Practicidad de este circuito de control de voltaje y corriente LM317T PWM

Algunas preocupaciones prácticas...

1. Q1 debe tener alguna resistencia base para limitar la corriente que lo alimenta (cuando U3 se comporta como un comparador, en regulación de voltaje constante).
2. La "ganancia" del bucle de corriente constante formado por R1, U2, U3 y Q1 variará según la corriente de carga (porque la transconductancia de Q1 es proporcional a la corriente). En particular, evalúe la estabilidad de este lazo con la carga máxima programada, porque la ganancia del lazo será mayor en ese momento. El polo dominante está en la compensación de U3, aunque U2 agrega un polo, al igual que U3$Z_O$alimentando la capacitancia base de Q1. Podría considerar convertir a U3 en un integrador para reducir la frecuencia de cruce a un determinado valor programado (p. ej., 1 kHz).
3. Las fuentes de alimentación generalmente se construyen con regulación de voltaje y limitación de corriente en el "lado alto", es decir, una terminal de la carga está conectada a tierra. Como ya ha renunciado a su conexión a tierra (con Q1), es más práctico colocar R1 debajo de Q1 (entre el emisor de Q1 y la tierra). Así, U3 podría regular la corriente Iset sin necesidad del amplificador diferencial U2.
4. La regulación del voltaje de salida no va a ser especialmente precisa. Esto se debe a la caída de voltaje en R1, así como a la de Q1.$V_{SAT}$, que normalmente es de ~0,2 V. Puede mejorar esto un poco haciendo que Q1 sea un MOSFET. En general, sin embargo, es mejor que el regulador de voltaje mida (y regule) el voltaje directamente a través de la carga , sin pasar por la resistencia de detección. El LM317 no le da la opción de hacer esto, pero otros reguladores sí. Esto generalmente requerirá una resistencia de detección de lado alto (como la forma en que está ahora su R1), lo que significa que necesitaría un amplificador de diferencia nuevamente.
5. Puede encontrar amplificadores de detección de corriente de lado alto que serán un poco más precisos que un amplificador de diferencia de amplificador operacional. Simplemente busque en Digikey los amplificadores de detección de corriente .
6. Dado que el regulador de voltaje ya proporciona un dispositivo de potencia, tener un segundo dispositivo de potencia (es decir, el transistor de regulación de corriente) es algo redundante. Si lo hace bien, puede medir la corriente a través de una resistencia de detección, y si la corriente excede el punto de referencia, entonces puede reducir la velocidad en el punto de referencia de voltaje.
7. Siempre debe tener condensadores sin pasar por los pines de entrada y salida de los reguladores de voltaje.
8. Al evaluar la estabilidad, debe ejecutar una simulación transitoria con algún tipo de perturbación impulsiva para darle una "patada" al circuito. Una opción popular es un paso actual. Si oscila después de la patada, entonces es inestable. Debe volver a ejecutar la simulación en diversas condiciones de carga.
9. Antes de comprometerse con la PCB, debe realizar una simulación con modelos razonablemente precisos de todos los dispositivos que está utilizando. En particular, U2, U3 y Q1 se comportarán de manera muy diferente al modelo [casi] ideal que está utilizando en este momento. Además, tenga en cuenta el rango de modo común de entrada; si alimentó U2 desde la salida del regulador, sin un rango de modo común de entrada de riel a riel, entonces no funcionaría en absoluto.

En resumen, si fuera yo, lo rediseñaría todo. Dicho esto, hacer una PCB es lo suficientemente barato como para que puedas probarlo y verlo por ti mismo. Después de todo, ver cómo funcionan las cosas en la vida real es más educativo que cualquier galimatías que pueda generar.

Dicho todo esto, podría considerar simplemente comprar una solución prefabricada. Pruebe el LT3081 para conocer el tamaño. Incluye regulación de corriente incorporada. La aplicación en la página 24 de la hoja de datos muestra un sofisticado regulador CV/CC programable. Estoy seguro de que el pin ILIM se puede piratear fácilmente para que sea controlable desde una MCU.

Muchas cosas analógicas pueden ser PWM así, pero yo no lo haría aquí. Al menos no directamente. La idea detrás de PWM que controla las cosas analógicas es que el sistema que se controla no puede reaccionar tan rápido como el PWM se está ejecutando y, por lo tanto, sigue el promedio.

En su caso, esperaría que el chip regulador rastree la forma de onda PWM mejor de lo especificado (gracias, Murphy), por lo que definitivamente agregaría un filtro de paso bajo explícito entre el PWM y el chip regulador para garantizar que no pueda reaccionar. rápido al PWM. El filtro debe tener un corte tan bajo como sea práctico y ciertamente no más alto que una décima parte de la frecuencia PWM. (aumente la frecuencia PWM si esto se convierte en un problema) Entonces debería estar bien. Aún así, compruebe si hay ruido en la carga.

Otra idea, si tiene algunas E/S de repuesto, es tener un esquema de control completamente de CC en el que diferentes combinaciones de múltiples salidas binarias produzcan diferentes voltajes analógicos. Hay muchas maneras diferentes de hacer esto, que van desde un drenaje abierto en caliente con diferentes resistencias hasta un DAC basado en R/2R.

Hablando de DAC, algunos uC los tienen integrados. Esto podría ser incluso más fácil que PWM. (Arduino no, que yo sepa)