Paso de tensiones de control a múltiples canales de alimentación aislados

Question

Estoy diseñando una fuente de alimentación de banco programable (PS) que tiene múltiples canales aislados (cada uno alimentado por un bobinado de transformador separado). Me gusta la idea de los canales aislados para que varios canales puedan ser conectados en serie para generar una salida de doble polaridad (como -15/0/+15 V). La idea era utilizar un microcontrolador (MCU) para establecer la tensión de salida y los límites de corriente de cada canal utilizando tensiones analógicas del DAC del MCU (o un IC DAC externo controlado por el MCU). Dado que los canales pueden flotar entre sí, ¿cuál sería la mejor manera de asegurar que los voltajes de control enviados desde el MCU a cada canal de salida de PS estén correctamente referenciados al nivel de voltaje del canal?

Las opciones que he encontrado hasta ahora son

1. (enfoque analógico) utilizar un amplificador de aislamiento entre el DAC y cada canal de PS
2. (enfoque digital) utilizan un IC DAC independiente para cada canal PS y aisladores digitales para interconectar cada DAC con la MCU.

Tengo curiosidad por saber si hay un enfoque estándar para este tipo de problema, ya que me imagino que esto surge en muchos diseños de suministro de banco. Gracias.

Answer 1

Creo que el enfoque MCU-por-canal es bueno, asumiendo que simplemente estás estableciendo voltajes estáticos y límites de corriente. Podrías utilizar optoaisladores o aisladores magnéticos y enviar datos en serie de forma bidireccional (como los datos de fallo en sentido inverso). Yo no limitaría necesariamente el pensamiento a la comunicación de UART a UART - podría tener más sentido enviar los datos a través de SPI, lo que podría evitar la necesidad de frecuencias de reloj muy ajustadas. De hecho, con los DACs SPI adecuados podrías ser capaz de pasar los datos digitales directamente sin una MCU (con cierta pérdida de flexibilidad).

Otra posibilidad, que podría ser más barata, sería utilizar PWM para enviar los datos, lo que podría permitirte utilizar una sola MCU, si tuviera suficientes canales PWM independientes. Entonces el circuito de control aislado podría consistir en no mucho más que una referencia, una puerta y un filtro de paso bajo.

Answer 2

La mayoría de las fuentes de alimentación que he mirado han utilizado alguna combinación de aislamiento analógico y digital, dependiendo de la fuente. La mayor parte de esto se debe a la reparación de un par de fuentes de alimentación de la serie HP/Agilent/Keysight E3600. Generalmente, hay al menos dos procesadores: uno es un procesador de E/S para la interfaz GPIB/serial, y otro diferente gestiona la interfaz de usuario y el control directo sobre al menos un canal de la fuente de alimentación. Estos dos se comunican generalmente a través de un par de optoaisladores. El controlador de E/S comparte una tierra con los conectores de E/S de la parte trasera. El controlador principal se conecta a tierra con el común de una de las fuentes de alimentación. En las fuentes con más de una salida, la otra salida se conecta con optoaisladores analógicos a la fuente principal. Creo que en mi fuente de doble salida E3649A había algo así como 6 optoaisladores que conectaban los dos canales, algunos para señales analógicas y otros para señales digitales. También tengo una fuente Tektronix de triple salida, pero no recuerdo cómo está conectada. Con los optoaisladores, creo que hacen un buen trabajo al pasar una señal analógica si son manejados en modo de corriente, así que necesitarás op amps en ambos lados para acondicionar la señal.

Los MCUs son muy baratos hoy en día; puede ser aconsejable poner un microcontrolador entero en cada canal y luego utilizar algún tipo de protocolo serie para la comunicación a través de aisladores digitales. La serie XMEGA de Atmel tiene DACs y ADCs integrados y muchos puertos serie (4+), por ejemplo. Uno de estos por canal y otro más para un controlador principal podría ser un diseño muy bonito, y sólo requeriría dos aisladores digitales por canal.