Управление выходным напряжением импульсного источника питания через узел обратной связи

Я хочу контролировать Q1 в области его насыщения, чтобы он вел себя как резистор, сопротивление которого уменьшается по мере увеличения VDAC.

SMPS представляет собой систему с замкнутым контуром, которая должна быть должным образом компенсирована для обеспечения стабильности. То, что вы хотите сделать, похоже на вставку потенциометра в обратную связь и создает переменный коэффициент обратной связи, и, таким образом, петля должна быть правильно скомпенсирована для всех настроек. Может сработает... или нет...

Гораздо проще подать ток в узел обратной связи. Этот ток может быть положительным или отрицательным в зависимости от того, каким образом вы хотите отрегулировать напряжение. Это работает путем сложения (или вычитания) вместо предложенного вами умножения, оно не изменяет коэффициент обратной связи, стабильность, коэффициент усиления контура и т. д.

Другими словами, просто делайте то, что говорит Энди (резистор от выхода ЦАП к узлу FB). Этот ответ предназначен только для того, чтобы объяснить, что такое усиление контура и компенсация.

TL081, используемый на схеме OP, вообще не работает в этом приложении, если вы не можете подать на него хотя бы +/- 5 В. LM358 или LM2904 намного лучше.

Если вы действительно настроены на использование этой схемы, вы слишком много думаете об этом. Независимо от того, что видит положительный узел вашего операционного усилителя, он пытается отрегулировать эмиттер транзистора, регулируя ток базы.

Итак, выясните, каким должен быть диапазон регулировки выходного напряжения, и установите эмиттерный резистор на подходящий уровень WRT min/max на выходе ЦАП.

У вас в основном есть максимальный входящий ток от R1,${12V \over 280k} = 43µA$(если R2 закорочен), который будет разделен между R2 и R4. Ваше максимальное напряжение равно параллельному соединению R2 и R4 (транзистор активен), а минимальное напряжение равно только R2 (транзистор выключен).

43 микроампер очень мало, подумайте о масштабировании резисторов, например, до 14 кОм и 1 кОм. Обратите внимание, что это испортит вашу петлю обратной связи, если вы не отрегулируете конденсаторы так, чтобы они соответствовали друг другу, что здесь выходит за рамки. Но применяется тот же коэффициент масштабирования, в этом случае вам понадобится компенсационный конденсатор в 20 раз больше, чтобы поддерживать частоту полюсов. Другие цифры, конечно, тоже подойдут. Любая стоимость детали удобна.

Проработанный пример

Не сразу понятно, как иметь дело с отношениями, поэтому я пройдусь по ним для вас. Это карьерный рост. Мы проработаем это снизу вверх.

Я оставлю здесь делитель напряжения 20k + 280k и использую 20k в качестве R4.

Если мы обозначим ток транзистора как$I_{Q1}$, связь между ЦАП и током транзистора$I_{Q1} = {V_{DAC} \over R4}$.

Здесь мы игнорируем базовый ток. При нормальной работе ток базы должен составлять около 1% от тока коллектора, т.е. не имеет большого значения. Однако, когда вы выводите схему за пределы диапазона, базовый ток начнет «поднимать» напряжение R4.

Опорное напряжение для SMPS$V_{ref}={12V * 20k \over (280k+20k)} = 0.8V$

Это должно быть найдено в таблице данных, я просто вставил значения из принципиальной схемы.

Поскольку мы знаем ток, протекающий через транзистор, и опорное напряжение в верхней части транзистора, достаточно легко рассчитать последовательное сопротивление Q1 и R4.

$R_{Q1}+R_{R4}={V_{ref} \over I_{Q1}}=R_{bias}$

Вооруженный отношениями с$V_{DAC}$к$R_{bias}$становится довольно легко выработать отношения из$V_{DAC}$к$U_{out}$, имея в виду$R_{bias}$параллельно с R2 для деления опорного напряжения.

Я оставлю разработку рисунков, как это сделать, для читателя.

Когда когда$V_{DAC}$поднимается достаточно высоко,$R_{bias}$становится меньше, чем$R4$а поскольку отрицательные резисторы были распроданы, это невозможно. С транзистором это маскируется током смещения, с мосфетом напряжение на затворе достигает максимума. Максимальный полезный ток$V_{ref}\over R4$

Например, 0,3 В.$V_{DAC}$приводит к эффективному резистору смещения 53,3 кОм. Это затем отрегулирует выходное напряжение до 16,2 В.

Второе домашнее задание — отрегулировать R2 и R4 для получения различных диапазонов выходного напряжения.

Используемый диапазон выходного напряжения с 20k R2 и R4.

Это выглядит как излишество - почему бы вам не использовать выход вашего ЦАП для питания вывода VFB через 10 кОм. Таким образом, когда выходное напряжение ЦАП снижается, он убеждает микросхему регулятора обеспечить большее выходное напряжение, чтобы восстановить правильное напряжение на VFB.

В конечном счете, с 10 кОм на выходе вашего ЦАП и заданными значениями в вашей схеме вы сможете получить приличный диапазон регулирования как выше номинального установленного положения, так и ниже (напряжение ЦАП > VFB (номинальное).

Не беспокойтесь об операционных усилителях, если вам не нужно несколько сотен Ом для управления выводом VFB - тогда используйте операционный усилитель в качестве буфера напряжения.

Есть некоторые проблемы, которые вы, кажется, упускаете из виду.

Сначала вы должны найти, каково напряжение Vfb. Согласно выходу 12 В, R1 и R2, это 800 мВ. Это оставляет довольно мало места для работы текущего приемника. Из-за низкого напряжения я бы использовал FET вместо BJT.

Размер резистора R4 должен быть таким, чтобы ток через него при напряжении чуть менее 800 мВ был достаточным для достижения желаемого максимального выходного напряжения. Допустим, вы нацелены на 780 мВ. Например, если вы хотите удвоить выходное напряжение, то R4 должен потреблять столько же, сколько проходит через R1 при нескорректированном напряжении. То есть (11,2 В)/(280 кОм) = 40 мкА. По закону Ома (780 мВ)/(40 мкА) = 19,5 кОм.

Затем операционный усилитель должен регулировать верхний конец резистора R4 от 0 до 780 мВ, чтобы отрегулировать выходное напряжение. Поскольку ваш аналого-цифровой выход, вероятно, выше этого значения, вы помещаете резисторный делитель перед входом операционного усилителя, чтобы масштабировать аналого-цифровой выход в диапазоне 0–780 мВ.