Estabilización de opamps: ¿lo estoy haciendo bien?

La primera regla de un sistema de control es nunca obtener información tarde. Desafortunadamente, esto es exactamente lo que hacen los filtros de paso bajo en la ruta de retroalimentación. En particular, R13, C8, R12, C3 y C6 causarán problemas de estabilidad en el modo de límite de corriente. Además, el hecho de que el IC3B se esté ejecutando en bucle abierto significa que la señal de apagado actual se moverá de un lado a otro. Básicamente, está alimentando una señal digital en un bucle de control lineal. Eso está bien para algo como un cierre forzoso, pero no funcionará para ningún tipo de regulación.

Lo anterior supone que el desorden en la esquina inferior derecha de su esquema es un sentido de corriente, de modo que su pin de SALIDA es, en última instancia, un voltaje con referencia a tierra proporcional a la corriente a través de R_Shunt. El resto de su esquema es en su mayoría razonable, pero este lío debe solucionarse. ¡Ni siquiera hay un designador de componente para ese chip, y mucho menos alguna indicación de qué es!

Si desea ajustar el controlador para obtener una buena respuesta, debe realizar un análisis cuidadoso. Esto generalmente se hace en el dominio S (transformadas de Laplace) observando polos y ceros. No entraré en eso aquí. Si desea mantenerlo simple y está dispuesto a renunciar a algo de rendimiento, use la regla fácil que dice que debe asegurarse de que el controlador tenga el ancho de banda más bajo de cualquier cosa en el sistema.

En el modo de voltaje, su controlador es IC3A, lo que se controla son los FET y la retroalimentación es R10 y R9. Es un sistema sencillo que parece razonable a excepción de C7. Pondría C7 directamente entre la entrada negativa y la salida de IC3A. Eso efectivamente ralentiza el controlador. Más capacitancia lo ralentiza más. Eventualmente llega a un punto donde el sistema es lo suficientemente estable. En cuanto a CA, Vregulated y Voltage_Ctrl están lo suficientemente cerca como para que C7 todavía funcione en gran medida donde está, pero sería mejor donde lo describí. Para permitir valores más pequeños de C7, aumente R10 y R9, como 10 kΩ, por ejemplo.

En una nota aparte, ¿para qué sirve D1? A menos que crea que la carga puede retroceder esta fuente de alimentación, eso es solo una pérdida de una caída de voltaje del diodo.

Agregado:

Ahora que se ha aclarado que este circuito es para cargar una batería de plomo-ácido de "12 V", son posibles recomendaciones más específicas.

Sabemos que la carga no cambiará repentinamente, por lo que la respuesta transitoria no es una consideración importante. Por lo tanto, compensar IC3A con un límite desde su salida hasta su entrada negativa es suficiente. Encuentre el valor límite que parece hacerlo estable y duplíquelo. La respuesta será lenta, pero de nuevo, eso importa poco para cargar una batería.

Para hacer la limitación de corriente, creo que sería más fácil usar un controlador separado con los FET controlados por el menor de los dos voltajes de salida del controlador. Esto podría ser tan simple como un diodo OR entre los dos, aunque eso requeriría un pull-up para impulsar los FET a un nivel alto, lo que haría que el control alto y bajo fuera asimétrico. Una posibilidad es hacer un OR de diodo de las salidas opamp de control de modo de voltaje y corriente, luego amortiguar eso con un tercer opamp que impulsa las puertas FET.

La parte más complicada será asegurarse de que no haya inestabilidad cuando el suministro cruce entre el modo de regulación de corriente y voltaje. Creo que si cada uno de los dos amplificadores operacionales del controlador se ralentiza lo suficiente con un límite entre su salida y su entrada negativa, esto debería estar bien. Se requerirá algo de experimentación. Afortunadamente, está en condiciones de errar por el lado de la respuesta lenta a favor de la estabilidad, por lo que todo esto debería ser factible.

Este sistema tiene dos bucles: un bucle de voltaje basado en VSET y un bucle de corriente basado en ISET. La salida del bucle de corriente modifica la referencia del bucle de voltaje, lo que cambia el voltaje de salida, lo que cambia la corriente de carga y listo, tienes un sistema de bucle cerrado.

Si la detección de corriente está pensada como una protección contra sobrecorriente a prueba de fallas (protección contra cortocircuitos, etc.), entonces IC3B debe conectarse a un circuito de bloqueo que apague los MOSFET de paso en serie y los mantenga apagados hasta que se elimine el VCC.

Si se trata de una sobrecorriente suave (es decir, para degradar la regulación en lugar de apagarse por completo), mueva C6 para que quede entre los pines 6 y 7 de IC3B. También me desharía de C3: si la respuesta debe ser más lenta, ya tiene retrasos de R13, C8 y C6 y puede ajustarlos en consecuencia.

La respuesta del lazo de corriente debe ser más lenta que la respuesta del lazo de voltaje, para que los lazos no "peleen" entre sí (si el lazo de voltaje responde más lento de lo que reacciona el lazo de corriente, la salida del lazo de corriente puede llegar a la saturación, lo que es una mala noticia). Estadio de béisbol: mantenga el ciclo de corriente 10 veces más lento que el ciclo de voltaje (ya lo redujo al agregar R13 y C8, y las cosas mejoraron, así que ahí lo tiene).

Además, C7 debe estar entre los pines 1 y 2 de IC3A, no en VREGULADO.

Su retroalimentación actual parece demasiado lineal. Sin hablar de gorras, muchas de ellas parecen innecesarias. Por lineal quiero decir que su suma del valor actual y el voltaje de referencia conducirá no al "modo de limitación de corriente", sino solo a una retroalimentación ruidosa. Oscilaciones es parte de esto y ruidos. Yo probaría 2 cosas:

• Haga que la limitación de corriente tenga más estado para que, cuando se detecte una sobrecarga, no se pueda abandonar fácilmente el modo. Con el enfoque lineal, el modo es "compensar la sobrecarga lo suficiente para satisfacer el sensor de corriente", lo que deja retroalimentación justo en el borde por un momento, luego, tan pronto como llega la retroalimentación con un mensaje de subcarga, elimina el componente I de la suma y la oscilación continúa. Digamos que use algún componente no lineal como el disparador schmidt o el disparador real o el comparador al estilo schmidt.
• El uso de la ruta de control de voltaje para la señal de protección de corriente está agregando ruido. Esto es comprometedor, para reducir el número de piezas. Para mayor confiabilidad y un diseño más limpio, prefiero usar la señal de protección actual para una etapa de potencia completamente separada. Pero ya tiene demasiados transistores de potencia, así que mire si es posible agregar un diodo, un transistor receptor y un control simple directamente a este transistor. Se verá más como una protección separada y no implicará control de voltaje, sino que simplemente lo anulará, en cierto modo lo anulará.

Dijiste que este proyecto es para estudiar. Si la corriente constante no es un modo de primer requisito, si es solo un complemento, entonces mis sugerencias son válidas. Pero si decides rediseñarlo por completo para que quede perfecto, yo diría que mires el diseño de manera diferente.

Considere que está construyendo una fuente de corriente perfecta. Diséñelo completamente, luego agregue una función de limitador de voltaje simplemente alimentando la etapa U con una etapa I independiente. Como resultado, obtendrá un suministro casi perfecto tanto con U como con I.