Micro-controlador de fuente de corriente controlada

Question

Estoy tratando de diseñar una fuente de corriente programable que puede ir hasta 5 A. tengo un par de diseños en mente, pero ninguno de ellos parece ser la mejor solución. Agradecería si alguno tiene una buena opinión de un diseño nuevo o una mejora.

El primer diseño de:

Para el primer diseño que simplemente utilice el amplificador de potencia de Burr-Brown - OPA549 [hoja de datos]. Sé que la resistencia de carga (R_L), así que simplemente cambiar el Voltaje de salida del seguidor de voltaje, y desde el amplificador de potencia puede controlar la corriente (hasta 8A continua) . El circuito es bastante sencillo.

El problema de este circuito es la potencia disipada (perdido) en forma de calor. Desde el OPA549 de hoja de datos :

Se ha horrible salida de oscilación de voltaje de voltaje de la fuente de caracteres. Mi R_L es de alrededor de 1 Ohm. Así que para la unidad 5, tengo que presentar una 5V de salida a través de la tensión de seguidor. Lo que significa, que tengo que utilizar, al menos, 8V alimentación ( para compensar la terrible tensión de salida swing). 8V no es un estándar de suministro, por lo que utilizar una fuente de 9V. Y la potencia disipada es: PD = IL (Vs-Vo) = 5 (9-5) = 20 w [Página 11 de la hoja de datos]. He tratado de encontrar otros amplificadores de potencia para reemplazarlo. Pero no podía encontrar a otros que podrían ir hasta 5A. He encontrado riel a riel 2A amplificadores de potencia, pero no puedo usar eso.

El segundo método

El uso de un BJT con un microcontrolador :

Yo, básicamente, el control de la corriente a través de la carga (iC) mediante el control de la corriente de base (iB) de la BJT.

El problema con este enfoque es poco fiable beta valor en los transistores npn. Y no sé cómo ruidoso, la señal será.

El tercer método Puedo usar un amplificador operacional y un BJT así:

Pero también es altamente dependiente de que la Beta de valor.

La cuarta opción

Esta es probablemente la mejor solución, pero no estoy muy seguro y necesita algunas opiniones. Se utiliza un amplificador Operacional y el mosfet así:

La discusión completa de este circuito se puede encontrar aquí.Parece que sólo dependen de la resistencia R3 (R_L en mi caso), que yo sepa el valor de precisión.

Que método debo utilizar? la corriente a través de la Carga debe ser lo más preciso posible, ya que estoy controlando la corriente con un control PID. Agradecería cualquier y todo tipo de sugerencias.

Answer 1

En la segunda solución, estoy un poco falta para que el emisor resistencia para la corriente de retroalimentación. Me gustaría probar algo así como la segunda solución, pero con el emisor de la resistencia. Mira aquí: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Const_cur_src_111.svg Usted puede ajustar la corriente con el emisor de la resistencia y el voltaje de la base. La discusión de la ecuación es aquí https://en.wikipedia.org/wiki/Current_source sin Embargo, usando un Darlington o la organización de dos transistores en un Darlington es sin duda una buena idea. Y me gustaría empezar por el ajuste de la tensión de la base con un potenciómetro.

Sin embargo, habrá una gran cantidad de calor en cualquier caso, a menos que se utilice un PWM de enfoque.

Ah, y esta controlado por Voltaje de la fuente de corriente también podría ser interesante para usted, ya que lo que - a mi entender - lo que usted necesita es una fuente de corriente controlada por tensión, porque lo que se obtiene a partir de la DAC es un voltaje.

Answer 2

Todas estas soluciones será un desperdicio de exactamente la misma cantidad de energía eléctrica, y generar la misma cantidad de calor. Cada uno de sus circuitos cambios en el componente que se calienta.

Estos son todos lo que se llama un lineal de la fuente de corriente. Lineal de la fuente de corriente funciona (por definición) por la conversión de voltaje excesivo calor. Si la carga requiere de 2V para alcanzar el deseado de corriente de 5A, y la alimentación es de 5V, el calor (energía) \$P\$ va a ser el exceso de voltaje \$E\$ los tiempos de la corriente \$I\$:

\$ P = IE = 5A(5V-2V) = 5A\cdot 3V = 15 W\$

No hay manera de evitar que con cualquier lineal de la fuente de corriente. Puede tender o mover alrededor de los diferentes componentes, pero usted nunca va a reducir. La culpa de la física. La energía tiene que ir a algún lugar.

Si desea reducir el desperdicio de energía, usted probablemente querrá una fuente de alimentación de modo conmutado (SMPS). El diseño de este tipo es digno de un libro entero, pero si desea una rápida introducción, le sugiero que lea ¿Cómo puedo conducir eficientemente un LED? Aunque no es la conducción de un LED, el problema es esencialmente el mismo, puesto que los LEDs son, idealmente, también impulsado con una fuente de corriente.

Sin embargo, ya que parece que su carga es fija \$1 \Omega\$ resistencia, usted realmente no necesita una fuente de corriente. Una fuente de voltaje harían igual de bien, ya que una resistencia es una corriente - voltaje del convertidor, por la ley de Ohm:

\$ E = IR \$

Si es permitido en su aplicación, una solución más simple que un SMPS es simplemente cambiar la plena tensión de la batería por encima de su carga y se apaga rápidamente. Si su alimentación es de 5V entonces esto va a entregar 5A a su carga. Usted puede entregar 5A o 0A con bajas pérdidas, y si necesitas algo entre ellos, entonces usted encender y apagar rápidamente, por lo que el promedio actual es el valor deseado. Para muchas aplicaciones, esta es bastante buena. Si no, SMPS es, básicamente, que, con un inductor añadido para suavizar la corriente del valor medio a través de ciclos de conmutación.