¿Por qué muestrear la corriente a través de un divisor resistivo asimétrico?

Estoy estudiando el circuito de corriente constante de la fuente de alimentación de banco Agilent E3610A 15V 30W DC. El esquema completo se encuentra al final del manual del usuario , pero he vuelto a dibujar las partes de interés aquí para mayor claridad.

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El suministro de referencia de corriente proporciona un voltaje de referencia de 2 mV/mA ​​de límite de corriente. Su nivel es ajustable a través de VR19, un potenciómetro de 10 vueltas en el panel frontal. Esta parte del esquema se simplifica para reducir la salida máxima y estoy mostrando un TL072 en lugar del LF411 original, pero es un amplificador inversor bastante sencillo.

El amplificador de error de corriente también es un amplificador inversor directo que impulsa el nodo de control . Toma su señal de error de entrada de un punto de suma resistivo formado por R23 y R24. Cuando se limita la corriente, el valor del punto de suma está cerca de 0V. Tenga en cuenta que S + está conectado a tierra , aunque sea la salida positiva del suministro. El suministro general de CC es un amplificador inversor, por lo que, de manera un tanto contraria a la intuición, el voltaje de salida es S-.

Mi pregunta es sobre el circuito alrededor del nodo de muestra actual etiquetado como i_sense . Se desarrolla un voltaje de 100 mV/A a través de R2, que actúa como resistencia de muestreo de corriente.

Inesperadamente, al menos para mí, el voltaje de muestra actual está conectado a través de un divisor resistivo asimétrico (500k/500.001k) formado por R27 y R34.

¿Que pasa con eso? ¿Por qué R23 no está conectado directamente al nodo i_sense ?

Después de estudiarlo durante algún tiempo, todo lo que tengo son algunas conjeturas vagas:

  • Tiene algo que ver con el comportamiento cuando la salida está en cortocircuito...
  • De alguna manera desvía la corriente de muestreo alrededor de la resistencia de muestreo actual para aumentar la precisión

.. ninguno de los cuales soy capaz de hacer funcionar en mi cabeza.

¿Alguien puede ayudarme a entender? Estoy bastante seguro de que es así por una buena razón :)

Respuestas (2)

El divisor de R34 y R27 parece permitir que el punto límite actual sea una función de V afuera . en bajo V afuera U4B percibirá más cerca de la totalidad I o . Como V afuera aumenta, percibido I o se reducirá, permitiendo más I o .

No he mirado ningún número para ver qué tan grande sería este efecto. Podría ser parte de un límite de corriente plegable, aunque, solo mirando, no parece que sea suficiente para eso. También podría ser una forma de agudizar la pendiente de V afuera reducción durante el límite de corriente. Tal vez la ganancia del bucle actual no sea suficiente para mantener I o constante durante el límite.


Una mirada más cercana a I o-set

Al observar las secciones del esquema del amplificador de error de corriente y la salida de voltaje, una ecuación para U4B-inv como una función de Cref, I o , y V afuera puede ser escrito.

V U4B-inv = credencial  ( R2 ( R27 + R34 ) + R23 ( R27 + R34 ) + R27 R34 ) + R24 ( R27 V afuera + I o R2 ( R27 + R34 ) ) R2 ( R27 + R34 ) + R23 ( R27 + R34 ) + R24 R27 + R24 R34 + R27 R34

Cuando el bucle de corriente se activa, durante la regulación de corriente constante y para un OpAmp perfecto, V U4B-inv = 0V. La ecuación se puede invertir y escribir para el punto de ajuste del límite actual ( I o-set ) en función de Cref y V afuera .

I o-set = R24  R27  V afuera credencial  ( R2 ( R27 + R34 ) + R23 ( R27 + R34 ) + R27  R34 ) R2  R24 ( R27 + R34 )

I o-set relación con V afuera está establecido por R2=0.1 Ohm, R24=50kOhm, R27=1 Ohm, R34=500kOhm. I o-set será ajustado por V afuera en un rango de 20 m A / V . Aquí hay un gráfico para mostrar mejor cómo se ve esto:

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El valor de Cref fue -.29987, porque dio buenos números pares. Para un cambio de 15V de V afuera resulta en un 300 m A cambio de I o-set . Puede que no parezca mucho, pero está en el estadio correcto para corregir el error de ganancia en el bucle de corriente para mantener una regulación de carga de corriente constante.

Parece que su segunda suposición fue la más cercana a la derecha: lo más probable es que el divisor R27, R34 se use para mejorar la regulación de corriente constante.

Una forma de verificar sería cortocircuitar R27 y operar en modo de corriente constante. Entonces se podía ver el error de regulación sin ninguna corrección.

Hice algunas cifras y tienes razón, el voltaje en R34/R27 (llamémoslo V S ) se reduce aumentando V o tu t , pero la diferencia llega a unas decenas de nV (nano·Voltios). Esto sí que es un enigma :)
@scanny, hubiera esperado que fuera algo más como V afuera /500K. Es un poco tarde para acertijos esta noche. ;^)
Vaya, el error del factor de escala de la fórmula de Excel debería ser unas decenas de microvoltios . Estaba pensando que los nanovoltios parecían un poco locos :) Aún así, bastante pequeños, ¿no crees? La resolución del panel frontal para la corriente es de 10 mA, por lo que no veo cómo la diferencia de voltaje podría afectar el nivel de límite de corriente de manera notable.
Ok, tengo una nueva hipótesis. Acabo de notar que en el banco, no puedo obtener el límite actual por debajo de aproximadamente 5 mA. Creo que esto puede deberse en gran parte a que mi potenciómetro no llega a 0Ω, pero me hizo pensar. ¿Podría estar ahí para garantizar que pueda establecer el límite hasta cero incluso contra alguna corriente de compensación o algo así?
@scanny, no creo que esté ahí para administrar una compensación. No parece ir por el camino correcto para eso. Además, no creo que quieras hacer eso como una función de V afuera .
Ahhhh, ahora esto empieza a tener sentido... Solo estoy leyendo tu respuesta actualizada. El punto de ajuste actual programado se ajusta usando V C r mi F , que es constante una vez establecido. Pero el amplificador de error actual tiene un valor de error pequeño pero real que depende del voltaje de salida. En consecuencia, si no se compensa con el divisor asimétrico, el punto de ajuste de corriente efectivo cambiaría con los cambios en el voltaje de salida. ¡Eres un ingeniero eléctrico fabuloso, fabuloso, gsills! Quiero ser como tú :)
@scanny, Gracias por aceptar y las excelentes preguntas.
Fresco. Y +1. De ninguna manera iba a hacer eso en un viaje de seis horas, saludos.

Los divisores de gran peso como ese generalmente encuentran uso cuando una entrada dada no debe alcanzar Vcc. Muchos amplificadores de instrumentación tienen un voltaje máximo de entrada que se especifica que no es mayor que un cierto porcentaje de los rieles de alimentación. Específicamente, si la entrada va a Vcc completo en cualquier polaridad, generalmente existe una buena posibilidad de que el chip en sí mismo no pueda manejar la diferencia de potencial entre eso y el riel opuesto; esto es especialmente cierto cuando el chip se usa con su máximo Voltajes de riel de suministro.

Editar: por cierto que sea, me perdí lo que estaba sucediendo aquí. (Lo siento, en un viaje por carretera.)

Este divisor inserta una compensación garantizada desde 0. Lo más probable es que la salida de control esté diseñada para reconocer y responder a una pérdida de entrada con algún tipo de alarma o código en caso de que i_sense se convierta en cero verdadero, lo que indica una pérdida de señal. Sin mirar, diría que eso daría como resultado que la salida simplemente se apague, por razones de seguridad.

El potencial máximo del nodo i_sense sería de unos 300mV en el circuito original, correspondiente a una corriente de 3A. Así que no veo a dónde nos estaríamos acercando V C C (15V) o cómo la resistencia de 1Ω cambiaría eso en absoluto. Viste que S+ es tierra (0V), ¿verdad? es la referencia para V C C , y, bueno, todo lo demás también :) Además, en este circuito los diodos CR10 y CR11 mantienen el voltaje de entrada inversor en el rango de -0.7 a 0.7V.
@scanny - Lo veo ahora. Y apuesto a que sé por qué. Editar viniendo.
De acuerdo, esto es interesante, ciertamente es más plausible que cualquier respuesta que haya soñado hasta ahora :) Sin embargo, una cosa me desconcierta sobre esto. Todavía habría una corriente de salida mágica para cualquier voltaje de salida dado que produciría un voltaje de muestra cero, porque el potencial de la unión R27/R34 siempre será menor que V i s mi norte s mi . El caso simple sería (0V, 0A), pero también podría ser (5V, 100µA) o algo así. Noté que el muestreo consume alrededor de 6 µA, lo que en realidad reduce el voltaje de la muestra en aproximadamente 6 µV. Además, no veo cómo la placa lógica podría ver ese voltaje sin una conexión.