Практичность этой схемы управления напряжением и током LM317T PWM

Некоторые практические соображения...

1. Q1 должен иметь некоторое базовое сопротивление, чтобы ограничить ток, подаваемый на него (когда U3 ведет себя как компаратор при регулировании постоянного напряжения).
2. «Усиление» контура постоянного тока, образованного R1, U2, U3 и Q1, будет варьироваться в зависимости от тока нагрузки (поскольку крутизна Q1 пропорциональна току). В частности, оцените стабильность этого контура при максимальной запрограммированной нагрузке, так как при этом коэффициент усиления контура будет наибольшим. Доминирующий полюс находится в компенсации U3, хотя U2 добавляет полюс, как и U3.$Z_O$питая базовую емкость Q1. Вы можете подумать о том, чтобы сделать U3 интегратором , чтобы уменьшить частоту кроссовера до определенного запрограммированного значения (например, 1 кГц).
3. Источники питания обычно строятся со стабилизацией напряжения и ограничением тока на «высокой стороне», то есть одна клемма нагрузки подключена к земле. Поскольку вы уже отказались от заземления (с Q1), более практично разместить R1 ниже Q1 (между эмиттером Q1 и землей). Таким образом, U3 мог регулировать ток Iset без использования дифференциального усилителя U2.
4. Регулировка выходного напряжения не будет особенно точной. Это происходит из-за падения напряжения на R1, а также на транзисторах Q1.$V_{SAT}$, что обычно составляет ~ 0,2 В. Вы можете несколько улучшить это, сделав Q1 MOSFET. Однако, как правило, регулятору напряжения лучше измерять (и регулировать) напряжение непосредственно на нагрузке , минуя измерительный резистор. LM317 не дает вам такой возможности, но другие регуляторы дают. Обычно для этого требуется чувствительный резистор верхнего плеча (как сейчас у вашего R1), а это означает, что вам снова понадобится разностный усилитель.
5. Вы можете найти усилители измерения тока на стороне высокого напряжения, которые будут немного более точными, чем разностные усилители на операционных усилителях. Просто поищите на Digikey усилители с датчиком тока .
6. Поскольку регулятор напряжения уже представляет собой силовое устройство, наличие второго силового устройства (т.е. транзистора регулирования тока) несколько излишне. Если вы все сделаете правильно, вы сможете измерить ток через измерительный резистор, и если ток превысит заданное значение, вы сможете снизить заданное значение напряжения.
7. У вас всегда должны быть конденсаторы в обход входных и выходных контактов регуляторов напряжения.
8. При оценке стабильности вы должны запустить симуляцию переходного процесса с каким-либо импульсным возмущением , чтобы дать схеме «толчок». Популярный выбор - текущий шаг. Если он колеблется после удара, то он нестабилен. Вы должны повторно запустить симуляцию при различных условиях нагрузки.
9. Прежде чем приступить к печатной плате, вы должны выполнить моделирование с достаточно точными моделями всех используемых вами устройств. В частности, поведение U2, U3 и Q1 будет сильно отличаться от [почти] идеальной модели, которую вы сейчас используете. Кроме того, помните о входном синфазном диапазоне; если вы запитаете U2 от выхода регулятора, без входного синфазного диапазона от шины к шине, то он вообще не будет работать.

В общем, если бы это был я, я бы переделал все это. Тем не менее, изготовление печатной платы достаточно дешево, так что вы можете просто попробовать и убедиться в этом сами. В конце концов, наблюдение за тем, как все работает в реальной жизни, поучительнее любой тарабарщины, которую я могу придумать.

Все это говорит о том, что вы можете подумать о покупке готового решения. Попробуйте LT3081 для размера. Он включает в себя встроенную регулировку тока. Приложение на странице 24 технического описания показывает сложный программируемый регулятор CV/CC. Я уверен, что контакт ILIM можно легко взломать, чтобы сделать его управляемым из MCU.

Подобным образом можно использовать ШИМ для многих аналоговых устройств, но здесь я бы этого делать не стал. По крайней мере, не напрямую. Идея ШИМ, управляющая аналоговыми вещами, заключается в том, что управляемая система не может реагировать почти так же быстро, как работает ШИМ, и поэтому она следует среднему значению.

В вашем случае я бы ожидал, что микросхема регулятора будет отслеживать форму сигнала ШИМ лучше, чем указано в спецификации (спасибо, Мерфи), и поэтому я определенно добавил бы явный фильтр нижних частот между ШИМ и микросхемой регулятора, чтобы гарантировать, что он не может реагировать на это. быстро на ШИМ. Фильтр должен срезаться настолько низко, насколько это практически возможно, и, конечно же, не выше одной десятой частоты ШИМ. (поднимите частоту ШИМ, если это станет проблемой) Тогда все будет в порядке. Тем не менее, проверьте шум на нагрузке.

Другая идея, если у вас есть запасные входы/выходы, состоит в том, чтобы иметь полностью схему управления постоянным током, в которой различные комбинации нескольких бинарных выходов производят разные аналоговые напряжения. Есть много различных способов сделать это, начиная от однократного включения с открытым стоком и различными сопротивлениями до ЦАП на основе R/2R.

Говоря о ЦАП, некоторые UC имеют встроенные устройства. Это может быть даже проще, чем ШИМ. (Насколько мне известно, в Ардуино нет)