Як розмістити вихідний конденсатор для живлення постійного струму?

Я проектую живлення живлення постійної лавки і прийшов до питання вибору вихідного конденсатора. Я визначив ряд пов’язаних із цим критеріїв дизайну, але я вважаю, що моє міркування все ще йде трохи по колах, коли я намагаюся послідовно перетворити їх на розумний процес проектування.

Ось робоча схема, щоб дати вам уявлення, в що це піде. Контур постійного струму не зображений.

Ось міркування / стосунки, які я розумію поки що:

• $C_{out}$

• $C_{out}$ бере участь у частотній характеристиці контуру управління. Він сприяє полюсу своєю взаємодією з опором навантаження і нулем завдяки взаємодії з власним ефективним рядовим опором (ШОЕ).

• Взагалі, швидший (більша пропускна здатність) контур управління зменшує вихідну ємність, необхідну для досягнення заданої нижньої відстані.

• Частина нижнього / перекриття, вироблена ESR (вертикальний біт праворуч на кроці), не може бути зменшена більш швидким циклом керування. Його розмір - це суто функція потоку (розмір кроку) та ШОЕ.$C_{out}$

• Схема, що приводиться в дію від живлення, може і часто сприятиме додатковій ємності, наприклад, суми обхідних конденсаторів силової шини в підключеному контурі. Ця ємність з'являється паралельно . Це немислимо, вони можуть дорівнювати або перевищувати значення , внаслідок чого полюс рухається на октаву або більше вниз. Продуктивність джерела живлення повинна в цій ситуації граціозно погіршуватися, а не впадати, наприклад, у коливання.$C_{out}$$C_{out}$$C_{out}$

• Енергія, що зберігається у вихідній ємності, лежить поза контролем схеми обмеження струму живлення. Хоча використання великого вихідного конденсатора може приховувати деякі гріхи в конструкції контуру управління, він піддає підключеному ланцюгу ризику неконтрольованих спливів струму.

• При відключенні заданої напруги вихідний конденсатор повинен бути розряджений досить швидко, щоб відповідати технічним умовам швидкості програмування вниз, навіть коли не встановлено навантаження. Повинен бути присутній шлях розряду, пропорційний вихідній ємності та заданій швидкості програмування вниз. У деяких випадках схема вибірки напруги на виході (резистивний дільник) може бути достатньою; в інших випадках може знадобитися маневровий резистор або інша особливість ланцюга.

Отже, моє запитання: "Як я підходжу до вибору вихідного конденсатора для моєї конструкції живлення постійної лавки?"

Моя найкраща здогадка:

• Почніть зі скромного значення , скажімо, у цьому випадку 100 мкФ.$C_{out}$
• Працюйте назад від нижньої характеристики (скажімо, 50mV, бажано 25mv) при максимальній вихідній напрузі (30V) для повного кроку навантаження (0-300mA), і, враховуючи ESR наявних конденсаторів, подивіться, яку пропускну здатність мені потрібно тримайте нижню стрілку в межах специфікації.
• Перемістіть до більшого$C_{out}$ або для зменшення необхідної частоти перехрестя або зменшення значення ESR.

Я на правильному шляху? Будь-які вказівки від більш досвідчених практиків будуть дуже вдячні :)

У вас, здається, є вся схема в LTspice так чи інакше. Аналіз запуску покаже вам більшість речей, які ви хочете знати. Замініть своє "велике" (45 В) джерело постійного струму джерелом, яке має визначення імпульсу, тобто таким, яке починається від 0 В і крокує до 45 В протягом короткого часу (скажімо, 10 ... 100 нс), через короткий час (скажімо, 1 мкс). Таким чином, всі конденсатори будуть ініціалізовані для безперебійної ланцюга, і ви бачите, що ваш регулятор робить це найкраще зарядити вихідний конденсатор. Використовуючи цю установку, ви отримуєте всю картину: По-перше, незаряджений вихідний конденсатор виробляє мертвий короткий поперек вашого виходу, тому ви бачите, що ваш регулятор починається з максимуму. струм. Як тільки напруга на вихідному конденсаторі досягне потрібного значення, ви також зможете спостерігати будь-який можливий переріз.

Альтернативним підходом було б включити джерело струму (власне, раковину) на виході, переходячи між 0 А і макс. бажаний вихідний струм.

Як правило, я б починав з 1000 мкФ на 1 А макс. розрахований вихідний струм і спробуйте значення (".step param") нижче та вище (10 мкФ, 47 мкФ, 100 мкФ, 470 мкФ; 4,7 мФ, 10 мФ). Крім того, речі не стануть надто критичними: ваш прохідний транзистор є NPN, і ця конструкція в будь-якому разі є стабільною (на відміну від LDO, який використовує транзистор проходу PNP).Аналіз стабільності вашої схеми може бути справді хорошою ідеєю; незважаючи на те, що ваша схема схожа на лінійний регулятор із загальним колекторним транзистором на перший погляд, у вас дійсно є загальна схема випромінювачів, і вони, як правило, нестабільні. Причина полягає в тому, що вихідний імпеданс загального колекторного підсилювача - це орієнтовно опорний рушійний опір транзистора, розділений на бета транзистора, і це значення не змінюється суттєво, коли навантаження змінюється, і воно низьке . З іншого боку, вихідний імпеданс загального випромінювального підсилювача визначається самим навантаженням, яке в кращому випадку залишається в певному діапазоні, але, звичайно, не може бути введене в сам регулятор напруги. (*)

Ось джерело з дійсно хорошим поясненням стабільності лінійного регулятора, але ми маємо поміняти "PNP" і "NPN" у нашому прикладі, тому що ми тут не (!) Маємо справу з тією ж схемою. Для "узуального" способу прохідний транзистор з'єднаний в лінійних регуляторах, цитата: "PNP-транзистор в регуляторі LDO [...] з'єднаний у конфігурації, званій загальним випромінювачем, який має більший вихідний опір, ніж загальний конфігурація колектора в регуляторі NPN. " (Національний напівпровідник - зараз TI - додаток AN-1148, розділ 9)

(*) Довелося відредагувати мою першу версію відповіді, оскільки я не помітив важливих питань. Як видно в коментарях до інших публікацій, проблема пов'язана з ремонтом старовинного лабораторного обладнання, і ви ніколи не можете навчитися достатньо з виправлення речей. Ось уривок із статті Джима Вільямса "Важливість виправлення", опублікованої у книзі "ART & НАУКА ПРОГРАМИ АНАЛОГІЧНОГО СТРУКТУРИ":

О, як мені подобається частина про те, щоб обдурити себе ...

В основному вам потрібно враховувати найкращі та найгірші випадки для навантаження з точки зору його еквівалентного опору та його еквівалентної ємності (що йде паралельно вашому вихідному ковпаку). Ви не можете спроектувати абсолютно будь-яке навантаження.

Для екстремальних значень навантажувального резистора досить просто визначитися з деяким мінімальним значенням, оскільки це визначається максимальним струмом, який може пропустити ваш прохідний елемент. Але також потрібно враховувати велике навантаження на опір, оскільки воно витягує вихідний полюс на нижчі частоти, можливо, погіршує стабільність.

Якщо ви будете підключати як завантаження якусь плату, яка має значні обхідні / резервуарні конденсатори на вході, то ви не можете ігнорувати їх вплив на ваш регулятор. Плати з 470-1000uF на вході постійного струму можна зустріти без особливих труднощів.

Також на практиці ваш регулятор не буде реагувати однаково на негативні та позитивні перехідні періоди. Вам потрібно оцінити ступінчасту реакцію як на відвали позитивного, так і на негативного навантаження. Ви повинні турбуватися, чи буде модель SPICE для підсилювача, який ви використовуєте, буде достатньо хорошою, щоб передбачити / імітувати цю різницю.

Для подальшого читання рекомендую книгу Рінкона-Мори про НДО. Наскільки я знаю, це єдина нещодавня [тобто в друкованій формі] книга про лінійні регулятори, і він має певний галузевий досвід (працював у TI). У першому розділі книги є теорія / формули та кілька прикладів для обчислення / оцінки перехідної реакції, і є розділ щодо проектування системи, який переходить у стабільність. На жаль, оскільки книга зосереджена на регуляторах рівня плати, опрацьовані приклади проектування в книзі (але не теорія) зазвичай передбачають, що ємність навантаження на [принаймні] на порядок нижче, ніж вихідний ковпак регулятора . Мантра його дизайнерського підходу - це "цикл проектування лінійного регулятора, як правило, починається на виході і закінчується входом".