Retroalimentación de voltaje SMPS usando amplificadores operacionales

Estoy diseñando una fuente de alimentación ajustable de alto voltaje y baja corriente usando el chip de control UC3843 .

Parámetros básicos: Uin = 24 V CC, Uout = 30-1000 V CC, Iout = 10 mA, Uripple < 1 V, fsw = 40 kHz

Tengo algunas preguntas sobre un aspecto de mi diseño: la retroalimentación de voltaje. En los casos más simples, la retroalimentación de voltaje se puede realizar utilizando un divisor resistivo simple, posiblemente con un resistor variable para lograr un voltaje de salida ajustable. Sin embargo, en mi caso no puedo usar un potenciómetro directamente en el divisor debido al alto voltaje en la salida. En lugar de eso, se me ocurrió el siguiente circuito, que usa 2 amplificadores operacionales, el primero como seguidor de voltaje y el segundo, con ganancia variable, para lograr el rango deseado de voltaje de salida:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

(En azul son voltajes con potenciómetro ajustado a baja resistencia, rojo es lo contrario)

El IC opera en bucle cerrado para lograr una diferencia cero en la salida del amplificador de error. Eso significa que el voltaje entre R1 y R2 estará en estado estable igual a la referencia interna de 2,5 V.

Mis preguntas son:

  1. ¿Hay algo malo en general al usar un amplificador operacional en retroalimentación de voltaje como este? ¿Son los amplificadores operacionales lo suficientemente rápidos para transferir cambios rápidos en la entrada a la salida?
  2. ¿El amplificador operacional MC33072 es adecuado para esta aplicación?
  3. ¿Debo colocar algunos condensadores pequeños para una mejor inmunidad al ruido, por ejemplo, a través de R6?
Por supuesto, puede usar un potenciómetro directamente. Lo que te hace pensar que no puedes.
No es seguro usar un potenciómetro ordinario con un voltaje nominal de 50 V máx. en una aplicación HV. Cualquier aumento en la resistencia (por ejemplo, debido a un mal contacto) aumentará el voltaje y posiblemente destruirá la ruta resistiva.
Necesitas mostrar el circuito que te hace pensar que el bote sufrirá daños porque no veo eso en absoluto.

Respuestas (2)

  1. Sí y no: ha identificado el mayor problema potencial. Los amplificadores operacionales típicos de "propósito general" son generalmente lo suficientemente rápidos para los conmutadores de "propósito general" de hoy en día; Supongo que su ciclo será particularmente lento según el voltaje y el UC3843. Básicamente, el ancho de banda debe ser al menos diez veces el ancho de banda de bucle anticipado del suministro.
  2. Soy demasiado perezoso para verificar por usted, pero además de examinar el ancho de banda de las etapas del amplificador construidas, asegúrese de que no se detenga, o sufra una inversión de fase o una recuperación lenta cuando su rango de modo común es excedido. También querrá verificar las compensaciones de voltaje y corriente (y el efecto del sesgo actual en sus entradas de amplificador operacional desequilibradas)
  3. Probablemente no. En general, un capacitor a través de R6 sería algo malo: ralentizaría el bucle y potencialmente lo desestabilizaría. Si se acerca a la producción y tiene ruido de alta frecuencia entrando en el sistema, entonces puede ser necesario un límite en R6 que sea lo suficientemente pequeño como para no comprometer la estabilidad del bucle, pero lo consideraría una medida desesperada para solucionar un problema. por lo general, eso se soluciona mejor con un diseño cuidadoso del tablero.

El uso de un amplificador operacional en la retroalimentación puede funcionar.
Aunque tiene dos inconvenientes.
1) El voltaje de salida variará de forma no lineal con el valor de R4 (la resistencia variable). Esto significa que su resolución de ajuste variará a lo largo del rango de voltajes de salida.
2) También debe tener en cuenta el ancho de banda del amplificador operacional porque se convierte en parte de la ruta de retroalimentación.

No recomendaría un condensador a través de R6. Creará un retraso de fase adicional que podría causar inestabilidad.

Aquí hay un enfoque alternativo que evita ambos problemas.

Para una salida fija, el divisor de resistencia se conecta entre la salida, el voltaje de retroalimentación y tierra. Para hacer que la salida sea variable, simplemente reemplace la conexión a tierra en el divisor con una salida DAC. La salida entonces variará linealmente con el valor DAC en todo el rango de salida.

esquemático

simule este circuito : esquema creado con CircuitLab
En general, el voltaje de salida será...

VFB * (1 + R1/ R2) - V_DAC * R1/R2

Tenga en cuenta que cuando V_DAC es 0 V, la salida es VFB * (1 + R1/ R2) ) como en el caso normal.

Las ventajas de este enfoque son...
1) No agregó ningún retraso de fase al lazo de control.
2) El voltaje de salida varía linealmente con la configuración DAC para que obtenga una resolución consistente.
3) En comparación con el uso de potenciómetros digitales (suponiendo que no esté usando uno mecánico), los DAC pueden tener mucha más resolución y precisión.

Por supuesto, podría reemplazar el DAC con un potenciómetro (digital o mecánico) respaldado por un amplificador operacional y lograr un efecto similar. El punto principal es ajustar la referencia de tierra para el divisor en lugar de la ganancia del divisor.

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