Лабораторный БП 100В с ограничением тока

[antonluba]

В продолжение теоретических изысканий с целью немного поднять уровень схемотехники задумал я лабораторный блок питания на 100В.
Возьмем для начала ограничение тока в 1А.
К слову сказать, я уже делал один такой БП на 100В 500мА с использованием ОУ, но качество его работы меня не устраивает.
Поскольку я теперь пользуюсь симулятором и рисую схемы на транзисторах, нарисовал я схему:

V1, V2 (0..5 В) - напряжение задания выходного напряжения и тока 0-100В и 0-1А.
Cn, Rn - сопротивление и емкость нагрузки.

Схема с двумя обратными связями, по напряжению и по току нагрузки.
Мне, конечно, стоило начать с чтения литературы по предмету, но хотелось и мозг размять.
Хочется понять, как грамотно рассчитать коррекцию подобной схемы для работы на произвольную нагрузку, особенно в момент перехода от стабилизации напряжения к стабилизации тока.
Вполне возможно, что здесь есть грубые ошибки, в частности, вся верхняя правая часть рисунка.
Поэтому прошу уважаемых специалистов разобрать схему и комментировать.
01.CIR

---------- Сообщение добавлено 24.08.2019 в 10:22 ---------- Предыдущее сообщение было 23.08.2019 в 20:23 ----------

Вот так работает.

[mellowman]

но хотелось и мозг размять.

Зачем V4 если на базах Q1 Q2 +5в?

Хочется понять, как грамотно рассчитать коррекцию подобной схемы для работы на произвольную нагрузку

Построить диаграмму Боде с разными нагрузками R/C/L.

[antonluba]

Зачем V4 если на базах Q1 Q2 +5в?

+5В это напряжение задания. Оно будет регулироваться от 0 до 5 (например микроконтроллером). Или просто потенциометром.

И ток измерять. Напряжение на токоизмерительном резисторе близко к нулю.

Построить диаграмму Боде с разными нагрузками R/C/L.

Для этого надо синусоиду куда-нибудь подавать. Куда?

[mellowman]

Для этого надо синусоиду куда-нибудь подавать. Куда?

https://www.youtube.com/watch?v=YYWlPFBebfc

Или https://sites.google.com/site/frankwiedmann/loopgain если хочется посложнее

[antonluba]

https://www.youtube.com/watch?v=YYWlPFBebfc

Или https://sites.google.com/site/frankwiedmann/loopgain если хочется посложнее

Спасибо, интересно.
Только у меня задача более комплексная. Нагрузка не определена заранее, а обратных связей 2. И по отдельности обе цепи работают. Проблемы начинаются при переходе от стабилизации напряжения к стабилизации тока и обратно.

Надо пробовать макетировать.

[mellowman]

Спасибо, интересно.
Только у меня задача более комплексная. Нагрузка не определена заранее, а обратных связей 2. И по отдельности обе цепи работают. Проблемы начинаются при переходе от стабилизации напряжения к стабилизации тока и обратно.

1) Ну так и надо .step*нуть этот переход, посмотреть как меняется луп гейн
2) Коллекторами смешивать 2 ооси не очень хорошо, это получился ещё один диф каскад, в который подаются 2 ветки из токового ДК, и 1 ветка напряжённого. Поэтому и "проблемы начинаются". Проще "суммировать" током, т.е. оось по напряжению оставить как есть, а токовую подключить || Q13. Q1Q2 будут в клипе, и надо обеспечить их стабильный вход/выход из него, и вроде всё

Надо пробовать макетировать.

На макете больше измериловки доступно?

[antonluba]

1) Ну так и надо .step*нуть этот переход, посмотреть как меняется луп гейн
2) Коллекторами смешивать 2 ооси не очень хорошо, это получился ещё один диф каскад, в который подаются 2 ветки из токового ДК, и 1 ветка напряжённого. Поэтому и "проблемы начинаются". Проще "суммировать" током, т.е. оось по напряжению оставить как есть, а токовую подключить || Q13. Q1Q2 будут в клипе, и надо обеспечить их стабильный вход/выход из него, и вроде всё

Все равно степать много раз придется с разными нагрузками.
По 2 части попробовал, вообще возбуд не победить.

На макете больше измериловки доступно?

Вроде удалось условно стабилизировать, но все равно при больших емкостях на выходе подзванивает.

[mellowman]

См так:
M1 рассеивает всего 90 вт

[antonluba]

Нужно иметь возможность задать значение ограничения тока.

[mellowman]

Нужно иметь возможность задать значение ограничения тока.

Ну кто хотел мозг размять?

В схема в принципе надо очень много поменять, чтобы хоть как-то работало

[al2sav]

Болгарский блок питания ТЕС20, работает у меня более 30 лет, 100 В 1,2 А с возможностью установки любых значений в данном диапазоне - просто повторить
https://vostokpribor.ru/tes20
Имеется схема с номиналами на формате А3, могу сфотографировать завтра днем. Если интересно.
Есть описание аналогичных по схемотехнике ТЕС 21 15 В 5 А, ТЕС 23 30 В 2,5 А, 40 страниц формата А4.

[antonluba]

al2sav, спасибо.
Конечно, чтобы схема была в интернете, можно это сделать. Но я повторять ее точно не буду.

[al2sav]

Схема ТЕС 20

[antonluba]

Покрутил модель еще, понял, что нужно подход менять.
Независимо от реализации, при подключении низкоомной нагрузки возникает бросок тока, потому что регулирующая схема без нагрузки насыщается.
Единственное решение - на выходе должно быть сопротивление.
Есть ли какая-то схема линейного активного формирователя сопротивления? Условно, некий jfet, сопротивление которого линейно зависит от напряжения з-и.
Тогда одновременно с заданием выходного тока можно будет задать выходное сопротивление и бросок тока будет на нем ограничен. Подскажите.

---------- Сообщение добавлено 21:05 ---------- Предыдущее сообщение было 20:18 ----------

Пока писал сообщение придумал отражатель сопротивления:
Взять два одинаковых мосфета затворы и истоки соединить, на один подать известный ток и с помощью ос по напряжению на нем получить необходимое сопротивление. Тогда сопротивление второго мосфета должно быть такое же, как первого.
Завтра попробую промоделировать.

[лысый]

Единственное решение - на выходе должно быть сопротивление.

Не единственное. Попробуйте "размять мозг" вот в такую сторону:
Контур регулирования тока включен не параллельно контуру напряжения, а находится внутри него. При этом регулирующим элементом управляет внутренний токовый контур и он работает всё время. А внешний контур напряжения формирует задание ограничения тока для внутреннего контура.

[antonluba]

Не единственное. Попробуйте "размять мозг" вот в такую сторону:
Контур регулирования тока включен не параллельно контуру напряжения, а находится внутри него. При этом регулирующим элементом управляет внутренний токовый контур и он работает всё время. А внешний контур напряжения формирует задание ограничения тока для внутреннего контура.

Я пробовал поставить два транзистора последовательно.
Когда измеренный ток ниже заданного, регулирующий транзистор открывается полностью, его сопротивление становится близко к нулю. Если в этот момент подключить нагрузку, на закрытие требуется время, ток в этот момент не ограничен.
Поэтому схема должна быть сконструирована таким образом, чтобы сопротивление транзистора оставалось высоким даже при нулевом токе.

С моделью не получилось почему-то. Сопротивление зависит от тока через канал.

[лысый]

Я пробовал поставить два транзистора последовательно.
Когда измеренный ток ниже заданного, регулирующий транзистор открывается полностью, его сопротивление становится близко к нулю.

Это по сути всё то же одно уравнение с двумя неизвестными, что вы пытались решать.

[antonluba]

Сопротивление зависит от тока через канал.

Зато ток стабилизируется. Токовое зеркало получилось. Почти классическое.

---------- Сообщение добавлено 16:32 ---------- Предыдущее сообщение было 16:14 ----------

В принципе, получается, что токовое зеркало, дополненное схемой стабилизации тока, хорошо подойдет в качестве контура ограничения тока.

---------- Сообщение добавлено 16:37 ---------- Предыдущее сообщение было 16:32 ----------

Теперь бы все это в верхнее плечо запихнуть, было бы совсем хорошо.

---------- Сообщение добавлено 19:05 ---------- Предыдущее сообщение было 16:37 ----------

Нарисовалось как-то так.

[Leoniv]

Такие проблемы возникают при построении любых лабораторных БП. Когда-то их решал при построении своего БП, правда, он не столь высоковольтный. В описании есть ссылка на форум (вторая ссылка), где подробно освещался весь процесс разработки (правда, там очень много мусора, хотел сделать вменяемое описание, но времени жалко).

Любой БП устойчив только в какой-то области импедансов нагрузок. Например, для БП Agilent приводятся графики границ устойчивости. Сделать БУ устойчивым при любой нагрузке вряд ли возможно.

Макетировать БП - путь не самый лучший, так как модель дает превосходное соответствие с макетом. А на модели быстрее и дешевле попробовать разные нагрузки.

При двух петлях стабилизации CV и CC только одна из них работает в линейном режиме. Переход в линейный режим и обратно требует времени, переходной процесс будет всегда. Вопрос только в его величине. Обычно величина выбросов нормируется, для БП Agilent есть такие графики.

Без ОУ построить точный БП не получится. Для ОУ нельзя допускать насыщения, для этого в цепи ООС включают ограничители.

Обычно есть конфликт измерения тока и напряжения - они влияют друг на друга (или падение на шунте искажает напряжение, или входной ток измерителя напряжения искажает ток в шунте). Надо принимать меры. Снимать значение тока и напряжения лучше дифференциальными усилителями, это позволит избежать погрешностей, связанных с топологией. Одновременно БП получает возможность работать с Remote Sense. Но в этом режиме еще раз надо проверить устойчивость с учетом индуктивности выходных проводов БП.

Еще один подводный камень - исключить протекание по шунту тока питания внутренних каскадов БП. Это обычно требует вспомогательных источников питания.

Для БП с высоким выходным напряжением важным параметром является величина энергии, запасенной в выходном фильтре. Чем меньше, тем лучше. Другими словами, на выходе должен быть конденсатор поменьше. Но это еще больше затрудняет получение устойчивости.

При перестройке БП вниз выходная емкость должна чем-то разряжаться. Для этого в БП добавляют специальный узел, который по терминологии Agilent называется Down Programmer.

[antonluba]

Leoniv, спасибо, ценю ваше мнение.
Я хотел бы попроще придумать. Вроде бы, узел ограничения тока на основе токового зеркала работает.
Вот думаю, насколько удастся применить подобную схемотехнику для двухполярного блока питания для отладки и ремонта усилителей. Мне такого БП очень не хватает, ремонтировать усилители приходится часто.
Вот заодно синхронизацию положительной и отрицательной ветвей нарисовал. Не идеально, конечно.