Làm thế nào để tôi kích thước tụ điện đầu ra cho một nguồn cung cấp băng ghế DC?

Tôi đang thiết kế một bộ nguồn DC băng ghế dự bị và đã đi đến vấn đề chọn tụ điện đầu ra. Tôi đã xác định được một số tiêu chí thiết kế có liên quan, nhưng tôi thấy lý do của mình vẫn đi một chút trong vòng tròn khi tôi cố gắng sắp xếp các tiêu chí này thành một quy trình thiết kế hợp lý.

Đây là sơ đồ làm việc để cung cấp cho bạn một ý tưởng những gì sẽ đi vào. Các dòng điện không đổi không được hình dung.

Dưới đây là những cân nhắc / mối quan hệ tôi hiểu cho đến nay:

• Trong bước tải nhanh, kiểm duyệt thay đổi điện áp đầu ra dưới / dưới quá mức) trong khoảng thời gian cần thiết để vòng điều khiển đáp ứng. Nói chung, một tụ điện lớn hơn tạo ra một dưới / quá mức nhỏ hơn.$C_{out}$

• tham gia vào đáp ứng tần số của vòng điều khiển. Nó đóng góp mộtcựcbởi sự tương tác của nó với khả năng chịu tải vàbằng 0bởi sự tương tác của nó với sức đề kháng hàng loạt hiệu quả (ESR) của chính nó.$C_{out}$

• Nói chung, một vòng điều khiển nhanh hơn (băng thông cao hơn) làm giảm điện dung đầu ra cần thiết để đạt được một mức dưới mức nhất định.

• Không thể giảm phần dưới / vượt quá được tạo bởi ESR của (bit dọc bên phải ở bước) bằng một vòng điều khiển nhanh hơn. Kích thước của nó hoàn toàn là một chức năng của hiện tại (kích thước bước) và ESR.$C_{out}$

• Mạch được điều khiển bởi nguồn cung cấp có thể và thường sẽ đóng góp thêm điện dung, ví dụ, tổng của các tụ điện bỏ qua đường ray điện trong một mạch được kết nối. Điện dung này xuất hiện song song với . Không thể tưởng tượng được những thứ này có thể bằng hoặc vượt quá giá trị của C o u t , khiến cho cột C o u t di chuyển quãng tám trở xuống. Hiệu suất của việc cung cấp năng lượng sẽ giảm xuống một cách duyên dáng trong tình huống này và không rơi vào dao động, ví dụ.$C_{out}$$C_{out}$$C_{out}$

• Năng lượng được lưu trữ trong điện dung đầu ra nằm ngoài sự kiểm soát của mạch giới hạn dòng điện của nguồn cung cấp. Trong khi sử dụng một tụ điện đầu ra lớn có thể che giấu một số tội lỗi trong thiết kế vòng điều khiển, nó làm lộ ra mạch kết nối có nguy cơ tăng dòng điện không kiểm soát được.

• Khi điểm đặt điện áp bị tắt, tụ điện đầu ra phải được xả đủ nhanh để đáp ứng thông số kỹ thuật cho tốc độ lập trình xuống, ngay cả khi không có tải được gắn vào. Đường dẫn xả tỷ lệ với điện dung đầu ra và tốc độ lập trình xuống được chỉ định phải có mặt. Trong một số trường hợp, mạch lấy mẫu điện áp đầu ra (bộ chia điện trở) có thể đầy đủ; trong các trường hợp khác, một điện trở shunt hoặc tính năng mạch khác có thể cần thiết.

Vì vậy, câu hỏi của tôi là: "Làm thế nào để tôi tiếp cận việc chọn tụ điện đầu ra cho thiết kế nguồn cung cấp băng ghế DC của mình?"

Dự đoán tốt nhất của tôi là thế này:

• Bắt đầu với một khiêm tốn giá trị, nói 100μF trong trường hợp này.$C_{out}$
• Làm việc lạc hậu từ thông số kỹ thuật khởi động (giả sử tối đa 50mV, ưu tiên 25mv) ở điện áp đầu ra tối đa (30V) cho bước tải đầy (0-300mA) và xem xét ESR của các tụ điện có sẵn, xem loại băng thông nào tôi sẽ yêu cầu giữ cho undershoot trong spec.
• Di chuyển đến giá trị lớn hơn để giảm tần số chéo cần thiết hoặc giảm giá trị ESR.$C_{out}$

Có phải tôi đang trên đường ray bên phải không? Bất kỳ hướng dẫn từ các học viên có kinh nghiệm hơn sẽ được nhận rất biết ơn :)

Dường như bạn có toàn bộ mạch trong LTspice. Một phân tích khởi nghiệp sẽ cho bạn biết hầu hết những điều bạn muốn biết. Thay thế nguồn DC "lớn" (45 V) của bạn bằng nguồn có định nghĩa xung, tức là nguồn bắt đầu từ 0 V và bước lên 45 V trong một thời gian ngắn (giả sử 10 ... 100 ns), sau một thời gian ngắn (nói 1 tiếng vang). Bằng cách đó, tất cả các tụ điện sẽ được khởi tạo cho một mạch không có nguồn và bạn thấy bộ điều chỉnh của mình làm việc rất tốt để sạc tụ điện đầu ra. Sử dụng thiết lập này, bạn sẽ có được toàn bộ hình ảnh: Đầu tiên, tụ điện đầu ra không tích điện tạo ra một điểm chết ngắn trên đầu ra của bạn, vì vậy bạn thấy bộ điều chỉnh của mình bắt đầu ở mức tối đa. hiện hành. Khi điện áp ở tụ điện đầu ra của bạn đạt đến giá trị mong muốn, bạn cũng sẽ có thể quan sát bất kỳ độ vọt lố nào có thể.

Một cách tiếp cận khác sẽ là bao gồm một nguồn hiện tại (thực tế, chìm) ở đầu ra, bước giữa 0 A và tối đa của bạn. đầu ra hiện tại mong muốn.

Theo nguyên tắc thông thường, tôi sẽ bắt đầu với 1000 tối đa trên 1 A tối đa. đã thiết kế các giá trị hiện tại và thử (".step param") bên dưới và bên trên (10 KhănF, 47 PhaF, 100 LốcF, 470 ĐẠO; 4,7 mF, 10 mF). Ngoài ra, mọi thứ sẽ không trở nên quá quan trọng: Transitor pass của bạn là NPN và thiết kế này về cơ bản là ổn định (trái ngược với LDO, sử dụng bóng bán dẫn PNP).Một phân tích ổn định của mạch của bạn thực sự có thể là một ý tưởng tốt; mặc dù sơ đồ của bạn trông rất giống một bộ điều chỉnh tuyến tính với một bóng bán dẫn thông qua bộ thu chung, thoạt nhìn, bạn thực sự có một mạch phát chung, và chúng có xu hướng không ổn định. Lý do là trở kháng đầu ra của bộ khuếch đại bộ thu chung là khoảng trở kháng dẫn động cơ bản của bóng bán dẫn, chia cho beta của bóng bán dẫn và giá trị này không thay đổi theo bất kỳ cách đáng kể nào khi tải thay đổi, và nó ở mức thấp . Mặt khác, trở kháng đầu ra của bộ khuếch đại chung được xác định bởi chính phụ tải, ở trong một phạm vi nhất định, nhưng dĩ nhiên không thể được thiết kế vào bộ điều chỉnh điện áp. (*)

Đây là một nguồn với một lời giải thích thực sự tốt về sự ổn định của bộ điều chỉnh tuyến tính, nhưng chúng ta phải trao đổi "PNP" và "NPN" trong ví dụ của mình, vì chúng ta không (!) Xử lý cùng một mạch ở đây. Đối với cách "thông dụng", bóng bán dẫn được nối trong các bộ điều chỉnh tuyến tính, câu trích dẫn là: "Transitor PNP trong bộ điều chỉnh LDO [...] được kết nối trong một cấu hình gọi là bộ phát chung, có trở kháng đầu ra cao hơn so với phổ biến cấu hình bộ thu trong bộ điều chỉnh NPN. " (Chất bán dẫn quốc gia - nay là TI - app'note AN-1148, phần 9)

(*) Phải chỉnh sửa phiên bản đầu tiên của câu trả lời vì tôi đã bỏ qua một số vấn đề quan trọng. Như có thể thấy trong một số bình luận cho các bài đăng khác, vấn đề phải làm với việc sửa chữa thiết bị phòng thí nghiệm cổ điển, và bạn không bao giờ có thể học đủ từ sửa chữa công cụ. Đây là một đoạn trích từ bài viết "Tầm quan trọng của việc sửa chữa" của Jim Williams, như được xuất bản trong cuốn sách NGHỆ THUẬT & KHOA HỌC CỦA THIẾT KẾ MẠCH ANALOG:

Ôi làm thế nào tôi thích phần đánh lừa chính mình ...

Về cơ bản, bạn cần xem xét các trường hợp tốt nhất và tồi tệ nhất cho tải, xét về điện trở tương đương và điện dung tương đương của nó (đi song song với nắp đầu ra của bạn). Bạn không thể thiết kế cho bất kỳ tải.

Đối với các giá trị cực trị của điện trở tải, đủ dễ để quyết định một số giá trị tối thiểu vì điều này được xác định bởi dòng tối đa mà phần tử vượt qua của bạn có thể xử lý. Nhưng bạn cũng cần xem xét tải trở kháng cao vì nó kéo cực đầu ra xuống tần số thấp hơn, có thể ảnh hưởng đến sự ổn định.

Nếu bạn sẽ cắm vào như tải một số bo mạch có tụ điện bypass / bể lớn ở đầu vào của nó, thì bạn không thể bỏ qua tác dụng của chúng đối với bộ điều chỉnh của bạn. Các bảng với 470-1000uF ở đầu vào DC của họ có thể gặp phải mà không gặp nhiều khó khăn.

Ngoài ra, trong thực tế, bộ điều chỉnh của bạn sẽ không phản ứng tương tự với các quá độ âm và dương. Bạn cần đánh giá đáp ứng bước trên cả bãi chứa tải tích cực và tiêu cực. Bạn phải lo lắng liệu mô hình SPICE cho opamp bạn sử dụng có đủ tốt để dự đoán / mô phỏng sự khác biệt này hay không.

Để đọc thêm, tôi giới thiệu cuốn sách của Rincon-Mora về LDO. Theo như tôi biết, đây là cuốn sách [tức là in] gần đây về các bộ điều chỉnh tuyến tính và ông có một số kinh nghiệm trong ngành (làm việc tại TI). Chương đầu tiên của cuốn sách có lý thuyết / công thức và một số ví dụ để tính toán / ước tính đáp ứng nhất thời và có một chương về thiết kế hệ thống đi vào ổn định. Than ôi, vì cuốn sách tập trung vào các bộ điều chỉnh cấp độ bảng, các ví dụ thiết kế đã làm trong cuốn sách (nhưng không phải là lý thuyết) thường cho rằng điện dung tải là [ít nhất] một bậc có độ lớn thấp hơn nắp đầu ra của bộ điều chỉnh . Phương pháp tiếp cận thiết kế của ông về cơ bản là "chu trình thiết kế của bộ điều chỉnh tuyến tính thường bắt đầu ở đầu ra và kết thúc bằng đầu vào".