Revisión esquemática de fuente de alimentación de laboratorio

Acabo de terminar de diseñar mi propia fuente de alimentación de laboratorio. Al principio, quería que tuviera una corriente limitada de 0-3 A, ~ 1-30 V, pero cambié de opinión al respecto: creo que podría necesitar más precisión en los niveles de corriente más bajos en lugar de corrientes más altas. Para facilitar el diseño, decidí que se alimentará con un cargador de computadora portátil. La elección del cargador y el LT3080 para la precisión actual lo hizo 0-1A, 1-20V. Todo es monitoreado y controlado por un microcontrolador.

Sobre toda la idea del proyecto: este es un proyecto de pasatiempo. Sé que uno puede comprar mejores PSU de banco más baratas, pero además de tener una fuente de alimentación, quiero construirla .

Tengo algunas preocupaciones sobre partes del circuito, a saber:

  1. ¿Se ve bien el control del ST1S14? Encontré este tipo de convertidor dc-dc controlado por voltaje en algún lugar de Internet y creo que entiendo cómo funciona, pero nunca he construido algo así, ¿realmente funcionará? Soy consciente de que habrá cierta compensación del voltaje establecido y eso está bien en esta aplicación, ya que esto es solo un regulador previo (o hay una opción para superar esto en el software). ¿También es el BCR169 un buen transistor aquí? Lo usé solo porque es barato y parece ser lo suficientemente rápido.
  2. Para la limitación de corriente hay 2 potenciómetros digitales: 5k y 50k. Esto da una regulación 0-1A con una resolución teórica de 1 A 5 k Ω 256 50 k Ω ≈ 0.4 metro A (más errores, más compensación de resistencia de limpiaparabrisas). ¿Se podría hacer mejor la limitación de corriente sin digipots, pero usando DAC y algunos amplificadores operacionales?
  3. Finalmente el puerto de programación. Hay un conector USBasp en la hoja 3 y quiero usarlo mientras la placa recibe alimentación externa, ¿es suficiente para conectar todos los pines menos vcc?

¿Hay algo más que veas aquí que no parezca correcto? ¿Hay algún defecto con la legibilidad del esquema (hay en todas partes, pero cómo puedo mejorarlo)?

Aquí está el esquema:

hoja 1 - entrada a salidaingrese la descripción de la imagen aquí

hoja 2 - suministros adicionalesingrese la descripción de la imagen aquí

hoja 3 - MCU y periféricosingrese la descripción de la imagen aquí

Actualización: se corrigieron los amplificadores operacionales de almacenamiento en búfer ADC. Los cambié a MCP6001 ejecutándose desde VREF (referencia 3V). Se cambiaron las resistencias de derivación a una sola 1W 500m Ω resistor.

Actualización: he repensado la parte de control del prerregulador y se me ocurrió una forma de manejarlo con retroalimentación analógica. Esto hace las cosas un poco menos complicadas. Lo probé en LTspice (con algunos circuitos integrados LT dc-dc) y parece estar funcionando.

Francamente, para un suministro de banco de cerveza casera, le sugiero que comience con un suministro lineal. Será más grande y más pesado, pero eso no es un problema con una unidad de banco. Los suministros de conmutación tienen un inconveniente potencial sobre el ruido de conmutación lineal. Sin duda, es posible tratar de que la salida sea silenciosa, pero requiere algo de experiencia, de la que carece un principiante completo (y un buen número de más experimentados). El ruido de alta frecuencia es insidioso, puede llegar a todas partes. Sólo mis dos centavos valen la pena.
Estoy tratando de hacer un equipo que simplemente funcione. No necesariamente tiene que estar completamente libre de ruido o ser realmente preciso. ¿Podrá este diseño hacer tanto? Además, ya construí un suministro lineal realmente simple, quería probar algo nuevo aquí.
Simplemente funciona, lo que significa que no oscilará con cargas livianas y se mantendrá dentro del 1 % en pasos de carga. ¿Cómo sabrá si funciona sin un criterio de aceptación? Las resistencias de derivación BTW generalmente se seleccionan para 75mV o 100mV máx.
Simplemente funciona, lo que significa que se mantendrá a una distancia razonable de los valores establecidos. Está bien si no es perfectamente suave en la salida. Tampoco me importa demasiado la especificación transitoria. La resistencia de derivación aquí no es solo una resistencia de derivación, también es para la configuración actual LT3080.
Mi punto es que una especificación vaga a menudo lleva a que se pasen por alto demasiadas cosas. Los ejemplos de la hoja de datos del LT3080 usan 100 mV máx. La razón es que la pérdida de calor es excesiva y la ganancia de voltaje es fácil.
Además, el diseño es demasiado complicado con un SMPS programable que alimenta un LDO 1.1A controlado por servo que alimenta un LDO 3A también controlado por SPI. cuando la retroalimentación de voltaje y corriente podría combinarse.
Los circuitos de corriente constante Lt3080 de la hoja de datos usan derivación de 1 ohm para hasta 1 A, eso es 1 V. No veo cómo podría amplificar la señal actual para 3080. Traté de hacer todo lo más simple posible. No sé cómo combinar corriente y voltaje juntos fácilmente.

Respuestas (2)

LT3080 no es una gran opción para un posregulador. Tiene quizás 30 dB de rechazo de ondulación a 850 kHz, donde el ST1S14 cambia:

ingrese la descripción de la imagen aquí

También suele ser un error (si le importa la precisión) usar un potenciómetro digital como reóstato. Esto se debe a que tanto la resistencia general como la resistencia del limpiaparabrisas no están bien controladas y varían con la temperatura. Esto no importa cuando se conecta como un potenciómetro, pero ambos causarán errores cuando se conecten como un reóstato.

Tenga en cuenta que el voltaje de salida de los amplificadores operacionales tipo LM358 no se acercará a más de 1,5 V al riel de suministro positivo. Asegúrese de que IC1_2/2 sea lo suficientemente alto.

Probablemente pueda reemplazar IC8, IC9, IC2.2 e IC10 con un solo INA219. La medición de corriente se ve comprometida en esa ubicación por la carga adicional de los divisores de voltaje y IC12

¿Por qué seguir un regulador de 1.1A con uno de 3A?

El LM334Z funciona a 1V, así que no espere que este circuito se regule por debajo de 1V porque el LT3083 no tendrá su corriente de carga mínima.

Considere el comportamiento del circuito en una configuración de 20 V, 1 A. Cuando acorta la salida, IC5 disipará 20W. A menos que coloque el microcontrolador dentro del bucle de control, pero habrá comprometido la respuesta transitoria cuando se elimine la carga de la salida.

Tiene dos DAC MCP47x6 en el mismo bus I2C. Deberá tener cuidado de ordenarlos con diferentes direcciones I2C. ¿Por qué no reemplazarlos con un DAC dual y ahorrarse la molestia? Lo mismo ocurre con los diferentes MCP3021 en el mismo bus.

IC2_1/2 e IC2_2/2 no están conectados correctamente. Supongo que la entrada (-) está destinada a conectarse a la salida. Tal como está ahora, los amplificadores operacionales se saturarán en sus rieles positivos, posiblemente dañando los ADC.

Cada vez que hay un amplificador operacional que maneja un ADC, me gusta alimentar el amplificador operacional desde el mismo suministro de voltaje que el ADC, por lo que el ADC nunca tendrá su voltaje de entrada absmax excedido. Esto puede requerir el uso de amplificadores operacionales de riel a riel.

Gracias por tomarse su tiempo para un examen completo. Acerca de un potenciómetro digital como reóstato: ¿hay alguna forma de conectarlo como un verdadero potenciómetro en esta aplicación? Opamps: tendré que reemplazarlos. Medición actual: soy consciente de la inexactitud, elegí este punto para la medición, porque allí hay una resistencia de derivación. La medida no se puede mover más a la salida o degradará el control de voltaje. INA129: buen IC, pero no tengo acceso a él.
Acerca de LT3083 para el paso de voltaje: originalmente tenía la intención de usar dos LT3083 y pedí una muestra de ellos, pero para la precisión de la regulación de corriente tuve que reemplazar el controlador de corriente con 3080 para una corriente de pin SET más baja. Ambos 3080 están bien para el paso de voltaje, pero ya tengo 3083. Soy consciente de que este circuito no proporcionará voltajes por debajo de 1V. Quiero controlar el prerregulador desde el microcontrolador en función de la corriente y el voltaje actuales, no me molesta la respuesta transitoria de este dispositivo. No tengo ningún problema con abordar el problema.

Rshunt es de 2 ohmios, no de 0,5 ohmios. Se necesitarían veinte resistencias de 10 ohmios en paralelo para igualar 0,5 ohmios.

Bueno, gracias, estuve jugando con eso un par de veces. ¿No son 20 resistencias excesivas para 1 amperio? Tengo la intención de usar resistencias 0603.
¿No es mejor idea poner dos grupos en serie de 4 1Ohm en paralelo?
¿Por qué no usar una resistencia de derivación adecuada?
Supongo que estas en lo correcto. Pensé que estos eran más caros o más difíciles de conseguir, pero resulta que me equivoqué
No estoy diciendo que use 20 resistencias. Estoy diciendo que si solo tiene resistencias de 10 ohmios y desea un valor combinado de 0,5 ohmios, necesita 20 de ellos, no 5 como se indica en el esquema. Otro enfoque es buscar la disipación de potencia máxima de las resistencias que tiene, reducirla a la mitad para obtener un margen y luego ver cuántos de ellos se necesitan para manejar 0.5 W.
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