Warum Strom über einen einseitigen Widerstandsteiler abtasten?

Ich studiere den Konstantstromkreis des Agilent E3610A 15V 30W DC Labornetzteils. Der gesamte Schaltplan befindet sich am Ende des Benutzerhandbuchs , aber ich habe die interessierenden Teile hier zur Verdeutlichung neu gezeichnet.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Stromreferenzversorgung liefert eine Referenzspannung von 2 mV/mA ​​Strombegrenzung. Sein Pegel ist über VR19, einen 10-Gang-Poti auf der Frontplatte, einstellbar. Dieser Teil des Schaltplans ist vereinfacht, um die maximale Ausgangsleistung zu reduzieren, und ich zeige einen TL072 anstelle des ursprünglichen LF411, aber es ist ein ziemlich einfacher invertierender Verstärker.

Der Stromfehlerverstärker ist auch ein einfacher invertierender Verstärker, der den Steuerknoten antreibt . Er erhält sein Eingangsfehlersignal von einem resistiven Summierpunkt, der durch R23 und R24 gebildet wird. Wenn der Strom begrenzt wird, liegt der Wert des Summationspunktes nahe bei 0 V. Beachten Sie, dass S+ geerdet ist , obwohl es der positive Ausgang der Versorgung ist. Die gesamte DC-Versorgung ist ein invertierender Verstärker, daher ist die Ausgangsspannung etwas kontraintuitiv S-.

Meine Frage bezieht sich auf die Schaltung um den aktuellen Beispielknoten mit der Bezeichnung i_sense . Über R2, der als Stromabtastwiderstand fungiert, wird eine Spannung von 100 mV/A entwickelt.

Unerwartet, zumindest für mich, wird die aktuelle Probenspannung über einen schiefen Widerstandsteiler (500k/500.001k) verbunden, der aus R27 und R34 besteht.

Was ist damit? Warum ist R23 nicht direkt mit dem i_sense- Knoten verbunden ?

Nachdem ich es einige Zeit studiert habe, habe ich nur einige vage Vermutungen:

  • Es hat etwas mit dem Verhalten zu tun, wenn der Ausgang kurzgeschlossen ist ...
  • Es leitet den Abtaststrom irgendwie um den Stromabtastwiderstand selbst herum, um die Genauigkeit zu erhöhen

.. keines davon kann ich in meinem Kopf zum Laufen bringen.

Kann mir jemand helfen zu verstehen? Ich bin mir ziemlich sicher, dass es aus gutem Grund so ist :)

Antworten (2)

Der Teiler von R34 und R27 scheint eine Funktion des Strombegrenzungspunktes zu ermöglichen v aus . Bei niedrigen v aus U4B wird das Ganze näher wahrnehmen ICH Ö . Als v aus steigt, wahrgenommen ICH Ö wird reduziert, was mehr zulässt ICH Ö .

Ich habe mir keine Zahlen angesehen, um zu sehen, wie groß der Effekt wäre. Es könnte Teil einer Foldback-Strombegrenzung sein, obwohl es, wenn ich nur so schaue, nicht so aussieht, als würde es dafür ausreichen. Es könnte auch eine Möglichkeit sein, die Steigung zu schärfen v aus Reduzierung während der Strombegrenzung. Vielleicht reicht die Verstärkung der Stromschleife nicht ganz aus, um sie zu halten ICH Ö konstant während des Limits.


Ein genauerer Blick auf ICH o-Satz

Betrachtet man die Abschnitte Stromfehlerverstärker und Spannungsausgang des Schaltplans, eine Gleichung für U4B-inv als Funktion von Cref, ICH Ö , Und v aus kann geschrieben werden.

v U4B-inv = Cref  ( R2 ( R27 + R34 ) + R23 ( R27 + R34 ) + R27 R34 ) + R24 ( R27 v aus + ICH Ö R2 ( R27 + R34 ) ) R2 ( R27 + R34 ) + R23 ( R27 + R34 ) + R24 R27 + R24 R34 + R27 R34

Wenn die Stromschleife aktiv wird, während der Konstantstromregelung und für einen perfekten OpAmp, v U4B-inv = 0V. Die Gleichung kann umgedreht und für den Strombegrenzungssollwert geschrieben werden ( ICH o-Satz ) als Funktion von Cref und v aus .

ICH o-Satz = R24  R27  v aus Cref  ( R2 ( R27 + R34 ) + R23 ( R27 + R34 ) + R27  R34 ) R2  R24 ( R27 + R34 )

ICH o-Satz Beziehung zu v aus ist eingestellt durch R2=0,1 Ohm, R24=50kOhm, R27=1 Ohm, R34=500kOhm. ICH o-Satz wird um angepasst v aus mit einer Rate von 20 μ A / v . Hier ist ein Diagramm, um besser zu zeigen, wie das aussieht:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der Wert für Cref war -0,29987, weil er schöne gerade Zahlen lieferte. Für einen 15V Wechsel von v aus ergibt ein 300 μ A Änderung von ICH o-Satz . Es mag nicht nach viel erscheinen, aber es ist in der richtigen Größenordnung, um Verstärkungsfehler in der Stromschleife zu korrigieren, um eine konstante Stromlastregelung aufrechtzuerhalten.

Es sieht so aus, als wäre Ihre zweite Vermutung am nächsten rechts: Der Teiler R27, R34 wird höchstwahrscheinlich verwendet, um die Konstantstromregelung zu verbessern.

Eine Möglichkeit zur Überprüfung wäre, R27 kurzzuschließen und im Konstantstrommodus zu betreiben. Dann könnten Sie den Regulierungsfehler ohne Korrektur sehen.

Ich habe ein paar Zahlen dazu gemacht, und Sie haben Recht, die Spannung an R34 / R27 (nennen wir es v S ) wird durch Erhöhen verringert v Ö u T , aber der Unterschied beträgt einige zehn nV (Nano·Volt). Das ist in der Tat ein Rätsel :)
@scanny, ich hätte erwartet, dass es so ähnlich ist v aus /500.000. Es ist ein bisschen spät für Rätsel heute Abend. ;^)
Ups, Excel-Formel-Skalierungsfaktor-Fehler dort, sollte einige zehn Mikrovolt betragen ! Ich dachte, Nanovolt schien ein bisschen verrückt zu sein :) Trotzdem ziemlich klein, findest du nicht? Die Auflösung der Frontplatte für Strom beträgt 10 mA, daher sehe ich nicht, wie sich die Spannungsdifferenz merklich auf den Strombegrenzungspegel auswirken könnte.
Ok, ich habe eine neue Hypothese. Ich habe gerade bemerkt, dass ich auf der Bank die Stromgrenze nicht unter etwa 5 mA bringen kann. Ich denke, das liegt vor allem daran, dass mein Pot nicht ganz auf 0 Ω geht, aber es hat mich zum Nachdenken gebracht. Könnte dies da sein, um zu garantieren, dass Sie die Grenze auch gegen einen Offsetstrom oder so etwas ganz auf Null setzen können?
@scanny, ich glaube nicht, dass es da ist, um einen Offset zu verwalten. Dafür scheint es nicht der richtige Weg zu sein. Ich glaube auch nicht, dass Sie das als Funktion von tun möchten v aus .
Ahhhh, jetzt macht das langsam Sinn ... Ich lese gerade Ihre aktualisierte Antwort. Mit wird der programmierte Stromsollwert eingestellt v C R e F , die einmal eingestellt konstant ist. Aber der aktuelle Fehlerverstärker hat einen kleinen, aber realen Fehlerwert, der von der Ausgangsspannung abhängt. Folglich würde sich der Effektivstromsollwert mit Änderungen der Ausgangsspannung verschieben, wenn er nicht mit dem einseitigen Teiler kompensiert würde. Sie sind ein fabelhafter, fabelhafter Elektroingenieur, Gsills! Ich möchte so sein wie du :)
@scanny, Danke für die Annahme und die tollen Fragen.
Cool. Und +1. Auf keinen Fall habe ich das in einer sechsstündigen Fahrt geschafft - Prost.

Stark gewichtete Teiler wie dieser finden im Allgemeinen Verwendung, wenn ein gegebener Eingang Vcc nicht erreichen darf. Viele Instrumentenverstärker haben eine maximale Eingangsspannung, die so spezifiziert ist, dass sie nicht größer als ein bestimmter Prozentsatz der Stromschienen ist. Insbesondere wenn der Eingang in beiden Polaritäten auf volle Vcc geht, besteht normalerweise eine gute Chance, dass der Chip selbst die Potentialdifferenz zwischen dieser und der gegenüberliegenden Schiene nicht bewältigen kann - dies gilt insbesondere, wenn der Chip mit seinem Maximum verwendet wird Schienenspannungen liefern.

Edit: So wahr das auch sein mag, ich habe verpasst, was hier passiert ist. (Entschuldigung, auf einem Roadtrip.)

Dieser Teiler fügt einen garantierten Offset von 0 ein. Der Steuerausgang ist höchstwahrscheinlich so aufgebaut, dass er einen Eingangsverlust erkennt und mit einer Art Alarm oder Code darauf reagiert, falls i_sense wahr Null wird, was einen Signalverlust anzeigt. Ohne hinzuschauen würde ich sagen, das würde dazu führen, dass der Ausgang aus Sicherheitsgründen einfach abgeschaltet wird.

Das maximale Potential des i_sense-Knotens würde in der ursprünglichen Schaltung etwa 300 mV betragen, was einem Strom von 3 A entspricht. Ich sehe also nicht, wohin wir uns nähern würden v C C (15V) oder wie der 1Ω-Widerstand das überhaupt ändern würde. Sie haben gesehen, dass S+ Masse (0 V) ist, richtig? Es ist die Referenz für v C C , und alles andere auch :) Auch in dieser Schaltung halten die Dioden CR10 und CR11 die invertierende Eingangsspannung im Bereich von -0,7 bis 0,7 V.
@scanny - Ich sehe es jetzt. Und ich wette, ich weiß warum. Bearbeiten kommt.
Okay, das ist interessant, das ist sicherlich plausibler als jede Antwort, die ich mir bisher ausgedacht habe :) Eine Sache verwirrt mich jedoch dabei. Es würde immer noch einen magischen Ausgangsstrom für jede gegebene Ausgangsspannung geben, der eine Abtastspannung von Null ergeben würde, weil das Potential des R27/R34-Übergangs immer kleiner als sein wird v ich S e N S e . Der einfache Fall wäre (0 V, 0 A), könnte aber auch (5 V, 100 µA) oder so sein. Ich stelle fest, dass die Abtastung etwa 6 µA zieht, was die Abtastspannung tatsächlich um etwa 6 µV reduziert. Außerdem sehe ich nicht, wie die Hauptplatine diese Spannung ohne Verbindung sehen könnte.