Step-Down/Buck-Converter: So ersetzen Sie den Rückkopplungsspannungsteiler, um die Ausgangsspannung des Reglers elektronisch zu steuern

Die meisten heute verwendeten Schaltregler-ICs, die ich gesehen habe, haben eine Art Rückkopplungsspannungspins. Ich glaube, ich habe die Funktionsweise ziemlich verstanden:

Ein Widerstandsteiler vom Ausgang zur Masse wird erstellt, um einen Teil der Ausgangsspannung an den Rückkopplungsverstärker zurückzukoppeln, der eine Spannung für die PWM-Generatorlogik erzeugt.

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Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Die Spannung wird mit einer internen Referenzspannung verglichen, in diesem Beispiel 800 mV. Wenn die Rückkopplungsspannung höher als diese Referenz ist, wird der PWM-Generator ausgeschaltet, andernfalls wird das Tastverhältnis entsprechend angepasst.

Meine Ziele sind:

  • Der Versuch, ein Netzteil mit der Fähigkeit zu bauen, die Ausgangsspannung elektronisch zu steuern.
  • Versuchen zu verstehen, was los ist

Meine Frage ist, was ist der beste Weg, diesen statischen Widerstandsteiler nicht zu verwenden, sondern eine proportionale Spannung zu verwenden? Meine Idee war, mit Hilfe eines Mikrocontrollers und eines DAC eine Referenzspannung (meine gewünschte Reglerausgangsspannung) zu erzeugen. Wenn ich das erforderliche Verhältnis von R1 zu R2 kenne, um eine bestimmte Spannung zu erzeugen, kann ich einen Teilungsfaktor wie folgt ableiten:

v F B = v Ö N

Wie ich herausgefunden habe, ist der Teilungsfaktor Nin den meisten Fällen eine Funktion der Ausgangsspannung. Allerdings habe ich keine Ahnung, um eine solche Schaltung zu bauen. Sollte ich für diese Art der mathematischen Division logarithmische Operationsverstärker verwenden oder gibt es eine bessere Lösung, die ich noch nicht einmal in Betracht gezogen habe? Vielleicht gibt es eine viel einfachere Lösung?

Edit : Meine Grundidee

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Simulieren Sie diese Schaltung

Diese Art von Betrieb wäre entweder mit zwei teuren logarithmischen Operationsverstärkern oder mit sehr teuren Spezialschaltungen möglich. Da es analoge Spannungen verwendet, ohne einen Umweg über ADC/DAC zu nehmen, wäre die Latenz niedrig genug. Aber wie gesagt, ich bin mir nicht sicher, ob es bessere Möglichkeiten gibt.

Dies ist wahrscheinlich machbar, ohne mit dem Regelkreis zu schrauben. Mehr dazu später.
Der Vout wird durch (1+ R-Verhältnis)* Vref gesteuert. Sie könnten R2 DAC verwenden, um Spannung zu programmieren.
Eine einfache Möglichkeit, eine variable Ausgangsspannung zu erreichen, besteht darin, die Widerstände des Spannungsteilers durch ein digitales Potentiometer zu ersetzen. Hier ist ein Beispiel: cdn.sparkfun.com/datasheets/Components/General%20IC/22060b.pdf
Zum Lesen benötigen Sie einen ADC v Ö U T und einen zu erzeugenden DAC v F e e D B A C k . Und ein Algorithmus, der die ADC-Eingabe nimmt und an den DAC weiterleitet.
@StainlessSteelRat Ja, das Lesen mit ADC wäre eine Idee, aber ich dachte eher an analoge mathematische Operationen, da ADC / DAC zu viel Latenz erzeugen würden. Am Ende wird die Spannung nicht stabil und genau genug sein.
@Dampmaskin Ja, danke für den Hinweis, aber ich wollte digitale Potentiometer weglassen, weil sie ziemlich teuer und nicht wirklich so genau sind.
XY-Problem - Geben Sie an, was Sie erreichen möchten (dh ein Netzteil mit der Fähigkeit zur elektronischen Steuerung der Ausgangsspannung bauen). Geben Sie dies zuerst an (falls zutreffend), dann können Ratschläge zu Lösungen gegeben werden.
@Andyaka - Ja, ein Netzteil zu bauen und die Ausgangsspannung elektronisch zu steuern, ist in der Tat mein Hauptziel.
Ändern Sie also Ihre Frage, um die Aufmerksamkeit der Menschen auf das Problem zu lenken, anstatt zunächst Lösungen für etwas Unklares vorzuschlagen. Wenn Sie einen DAC steuern können, warum verwenden Sie dann nicht einen Digipot zur Steuerung des Feedbacks?
@Andyaka - Sie haben Recht, der Beitrag wurde entsprechend geändert. Der Grund, keinen Digipot zu verwenden, liegt in seiner begrenzten maximalen Spannungsfähigkeit und begrenzten Auflösung (<= 10 Bit).
Vor ein paar Tagen habe ich eine Frage wie die von OP beantwortet . Kann helfen.
Rohats Antwort gibt einen ausgezeichneten Vorschlag. Es gibt auch Referenzdesigns von z. B. TI: ti.com/lit/ug/tidu533/tidu533.pdf - Sie können ICs erhalten, die direkt über I2C programmierbar sind.
(Der andere Ansatz besteht darin, überhaupt keinen Schaltregler-IC zu verwenden, sondern die Schalt-PWM direkt vom Mikrocontroller aus selbst zu machen.)
@pjc50 - Ihr vorgeschlagenes Dokument von Texas Instruments enthält die Informationen, nach denen ich gesucht habe. Es gibt mehrere Beispiele wie die Verwendung von Digipots, Parallelschaltung von Mosfets (Parallelwiderständen) und auch die DAC-Methode, die hier von Benutzer Rohat Kılıç näher erläutert wurde. Es könnte jedoch Fälle geben, in denen dieser digitale Ansatz selbst mit hochauflösenden DACs nicht geeignet ist. Da diese Rückkopplungsspannung jedoch eher ein Spannungshinweis ist (z. B. ±4 % für LM2575), ist diese Art von Präzision für diese Art von Reglern nicht wirklich erforderlich.

Antworten (3)

Leider kann ich nicht näher darauf eingehen, wie man die Widerstandswerte bestimmt, weil ich mich nicht erinnere, aber es gibt 1 oder 2 Stellen online, die Ihnen zumindest die Gleichungen mitgeteilt haben.

Aber was Sie tun können (wenn ich verstehe, wonach Sie fragen), ist, einfach einen dritten Widerstand an den Rückkopplungsstift zu binden und dann das andere Ende dieses Widerstands mit einem Spannungsausgangs-DAC anzusteuern.

Der 3. Widerstand kann auch weggelassen werden, wenn Sie einen DAC mit Stromausgang verwenden. Der Sinn des Ganzen besteht darin, dass Sie den Spannungsregler dazu zwingen können, indem Sie entweder einen kleinen Strom in den mit dem Rückkopplungsstift verbundenen Knoten einspeisen oder einen kleinen Strom aus diesem herausziehen Geben Sie jede gewünschte Spannung aus (natürlich innerhalb ihres Bereichs), sogar Spannungen unterhalb der Referenzspannung, die normalerweise die Mindestspannung ist, auf die der Regler eingestellt werden kann.

Wenn dies eine praktikable Lösung für das ist, was Sie tun möchten, sagen Sie dies bitte in den Kommentaren zu diesem Beitrag, und ich werde versuchen, Beispiele dafür zu finden, wann ich dies verwendet habe (ich bin mir ziemlich sicher, dass ich herausfinden kann, wie das geht, aber es ist so Es ist eine so arbeitsintensive Aufgabe, diese Papiere zu finden, dass ich sicher sein möchte, dass es das ist, was Sie wollen, bevor ich durch all meine alten Sachen wüte, ich würde es wirklich gerne tun, wenn dies eine Antwort auf das ist, was Sie haben tun möchten), und wenn dies der Fall ist, werde ich diese Antwort aktualisieren, um eine Lösung zum Erreichen der entsprechenden Widerstandswerte hinzuzufügen.

Ehrlich gesagt schäme ich mich irgendwie, dass ich das immer noch nicht herausfinden kann, ohne in meinen alten Papieren nach Gleichungen zu suchen, die ich von jemandem erhalten habe. Unter Verwendung von Kirchhoffs Stromgesetz (KCL) und Kirchhoffs Spannungsgesetz (KVL) sollte dies nicht viel sein beschäftigen, um herauszufinden, aber ich kann diese nicht verwenden, um zu verstehen, wie. Was ich zu diesem Zeitpunkt meiner Elektronikbemühungen eigentlich selbst können sollte, obwohl dies eher eine Lösung ist, die echte Elektronikingenieure verwenden.

Das von Benutzer pjc50 gepostete Papier enthält verschiedene Lösungen unter dieser DAC-Lösung.

Was ist der beste Weg, diesen statischen Widerstandsteiler nicht zu verwenden, sondern eine proportionale Spannung zu verwenden?

Was am besten / besser ist, hängt von Ihren Kriterien ab.

Legen Sie im Allgemeinen diese Referenzspannung an den Feedback-Pin an. es fungiert als Summationspunkt für Vout, GND und Vref, gewichtet mit ihrer jeweiligen Leitfähigkeit (1/Widerstand).

Können Sie bitte erklären, wie der Feedback-Pin als Summationspunkt fungiert? Gibt es eine interne Summierungsfunktion, die die Datenblätter nicht zeigen?

Dies erfolgt stattdessen mit einem digitalen Potentiometer oder kombiniert mit einem niedrigeren Widerstand im Spannungsteiler. Sehr leicht. Stellen Sie nur sicher, dass die Spannung unter keinen Umständen höher als die absolute maximale Nennspannung ist, und ändern Sie die Spannung sehr langsam, damit keine massiven Sprünge auftreten und der DC/DC-Regelkreis damit zurechtkommt.

Eigentlich ist es eine gute Idee, es auch mit einer Shottky-Diode zu seiner VCC zu schützen. Wenn Sie den Widerstand zu schnell ändern, bleibt die Ausgangsspannung für einige Zeit bestehen, sodass das Potentiometer möglicherweise zerstört wird. Vergiss es nicht... Lerne aus meinen Fehlern.

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