und ist mit ~100mV-Schritten sehr genau. Schauen Sie sich den Simulationslink am Ende dieses Beitrags an. Die Widerstandsteiler sollen verhindern, dass die maximale Vgs-Bewertung der Transistoren überschritten wird, während sie sie dennoch in Sättigung halten.

Das einzige Problem besteht hier darin, diese Spannung tatsächlich zum Treiben einer Last zu verwenden. Da es sich um ein Widerstandsnetzwerk handelt, ist es wirklich sehr empfindlich gegenüber Impedanzänderungen. Die beste Lösung, die ich bisher gefunden habe, ist die Verwendung eines doppelten Sziklai-Paares (Simulation am Ende des Beitrags). Dies funktioniert recht gut und treibt die Last an, hat aber ein paar Probleme.

• Kleine Ströme deaktivieren das Paar und geben Spannungsspitzen auf max. Das zu testende Gerät kann irgendwo zwischen 0,5 mA und 500 mA ziehen. Ich musste einen Widerstand (R1 im nächsten Bild) hinzufügen, um sicherzustellen, dass die Transistoren eingeschaltet bleiben.
• Ausgangsspannung ist wild instabil. Es ist großartig, wenn nur dutzende Milliampere gezogen werden, aber wenn die Stromaufnahme auf 300-500 mA ansteigt, kann die Ausgangsspannung manchmal um ganze 2 Volt abfallen.

Ich könnte dieses Problem lösen, indem ich die Spannung kontinuierlich über Feedback anpasse (ich habe eine Leitung zum Zurücklesen der eingestellten Spannung), aber ich würde wirklich gerne einen Weg finden, dies ohne Tricks zum Laufen zu bringen.

Ich habe andere Methoden ausprobiert, um dies zum Laufen zu bringen, wie den LM317T-Regler mit digitalem Pot zur Steuerung, programmierbare Bucks, aber ich kann keine Kombination von Geräten finden, die sowohl innerhalb der Stromaufnahme als auch der Spannungspegel funktionieren.

Also, mit all dem langatmigen Zeug aus dem Weg, gibt es eine Möglichkeit, die Spannung hier zu stabilisieren, oder bin ich mit diesem Design total aus dem Mittagessen?

Falstad-Simulationen:

• DAC

• Sziklai-Paar