Regelstrecke isoliert & analog

[J. (spanflug)]

Hi,

ich möchte einen Längsregler bauen mit High-Side N-Mosfet. Regelung soll 
analog ablaufen (OP). Der Sollwert kommt von einem MCU via DAC (0 bis 
3V3).

Da der N-Mos High-Side liegt brauche ich eine galvanische Trennung für 
das Ansteuersignal. Letztendlich wäre mein Nice-to-have Ziel, dass u.a. 
auf ein DC-Signal von  z.B. 36V ein 5Vpp AC Ripple mit bis zu 25kHz 
erzeugt werden kann. Aber auch andere Profile (DC) sollen möglich sein 
mit "schnellen" Anstiegszeiten im Bereich von 10V/100µs.

Ich habe mal eine Ansteuerung (Achtung die R+C Werte sind noch 
unbestimmt oder auch Platzhalter) skizziert. Mir geht es erstmal nur 
darum, ob die Schaltung auch einfacher und "schneller" in anbetracht der 
Regelung geht? Für mich wird das Projekt wohl später mindestens ein 
Lerneffekt hinsichtlich der Regelungstechnik geben - hier bin ich nicht 
sonderlich fit.

Was meint ihr zu der Skizze? Die Schaltung mit dem HCNR Optokoppler habe 
ich "kopiert". Erst wollte ich ein CNY-17 (standard-optokoppler) nehmen, 
aber die Bandbreiten Angaben sind sehr gering.
Im HCNR Datenblatt habe ich eine Schaltung gefunden die mit Bandbreiten 
bis zu 1,5MHz angegeben ist und mir auch zwei OPs sparen würde inkl. der 
zus. isolierten 5V Spannungsversorgung. Das wäre vorzuziehen oder? 
Schaltung ebenfalls im Anhang.

Was meint ihr zu dem Ganzen? Habt ihr noch Tipps?

Wird die Bestimmung der Regelparameter später sehr anspruchsvoll? Sind 
weitere "Platzhalter" für die Regelung vorzusehen?
Macht ein Bodeplotter Sinn bei Inbetriebnahme? Ggf. kann ich mir einen 
ausleihen.

Update: Den Schaltplan nochmal etwas anders angeordnet und hoffentlich 
besser lesbar.

[Udo K. (udok)]

J. schrieb:
> ich möchte einen Längsregler bauen mit High-Side N-Mosfet. Regelung soll
> analog ablaufen (OP).

Was genau soll das ganze werden?  Spannung? Strom? Last?
Warum Mosfet und kein NPN oder PNP?

> Da der N-Mos High-Side liegt brauche ich eine galvanische Trennung für
> das Ansteuersignal. Letztendlich wäre mein Nice-to-have Ziel, dass u.a.
> auf ein DC-Signal von  z.B. 36V ein 5Vpp AC Ripple mit bis zu 25kHz
> erzeugt werden kann. Aber auch andere Profile (DC) sollen möglich sein
> mit "schnellen" Anstiegszeiten im Bereich von 10V/100µs.

Warum eine galvanische Trennung?
Praktisch jedes Labornetzteil macht es ohne den Optokopplerverhau.
Bei 10kV/sec wirst du ziemlich sicher eine Push-Pull Stufe brauchen,
zumindest wenn du symmetrische Pulse möchtest.

> Für mich wird das Projekt wohl später mindestens ein
> Lerneffekt hinsichtlich der Regelungstechnik geben - hier bin ich nicht
> sonderlich fit.

Schön, dann lerne erst mal LTSpice und mach ein Modell der Regelung mit 
einer realistischen Last.

> Wird die Bestimmung der Regelparameter später sehr anspruchsvoll?

Je nach Last und Anforderungen wird die Regelung einfach bis super 
kompliziert.
Ohne Details kann man dazu nicht viel sagen.

[Cartman E. (cartmaneric)]

> auf ein DC-Signal von  z.B. 36V ein 5Vpp AC Ripple mit bis zu 25kHz
> erzeugt werden kann

Das kommt mir doch irgendwie bekannt vor. ☺
Kurz zusammengefasst: So jedenfalls nicht.

[Bauform B. (bauformb)]

J. schrieb:
> Wird die Bestimmung der Regelparameter später sehr anspruchsvoll?

Selbst wenn dir einstellbare 0 bis 40 Volt DC reichen, funktioniert es 
in der Form nicht beim 1. Versuch. Wenn es unbedingt so ein Optokoppler 
sein muss, dann wenigstens im DAC_U_SOLL Signal und nicht mitten in der 
Regelstrecke.

Viel einfacher wäre es, die Trennung irgendwo im Digitalteil zu machen. 
Ich würde nicht gerade USB isolieren wollen, aber selbst das soll ja 
möglich sein. Wenn du einen externen DAC benutzt: SPI braucht maximal 4 
digitale Optokoppler oder einen ISO7041. Ohne externe Schnittstelle wie 
USB braucht man garkeine Isolation, das machen die Bedienelemente 
gratis. ISO_GND ist dann gleich uC-GND.

[J. (spanflug)]

Udo K. schrieb:
> Was genau soll das ganze werden?  Spannung? Strom? Last?
> Warum Mosfet und kein NPN oder PNP?

Spannung im Bereich von 9 bis 130 VDC bei bis zu 250 W. Last ist ein 
Converter mit Eingangskapazitäten von 1000 bis 3000 µF.
Ich dachte mit einem MOSFET wäre der Aufwand geringer als wenn ich mit 
BJTs fahre.

Wichtig sind die Anstiegszeiten. Weniger die Fallzeiten.

Bauform B. schrieb:
> Selbst wenn dir einstellbare 0 bis 40 Volt DC reichen, funktioniert es
> in der Form nicht beim 1. Versuch. Wenn es unbedingt so ein Optokoppler
> sein muss, dann wenigstens im DAC_U_SOLL Signal und nicht mitten in der
> Regelstrecke

Ja, ich hatte auch kurz überlegt den Sollwert zu "isolieren", aber was 
ist dann mit Ist-Wert? Der ist ja weiterhin auf GND bezogen und müsste 
dann auch auf die "isolierte" Seite.

Ich denke, dass der MCU ohne Probleme auf der isolierten Seite laufen 
könnte -> was ist dann mit dem Ist-Wert?

Oder doch komplett digital lösen?
-> MCU auf isolierte Seite, Istwert von einem isolierten ADC via SPI, 
DAC vom MCU an den "Gatetreiber" wie gezeichnet. Regelung dann digital.

[Udo K. (udok)]

J. schrieb:
> Spannung im Bereich von 9 bis 130 VDC bei bis zu 250 W. Last ist ein
> Converter mit Eingangskapazitäten von 1000 bis 3000 µF.

Macht 300 A bei 10V in 100 µs.

> Ich dachte mit einem MOSFET wäre der Aufwand geringer als wenn ich mit
> BJTs fahre.

Mosfet bringt dir nur Nachteile, ausser du brauchst irrwitzig hohe 
Ströme, was in deiner Anwendung ja der Fall ist.  Denke über eine 
Strombegrenzung nach, sonst gibts viel Lehrgeld zu zahlen.