基于双路PWM的反馈型10V基准

presto

想跟大家讨论一下用LTZ1000实现PWM反馈型10V的方案。其中有的概念其他网友已经说了，我不过是把他们揉在一起，看看是否可行。

基本宗旨是避免使用除LTZ1000以外的超高精度元件。这样不仅降低成本，也减少DIY的难度。

系统结构由以下部分组成，（）中为准备采用的关键器件：

1． LTZ1000基准，产生稳定的7V; (LTZ1000ACH + LT1013)
2． 微调10V输出驱动，反馈升压部分通过串并电阻和一个MOSFET，实现100ppm的压控可调；（OPA2277）
3． 10V 1：1隔离，避免PWM影响10V输出；（OPA2277）
4． 双路PWM，200Hz。准备用AD公司的高速MOS驱动和另外一家的MOS对管，其导通电阻在50mOhm左右。整个开关速度能达到20ns。RC纹波设计在10mVpp左右；（开关FDS8960C, 驱动ADP3629/ADP3630/ADP3631）
5．PWM隔离，避免后面的反相放大影响到PWM；（OPA2277）
6．反相误差放大。反相端接PWM隔离的输出，正相接7V，直流放大1000倍。同时做简单的低通滤波减少纹波的影响；（OPA2277）
7．简单电平移位，因为ADC用的是单端输入，移位用两个电阻即可；
8．ADC，数字滤波，DAC控制（2）中的微调10V驱动；（STM32）

基本分析：

STM32的ADC有12位分辨率，若用内部3.3V基准，能达到0.8mV的分辨率。10V误差经PWM和比较放大后，等效放大了700倍。也就是说ADC能等效的检测到0.8mV/700=1.1uV的10V误差。因为有噪音和纹波的调制，经数字滤波后应该能有0.1uV的分辨率。

STM32的DAC有12位分辨率，即4096。结合10V输出驱动的100ppm调整率，可以得到0.0244ppm的调整分辨率，即10V*0.0244ppm = 0.244uV。远低于LTZ1000的1.2uV噪音。

不确定的问题：

ＯＰＡ２２７７是否合用？有没有更好的？
开关管对反馈稳定度的影响；
PWM电容。大概要用一个10uF的短期稳定电容。用NP0, PEN, PPS还是PET?

待分析的问题：

更形式化的误差分析：时钟jitter的要求，运放温漂和噪音的要求；

presto

补充一下。

ＡＤＣ为同步过采样。它和ＰＷＭ是同步的，同时采用１０～１００倍的过采样，具体看处理器的运算能力。这样的好处是可以先来个加权滤波，基本消除ＰＷＭ的纹波。

padsbga

高人，期待结果。

redtony

这个坚决支持到底。。。

王珏

支持！

qinchang

楼主有个重要的问题没有考虑到--------10V应该是从运放出来的吧，开关管上的杂散电容会将驱动信号耦合到运放输出端，你有没有考虑过怎么解决？

presto

引用第6楼qinchang于2010-11-11 20:44发表的 :
楼主有个重要的问题没有考虑到--------10V应该是从运放出来的吧，开关管上的杂散电容会将驱动信号耦合到运放输出端，你有没有考虑过怎么解决？   

第(3)隔离的就是这种开关信号到10V输出的耦合。不过以前没干过这么高精度的东西，心里没底。

presto

补充：

开关FDS8960C, 驱动ADP3629/ADP3630/ADP3631

多谢诸位支持。欢迎提建议和意见。

rifle

建议参考4910

liulh

反馈控制

有没有可能出现: 超调, 自激, 等反馈控制系统中的常见问题?

liulh

如果只是根据检测到的误差(输出10V分压后与7V的比值)的平均值, 改变PWM输出, 如果没有加入其他的算法, 控制效果有可能会不好.

另外, 还有:
1) PWM的频率只有200Hz,可以频率高点, 200K
2) 平均的次数, 应该是与反馈调节周期相近或相等.

老杨

期待实验结果！

maithon

adc ，dac 的引入误差呢？
adc ，dac 需要的参考电压呢？
另外用mcu 来控制环路，并不好，响应慢，带宽窄。

presto

简单分析一下时钟jitte的影响

一般的晶振可以有100ps的jitter, 加上100ps作为数字电路引入的jitter.
50Hz时，200ps/20ms = 10 x 10^-9相对jitter. 假设PWM为线性积分，由该jitter导致的电压jitter为10V x 10 x 10^-9 = 0.1uV。基本跟ADC的性能匹配。

PS 计划先做10V反馈升压，7V基准可以从坛子里找。

presto

模拟部分草图  

analog draft

cfanzfr

个人感觉难度很大，不过还是期待LZ成功！

presto

引用第20楼capron于2010-11-12 20:40发表的 :
左上方的运放负输入端、RC错接。  

不好意思，犯了低级错误。

presto

上文还没研究明白呢。不急出下文。:)

zswlb

不知道楼主的误差放大器,放大的是什么?
设定输出Vout10v,如果直接与基准7V比较,已经有3V,如何放大几千?如果不是直接比较,是否引入了其他的误差因素?

xinjihua

支持！

xinjihua

坚决支持。

hu_lin

进展如何了？

garfield

这么久过去了，进展如何？