¿Cómo puedo tamaño del condensador de salida para un DC banco fuente de alimentación?

Question

Estoy diseñando un DC banco fuente de alimentación y han llegado a la cuestión de la elección de el condensador de salida. He identificado un número de criterios de diseño, pero Estoy encontrando mi razonamiento todavía va un poco en círculos como yo trato a la secuencia de estas en un sensible proceso de diseño.

Aquí está el trabajo esquemático para dar una idea de lo que esto va a ir en. El circuito de corriente constante no está en la foto.

Aquí están las consideraciones/relaciones entiendo hasta ahora:

• Durante una carga rápida de paso, $C_{out}$ de los moderados, el voltaje de salida cambia subimpulso/sobregiro) en el intervalo requerido para el lazo de control para responder. En general, una mayor condensador produce un menor bajo/sobreimpulso.

• $C_{out}$ participa en la respuesta en frecuencia del lazo de control. Contribuye a un poste por su interacción con la resistencia de carga y un cero por su interacción con su propio eficaz resistencia en serie (ESR).

• En general, a una mayor velocidad (mayor ancho de banda) lazo de control reduce la capacitancia de salida requeridos para lograr un determinado alcance.

• La parte del bajo/sobreimpulso producido por la ESR de \ $C_{out}\$ verticales (el bit a la derecha en el paso) no puede ser reducido por una más rápida de los bucles de control. Su tamaño es puramente una función de la corriente (tamaño de paso) y la velocidad de sedimentación globular.

• El circuito impulsado por la oferta, y a menudo es una contribución adicional de la capacitancia, por ejemplo, la suma de la potencia de ferrocarril condensadores de bypass en la conexión de un circuito. Esta capacidad aparece en paralelo con $C_{out}$. No es inconcebible que estos pueden ser iguales o exceder el valor de $C_{out}$, provocando que el $C_{out}$ polo para mover una octava más baja. El rendimiento de la fuente de alimentación debe degradar correctamente en esta situación y no caer en la oscilación, por ejemplo.

• La energía almacenada en la salida de la capacitancia se encuentra fuera del control de la fuente de alimentación de la limitación de corriente de los circuitos. Mientras que el uso de una gran salida condensador puede ocultar algunos de los pecados en el lazo de control de diseño, se expone la conectado con el circuito el riesgo de la falta de control picos de corriente.

• Cuando el voltaje en el punto de ajuste es rechazada, el condensador de salida debe ser dado de alta con la rapidez suficiente para cumplir con la especificación para la programación velocidad, incluso cuando no hay ninguna carga conectada. Una descarga de la ruta proporcional a la la salida de la capacitancia y de la especificada abajo-velocidad de programación debe estar presente. En algunos casos, el voltaje de salida del circuito de muestreo (divisor resistivo) puede ser adecuada; en otros casos, la resistencia de derivación o de otro circuito característica puede ser es necesario.

Así que mi pregunta es: "¿Cómo me acerco a la selección de la salida del condensador para mi DC banco de diseño de fuente de alimentación?"

Mi mejor conjetura es este:

• Empezar con un modesto $C_{out}$ valor, digamos 100µF en este caso.
• Trabajar hacia atrás desde el alcance de la especificación (decir 50mV max, 25mv preferido) en el tensión de salida máxima (30V) para una carga completa paso (0-300mA), y teniendo en cuenta la ESR de la disposición de los condensadores, ver qué tipo de ancho de banda de I requeriría para mantener la diferencia dentro de las especificaciones.
• Pasar a un grande $C_{out}$ valor ya sea para reducir el necesario cruce frecuencia o reducir el valor de ESR.

Estoy en el camino correcto? Cualquier orientación de los más experimentados profesionales de la muy agradecida :)

Answer 1

Parece que tienes todo el circuito en LTspice de todos modos. Una start-up análisis le dirá la mayoría de las cosas que usted quiere saber. Reemplace su "gran" (45 V) fuente de CC con una fuente que tiene un pulso de definición, es decir, uno que se inicia en 0 V y los pasos a 45 V dentro de un corto período de tiempo (digamos 10...100 ns), después de un corto período de tiempo (por ejemplo, 1 µs). De esa manera, todos los condensadores se inicializa para un sin motor circuito, y ves a tu regulador haciendo es lo mejor para cargar el condensador de salida. El uso de esta configuración, se obtiene la imagen de conjunto: en Primer lugar, el descargado el condensador de salida produce un muerto corto a través de su salida, así que usted puede ver su regulador a partir de su max. actual. Una vez que el voltaje en la salida del condensador alcanza el valor deseado, usted también será capaz de observar cualquier posible rebasamiento.

Un enfoque alternativo sería incluir una fuente de corriente (en realidad, lavabo) en la salida, paso a paso entre 0 y max. deseado de la corriente de salida.

Como regla general, me gustaría empezar con 1000 µF por 1 a máx. diseñado corriente de salida y la prueba (".paso param") los valores por encima y por debajo (10 µF, 47 µF, 100 µF, 470 µF; 4.7 mF 10 mF). También, las cosas no se vuelven demasiado crítico: Su pase transistor es NPN, y este diseño es básicamente estable de todos modos (como opuesto a un LDO, que utiliza un PNP transistor de paso). Un análisis de la estabilidad de su circuito, realmente podría ser una buena idea; aunque su esquema se parece mucho a un regulador lineal con un colector común pasar transistor a primera vista, que realmente tienen en común un emisor de circuito, y de aquellos que tienden a ser inestables. La razón es que la impedancia de salida de un amplificador de colector común es de aproximadamente el transistor de la base de la conducción de la impedancia, dividido por el transistor de la beta y este valor no cambia en forma significativa cuando la carga varía, y es baja. Por otro lado, un emisor común ampifier de la impedancia de salida se define por la carga en sí, que se mantiene dentro de un cierto rango en el mejor, pero no puede ser diseñada en el regulador de voltaje de la misma, por supuesto. (*)

Aquí hay una fuente con una muy buena explicación acerca de un regulador lineal de estabilidad, pero tenemos que cambiar "PNP" y "NPN" en nuestro ejemplo, porque no estamos (!) tratando con el mismo circuito de aquí. Para los "dolores" de manera que el pase transistor está conectado en los reguladores lineales, la cita es: "El transistor PNP en un regulador LDO [...] está conectado en una configuración llamada común emisor, que tiene una alta impedancia de salida de la configuración de colector común en el NPN regulador." (National Semiconductor - ahora de TI - app'note UN-1148, sección 9)

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(*) Tuve que editar mi primera versión de la respuesta, porque yo había pasado por alto algunas cuestiones importantes. Como se puede ver en algunos comentarios de otros posts, el problema tiene que ver con la reparación de la vendimia de los equipos de laboratorio, y nunca se puede saber lo suficiente de la fijación de material. He aquí un fragmento de Jim Williams artículo "La Importancia de la Fijación", según lo publicado en el libro el ARTE Y la CIENCIA DE DISEÑO de CIRCUITOS ANALÓGICOS:

¡Oh, cómo me gusta la parte que trata de engañar a ti mismo...

Answer 2

Básicamente, usted necesita considerar el mejor y el peor de los casos para la carga, en términos de su resistencia equivalente y su capacitancia equivalente (que va en paralelo con la salida de la tapa). Usted puede diseñar para absolutamente cualquier carga.

Para los valores extremos de la resistencia de carga, es bastante fácil de decidir sobre algún valor min como este está determinado por la corriente máx su pase elemento puede plato. Pero también es necesario considerar una carga de alta impedancia porque tira la salida de polo a frecuencias más bajas, posiblemente poner en peligro la estabilidad.

Si vas a conectar como carga a bordo de algunos que tiene considerables de bypass/tanque de condensadores en la entrada, entonces usted no puede ignorar sus efectos sobre el regulador. Tablas con 470-1000uF en su entrada de CC se pueden encontrar sin mucha dificultad.

También, en la práctica, el regulador no reaccionan de la misma negativos y positivos transitorios. Es necesario evaluar la respuesta al escalón en ambos positivos y negativos de la carga de los vertederos. Usted tiene que preocuparse de si el modelo SPICE para el opamp que se utilice va a ser lo suficientemente bueno para predecir/simular esta diferencia.

Para seguir leyendo recomiendo Rincon-Mora, el libro de LDOs. Que yo sepa, es la única recientes [es decir, en imprimir] libro sobre los reguladores lineales y tiene algo de experiencia en la industria (trabajó en TI). El primer capítulo del libro tiene la teoría, fórmulas y algunos ejemplos para el cálculo/estimación de la respuesta transitoria y hay un capítulo en el diseño de sistemas que va en la estabilidad. Por desgracia, como el libro se enfoca en el nivel de la junta reguladores, el trabajado diseño ejemplos en el libro (pero no la teoría) en general se asume que la capacitancia de la carga es [al menos] un orden de magnitud inferior a la salida de la tapa del regulador. Su enfoque de diseño mantra es, básicamente, "el ciclo de diseño de un regulador lineal generalmente se inicia en la salida y termina con la entrada".