Как протестировать и оценить самодельный регулятор с малым падением напряжения?

Я построил стабилизатор с малым падением напряжения, следуя опыту создания дискретного линейного стабилизатора. Схема проста, как это:

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Я хотел бы знать, как проверить максимальное входное и выходное напряжение, номинальные значения тока и рассеивания тепла этой схемы с частями, указанными в схеме, а также минимальное падение напряжения.

Подавая в эту схему регулируемое напряжение 5,5 В, я могу получить максимум 5,4 В на выходе при нагрузке 30 мА. Означает ли это минимальное падение напряжения 0,1 В при токе 30 мА?

Я также получил минимальное выходное напряжение 2,5 В без нагрузки. Как модифицировать этот регулятор, чтобы он мог отключить нагрузку, повернув потенциометр в одну сторону до конца?

Также проблема в том, что операционный усилитель получает питание от нерегулируемого входа?

--- РЕДАКТИРОВАТЬ ---

Поскольку эта цепь не защищена, как добавить защиту от перегрузки по току? Я рассматриваю возможность использования LM358 вместо LM741 в качестве микросхемы операционного усилителя, и как построить схему измерения тока и защиты от перегрузки по току, используя дополнительный операционный усилитель от LM358, шунтирующий резистор и еще несколько полевых МОП-транзисторов? (у меня 2N7000, BS250, IRF4905и IRF540запчастей валяется навалом)

--- РЕДАКТИРОВАТЬ 2 ---

Обобщая предложения, кажется ли это лучшей схемой?

схематический

смоделируйте эту схему

Ссылка изменена в соответствии с предложением @SpehroPefhany использовать TL431 с питанием через резистор 680 Ом. Старый 741 заменен двойным операционным усилителем OPA2134 (дорого!) По предложению @andyaka . Некоторая частотная компенсация предпринимается с помощью конденсатора C3 на затворе проходного транзистора M1.

Мое намерение защиты от перегрузки по току таково:

Второй операционный усилитель в корпусе OPA2134 подключен к дифференциальному усилителю, контролирующему разность напряжений между токовым шунтирующим резистором R4. Когда ток приближается к 4А, падение напряжения на резисторе R4 увеличивается до такой степени, что напряжение на выходе дифференциального усилителя OA1b приближается к пороговому напряжению 2N7000, и начинают подталкивать его, опуская напряжение на инвертирующем входе усилителя ошибки OA1a ниже, подталкивая напряжение затвора M1 выше и начинает выключать M1.

--- РЕДАКТИРОВАТЬ 3 ---

Снова собираем предложения, так будет лучше?

схематический

смоделируйте эту схему

Операционный усилитель больше не управляет проходным MOSFET напрямую, а текущее напряжение шунта напрямую согласуется с пороговым напряжением MOSFET PNP BJT. Это должно устранить необходимость в операционном усилителе RRIO. Я все еще использую относительно современный LM358, но подходит ли сюда сейчас 741?

«Также проблема заключается в том, что операционный усилитель получает питание от нерегулируемого входа?» Параметр для этого называется «регулирование линии», и это то, что вы хотите охарактеризовать.
@ IgnacioVazquez-Abrams Тогда, пожалуйста, скажите мне, как это охарактеризовать?
Измените ввод и посмотрите, как изменится вывод.
@IgnacioVazquez-Abrams Подробнее, пожалуйста?
@MaxthonChan: Вы писали: "Also is the op-amp getting power from the unregulated input a problem?"Как еще это могло работать?

Ответы (3)

Я предлагаю вам не использовать стабилитрон на 3,3 В в качестве эталона - вы получите ужасную стабилизацию линии (и подавление пульсаций), особенно с резистором в качестве источника тока, а также плохую температурную стабильность.

По крайней мере, используйте TL431 (почти такой же дешевый, как стабилитрон по объему), который (если вы дадите ему> 1 мА) будет поддерживать очень стабильное напряжение (номинально 2,495 В) и имеет вполне разумную температурную стабильность. Ваши 1 мкФ параллельно должны привести к безусловной стабильности.

LM358 должен нормально работать с достаточно низким подтягивающим резистором, чтобы позволить выходу приблизиться к положительной шине, чтобы МОП-транзистор мог отключиться. LM358 хорош для 32 В, ваш затвор MOSFET, вероятно, не рассчитан на 32 В, поэтому ограничивает ваш максимальный вход, если вы не улучшите свою схему.

Вы не пытались справиться с (частотной) компенсацией. В какой-то момент (вероятно, очень скоро) вы узнаете, почему у LDO возникают проблемы в этой области, когда он превращается в осциллятор. Вы можете не сразу увидеть колебание на выходе из-за огромного конденсатора, поэтому посмотрите на выход операционного усилителя, чтобы убедиться, что схема стабильна.

В любом случае: как проверить

  1. Тест регулирования линии и нагрузки для номинального диапазона входной мощности с различными нагрузками (от минимальной до максимальной и с несколькими промежуточными значениями). Измерьте выходное напряжение для каждого.

  2. Температурная стабильность - повторные испытания при разных температурах от минимальной до максимальной.

  3. Стабильность — изменяйте нагрузку от максимальной до минимальной при различных входных напряжениях и наблюдайте за поведением выходного сигнала — ищите спад или выброс при резком увеличении или уменьшении нагрузки.

  4. Подавление пульсаций — примените некоторую пульсацию на входе с нужной частотой и посмотрите, какая часть пульсаций проходит на выходе.

  5. Падение напряжения — наблюдайте за выходным поведением при увеличении входного напряжения от нуля до напряжения на несколько вольт выше выходного при различных нагрузках.

Вы также можете измерить ток покоя Iq, если хотите. Если ваш подтягивающий резистор очень низкий (например, 1 кОм), вы можете увидеть значительное увеличение тока, поскольку шины операционного усилителя обеспечивают высокое установленное выходное напряжение, а входное напряжение слишком низкое для регулирования.

Изменен дизайн, чтобы включить некоторую грубую частотную компенсацию и защиту от перегрузки по току. Этого достаточно?
Я не думаю, что Энди предложил OPA2134 — он кажется чрезвычайно неподходящим для поставленных вами задач, а также является дорогим.
Энди предложил современный, железнодорожный, и мои поиски на Taobao (китайский аналог eBay) привели к OPA2134. Другие рельсовые детали еще дороже.
Дело в том, что он может быть относительно современным (последние 20 лет), но это не прямой ввод или вывод. Это даже хуже, чем 741. На самом деле это отличный аудиоусилитель (низкий уровень шума, сверхмалые искажения, быстрое нарастание), но у него посредственная точность по постоянному току. Вам нужен вход RR для ограничения тока (или, по крайней мере, положительной шины) и для работы в пределах 2,495 В меньше допуска, поэтому, возможно, 2,47 отрицательной шины для эталона, и эта часть подходит только для (V-) + 2,5 В ( просто промахивается). И выход колеблется только в пределах 1,2 В от положительной шины (вероятно, достаточно хорошо для этого конкретного полевого МОП-транзистора, но не от шины к шине).
Итак, моя конструкция требует настоящего двойного чипа операционного усилителя RR? Пожалуйста, предложите некоторые возможные части jellybean.
@MaxthonChan К сожалению, я не думаю, что существует такая вещь, как мармеладный операционный усилитель RRIO, способный работать с высоким напряжением питания. ADA4096-2 — это RRIO и подходит для 30 В, но стоит недешево. OPA2192 пока нет в наличии и, вероятно, тоже дорого. Лучше сменить дизайн!
Снова изменили дизайн, пожалуйста, проверьте, устранена ли необходимость в дорогом операционном усилителе.
@MaxthonChan Мне это нравится (транзистор ограничения тока на самом деле должен быть p-каналом), но для ограничения тока используйте PNP BJT, а не полевой МОП-транзистор - падение Vbe лучше контролируется, чем Vgs (th).
Обновлена ​​схема Edit 3, чтобы использовать предложенный вами PNP BJT для измерения текущего шунта. Текущий рейтинг в моей голове здесь 3,5-4А.
Скатал один на макете по схеме Edit 3, и он показался достаточно хорошим и может полностью отключаться. На затворе проходного ворот MOSFET не слышно колебаний.

Вот довольно простой, хорошо себя зарекомендовавший LDO, который хорошо имитирует:введите описание изображения здесь

+V составляет 24 В постоянного тока, напряжение на нагрузке составляет> 23,9 В с R3 при 5 В и <100 мВ R3 при 0 В.

Я немного почищу его, возможно, заменю LT1007 на операционный усилитель RR out, чтобы получить действительно низкий LDO, и завтра опубликую ссылку на файл LTspice.

+1 Хорошая простая очевидная схема. || Vgsmax полевого транзистора составляет 20 В, и большинство полевых транзисторов будут в опасности при использовании здесь источника питания 24 В постоянного тока. Добавление выходного резистора U1 и зажима Vgs к полевому транзистору помогает (вы это знаете :-)). | Стабильность в реальном мире может потребовать некоторой игры. Но в целом такая схема сразу приходит на ум. | Защиты от перегрузки по току естественно нет.

Эта схема просто не будет работать должным образом на маломощных нагрузках. Максимальное выходное напряжение 741 составляет не менее 3 вольт ниже напряжения на шине питания, и это означает, что полевой МОП-транзистор с каналом P всегда будет проводить некоторый ток — пороговое значение напряжения затвор-исток может составлять всего -2 вольта, а учитывая, что 741, вероятно, не может доберитесь до 3 вольт от положительной шины питания, у вас в какой-то момент возникнут большие проблемы.

Это также объясняет, почему вы не можете правильно отключить регулируемое выходное напряжение.

Попробуйте использовать операционный усилитель, который не был разработан в середине прошлого века. подсказка - типы вывода rail-to-rail необходимы, чтобы вылечить вышеперечисленное. Также обратите внимание, что вы можете столкнуться с большими проблемами нестабильности с новыми операционными усилителями из-за их увеличенного GBW продукта. на старом мире 741 они, вероятно, замедлятся, чтобы вызвать проблемы в вашей схеме.

Являются ли LM358 или LM324, обе микросхемы операционных усилителей, которые я покупаю оптом, подходящими операционными усилителями для этой цели? Или, пожалуйста, порекомендуйте некоторые мармеладные детали, достаточно дешевые, чтобы я мог их хранить оптом.
@MaxthonChan, я рекомендую вам выбрать операционный усилитель с выходной мощностью от шины к шине. Как минимум, он должен быть в состоянии выдавать напряжение, которое находится в пределах 0,5 вольт от положительной шины питания - прочитайте таблицы данных - там все есть, если вы не хотите, чтобы я прочитал их для вас и покорно отчитался, LOL.
Ответ на раздел редактирования вашего вопроса не имеет значения, пока вы не охватите основной дизайн. Еще добавлю, что в сети много примеров защиты от перегрузки по току. Наличие запаса определенных устройств не должно никого ограничивать в разработке адекватной схемы - в любом случае это моя философия.
Мне пришло в голову что-то под названием OPA2134 с максимальным выходным напряжением Vcc-0,5 В и скоростью 8 МГц. Более 1 доллара за штуку (LM324 стоит 1 цент за штуку), и это вас устраивает? Закажу несколько образцов на пробу.
Нелегко заставить работать регуляторы с малым падением напряжения из-за тонны дополнительного усиления из-за того, что сток/коллектор проходного транзистора подключен к нагрузке. Я бы не рекомендовал никому тратить больше своего бюджета на что-либо, но если вы намерены добиться этого, будьте готовы бороться с нестабильностью (прямо огромные колебания) на выходе твердой рукой. Как я уже сказал, регуляторы LDO немного нестабильны в лучшие дни.
Как протестировать и оценить самодельный регулятор с малым падением напряжения?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v