Inestabilidad en el diseño de una fuente CV/CC

[kiwhilario]

Hola compañeros,

He estado elaborando una fuente CC-CV, la idea es que sea de 0-25V y 0-2A. Luego de ver bastantes esquematicos en internet diseñe el circuito y todo funciona bastante bien en la simulación en LTSPICE. Sin embargo, cuando he implementado el circuito tengo oscilaciones en la salida.

Adicional a esto, el control de corriente constante no esta trabajando. Cuando mido con mi osciloscopio en la salida del opamp de sensado de corriente obtengo lo esperado. Pero los transistores 2n3904 parece que no estan haciendo su trabajo. Felizmente aún no se ha quemado nada.

El control de voltaje si esta "trabajando bien", es decir, el voltaje en DC es el deseado (cuando lo mido con multimetro), pero en AC aparece la condenada oscilacion a la salida (cuando mido con osciloscopio).

Alguien puede hecharle un vistazo al circuito y darme alguna idea de modificacion? Donde atacar a la inestabilidad (quiza aumentar el valor de los cap de 330pF). El opamp que uso es el TL072, pero en la simulación uso el LT1057A porque es similar. Los valores de Vset e Iset los he colocado como fuentes fijas, pero en realidad son salidas pwm de un atmega328, por eso los filtros.

Adjunto en el .rar el archivo LTSPICE para que lo simulen.

 

[lagg070988]

Hola, si sacas la resistencia de 22ohm que está al lado de Q1, habrá alguna diferencia??
Al activarse el modo de corriente constante se produce una caída de tensión en ella que puede hacer conducir a Q1.

Personalmente me gusta mas la idea de invertir las polaridades de entrada en el amp current limit y hacer que opere el mismo transistor que opera vset, mediante un diodo de bloqueo que podría ser el led.

Saludos.

 

[kiwhilario]

curiosamente cuando agregaba la resistencia en la simulacion la respuesta de la fuente era mejor.
Quite la resistencia de Base a colector del transistor de potencia y aumente la capacitancia de la entrada inversora a la salida en los 2 opamps de 330pf a 2nf. Ademas agregué una resistencia de 1k entre el colector del pnp a la base del npn de potencia.Ahora si funciona el modo CC, pero el ruido de alta frecuencia persiste. En el modo CV, cuando el voltaje de salida de la fuente es bajo (0-3.5v) la oscilacion tiene una amplitud de casi 1vpp. cuando aumenta el voltaje de salida, este se reduce hasta 0.3-0.5vpp.
cuando entra en modo CC la amplitud de la oscilacion aumenta. La amplitud de la oscilacion depende del valor de la resistencia que agregué, si la aumento la oscilacion baja, pero pierdo el modo cc. si la reduzco la oscilacion aumenta.

probare el metodo del diodo a ver que tal me va.

saludos,

 

[lagg070988]

Interesante, es una gran oscilación!!

Lo otro que no veo es el Capacitor entre la salida del operacional y la entrada no inversora del circuito de CV, creo que ese condensador de realimentacion local, agregará algo de estabilidad.

 

[kiwhilario]

Probé el diseño que me sugeriste, con el diodo.

Funciona bien en el modo CV. en el modo CC aparece la oscilacion a la salida. Agregué el capacitor de la entrada no inversora a la salida de los opamp, sin éxito. La oscilacion persiste aunque ahora es menor,
unos 300mVpp. Si no tuviera osciloscopio todo seria maravilloso porque los voltajes y corrientes promedio son los que seteo. Probare un filtro LC a la salida a ver como se comporta.

 

[lagg070988]

El osciloscopio manda, Me he sentado a mirar mi horrendo dibujo, y me acabo de dar cuenta de que el condensador va conectado entre la salida y la entrada inversora.... No cómo lo dibuje.
Perdón.

 

[kiwhilario]

es cierto, yo tambien me di cuenta y lo conecte bien. un filtro LC empeora todo.
Adicioné una resistencia en serie de 1k a un capacitor de 470pf al opamp de control de corriente.
Tambien agregue capacitores de bypass a las alimentaciones de los opamp. Esa fue la solucion para el ruido (oscilacion) a la salida.

Pensé que todo era felicidad, pero apareció otro inconveniente. Como estoy en fase de pruebas,he estado utilizando una fuente atx alimentando todo con 12 voltios. El npn lo conecto a la salida del opamp con un divisor resistivo a 0.5 (1k+1k) y su emisor con resistencia de 100 ohm a tierra. Hasta ahi todo bien.

Sin embargo, como pienso utilizar un pre-regulador switching para alimentar al regulador lineal (para disipar menos en el 2n3055), el voltaje en el colector del bjt de potencia va a variar hasta tan bajo como 2 voltios (el headroom que le pienso dar). Para "simular" la eventual reduccion de voltaje ahora alimento todo con 5 voltios.

Todo bien hasta probar el modo de corriente constante, al momento de hacer un corto circuito a la salida, no obtengo suficiente corriente (solo 240mA) a pesar de variar mi potenciometro de corriente al máximo. probé quitar la resistencia de emisor del npn y aumentó el limite. Luego quite el divisor resistivo y aumentó un poco más hasta casi 900mA, sin embargo entra en inestabilidad ya que la fatidica oscilacion vuelve.

Probaré cambiando el pnp 2n3906 al 2n2907A, en empaque metálico,asi disipa mejor el calor y tengo un mayor hfe. luego agregaré una resistencia y un capacitor de - al output del opamp del voltaje para compensar la oscilacion. Espero que con eso mejore todo, de ahi te comento como me fue. gracias por el apoyo y las sugerencias.

 

[lagg070988]

es cierto, yo tambien me di cuenta y lo conecte bien. un filtro LC empeora todo.
Adicioné una resistencia en serie de 1k a un capacitor de 470pf al opamp de control de corriente.
Tambien agregue capacitores de bypass a las alimentaciones de los opamp. Esa fue la solucion para el ruido (oscilacion) a la salida.

Que buena.

Sin embargo, como pienso utilizar un pre-regulador switching para alimentar al regulador lineal (para disipar menos en el 2n3055), el voltaje en el colector del bjt de potencia va a variar hasta tan bajo como 2 voltios (el headroom que le pienso dar).

Amigo, hemos pensado el misma fuente, solo que yo voy en el diagrama de bloques aún. [emoji1] aunque hice muchas pruebas de la parte lineal.

Todo bien hasta probar el modo de corriente constante, al momento de hacer un corto circuito a la salida, no obtengo suficiente corriente (solo 240mA) a pesar de variar mi potenciometro de corriente al máximo. probé quitar la resistencia de emisor del npn y aumentó el limite. Luego quite el divisor resistivo y aumentó un poco más hasta casi 900mA, sin embargo entra en inestabilidad ya que la fatidica oscilacion vuelve.

Probaré cambiando el pnp 2n3906 al 2n2907A, en empaque metálico,asi disipa mejor el calor y tengo un mayor hfe. luego agregaré una resistencia y un capacitor de - al output del opamp del voltaje para compensar la oscilacion. Espero que con eso mejore todo, de ahi te comento como me fue. gracias por el apoyo y las sugerencias.

Dime, los operacionales también están alimentados con 5V??
Talvez no tienen suficiente margen para trabajar, mide la tension en la salida del operación con osciloscopio al momento de la oscilacion.

Podrías subir el esquemático actual?? Con las modificaciones hechas???

Cual son las especificaciones de salida de tu fuente???
La mía pretende entregar 0-40v 0-10A
Para controlar el voltaje, puse un divisor 5:1 a la salida, y los operacionales funcionan con +-15v en todo momento.
Con su fuente separada y ultra filtrada.

 

[kiwhilario]

no he podido hacer las modificaciones que te comenté aún.

Los operacionales estan alimentados con 5V. Su margen es hasta 3.5V, sin embargo los bjt funcionan en base a corriente. no tengo exactamente la capacidad de salida de corriente de mi opamp (tl072) pero estoy casi seguro que entrega al menos hasta 10mA.

Las especificaciones de mi fuente son de 0-25V y de 0-2.5A (con pasos de 0.1v y 10mA, sera controlada digitalmente.) Tengo un transformador con 2 bobinados, uno de 0-28 y otro 7-0-7. En conjunto el trafo es capaz de entregar 3A pero estoy siendo conservador.

Mis opamp funcionan con +-5v y el 5v tambien lo usare para alimentar la parte digital (con un pi filter para separar los voltajes).

como mediras la corriente de salida, high side o low side? yo estoy probando low side y midiendo el voltaje de forma diferencial para evitar perdidas. Estas usando algun ic de dedicado para esto?