Digitální regulovatelný zdroj

[DanielK]

Času sice moc nemám, ale zato mám čas až do smrti
Zkusím navrhnout desku, tak aby na ní byly obě možnosti, 1 i 3.
Primárním účelem tohoto projektu bylo se naučit něco nového, to bylo splněno. Pokud se mi podaří z toho uělat i regulovatelný zdroj, tak to bude příjemný bonus navíc.
Měl bych ještě nějaké otázky.

1) Pokud nahradím lmp8640 za diferenciálním OZ, tak budu mít napětí na vstupech větší, než na napájení. U některých OZ jsem viděl, že napětí na vstupech nesmí být větší, než +-0.7V VCC. U OP27 nebo TL081 jsem toto v DS nenašel, takže by to snad vadit nemělo. Bude tedy lepší přesunout Rshunt za GND? A tam měřit diferenciálně, takže napětí na vstupech bude vždy menší, než na napájení OZ.

2) Jak spočítam napěťové zesílení té kaskády tranzistorů? Av = Vout / Vin, napětí na výstupu výkonového tranzistoru / napětí za diodami od OZ? Pak napěťové zesílení nebude v celém roszsahu stejné, ale bude se lineárně měnit podle výstupního napětí.

3) Chápu správně, že výhodou by mělo být, aby se napětí za diodami z OZ (VM3) měnilo v co nejmenším rozsahu pro celý rozsah výstupního napětí?

[balki]

Som rád, že tento projekt je pre teba prínosom nových informácií.

1) Ako píšeš OZ nemajú radi na vstupoch väčšie napätie ako ich vlastné napájacie. Pre High Side meranie bol práve určený iba LMP. Preto ak sa dá, som ti poradil presunúť shunt do GND. A to si aj urobil, na schéme ktorú si pridal. Takto je to korektné a OZ sa nič nestane.

2) Napäťové zosilnenie sa dá len odhadnúť. Presný výpočet je u takejto štruktúry bez interných spätných väzieb zložitý. Približný výpočet vychádza prioritne z hfe. Presný výpočet je daný h parametrami tranzistorov, ktoré sú navyše nelineárne. Čiže sa tým netráp. Čo vieš ale určite je, že táto štruktúra má 3 invertory, ktoré už z princípu majú veľmi veľký zisk. Ten vlastne aj vidíš na tvojom grafe. To čo sa len veľmi málo mení je VM3. Zisk je teda, daný ako: G_driver = abs(ΔVM1/ΔVM3).
To som ale už zašiel zbytočne ďaleko. Teba prioritne nezaujíma zisk drivera. Nech by už bol zisk tých tranzistorov 1560 alebo 120, pre teba to je jedno. Postupovať budeš presne podľa metódy ktorú som ti poradil v minule, a vždy prídeš k približnému riešeniu.

3) Práve že opačne. Vysvetliť to je trochu zložitejšie/na dlhšie. Výsledkom má byť, aby celé zosilnenie určoval lineárny kompenzátor. Teda ten operák. Samozrejme v tvojej topológií to nepôjde a vždy k zisku kompenzátora (zložka P) sa priráta zisk sústavy (teda drivera). To bude vždy veľké číslo. Ak by si sa pozrel napríklad na zdroj G400 (tu veľmi obľúbený) zistíš že budenie výkonového tranzistora sa robí emitorovým sledovačom so ziskom blízkym jedna, a čo je podstatné, priamo z výstupu kompenzátora. Toto usporiadanie má malý celkový zisk a preto vysokú stabilitu (aj do komplexnej záťaže). Preto sú obdobne riešené mnohé jednoduché zdroje. Dúfam že takéto jednoduchšie vysvetlenie postačuje. Tu sa na to nemôžeš pozerať ako na sústavu audio zosilňovača, kde zisk by mal byť čo najväčší na prvých stupňoch. Aby bolo skreslenie a mnohé iné parametre dokonalé. Toto je obdobná regulovaná sústava, ale kladú sa na ňu iné požiadavky. (zisk, strmosť, výstupný odpor, šum, šírka pásma, a pod.) Nakoľko zosilňovač má po väčšine induktívnu záťaž a pomerne konštantnú, DC zdroj má komplexnú a skoro vždy v obrovskom rozsahu. Čiže Rz môže byť od jednotiek ohmov až po nekonečno. Čo je obzvlášť náročné kompenzovať.

[DanielK]

Jsem zpátky s výsledky při použití NPN výkonového stupně.

První metoda se dvěmi NPN tranzistory pro driver přinelsy probém, který se mi nepodařilo odstarnit, tím bylo kmitání při velkém rozdílu VCC/Vout a odbědběru proudu > 100mA.
Tato soustava se chová malinko odlišně než ta předchozí, ale netluméného kmitání na výstupu OZ jsem dosáhl při hodnotě na trimru 47k a frekvence byla cca 150kHz.
Zdroj bez zátěže reagoval na skokovou změnu Vref bez překmitů i bez jakékoliv kompenzace. Při zatížení jsem musel osadit kapacitu desítky nF a rezistor nemohl přkročit desítky Ohmů. Při zvětšování kapacity se měnila perioda kmitů při zvětšení odporu V PI členu se zdroj rozmital.
Nepodařilo se mi najít vhodné prvky tak, abych při 1/2 VCC a 1/2 Imax dosáhl stabilního stavu.
Napěťové zesílení Au této soustavy je Uout_max - Uout_min / Ub_t?_max - Ub_t?_min = 30/0.0014 = 21428. To je hodně při porovnání s verzí s PNP tranzistory 28/0.135 = 207.

Druhá metoda je o poznání lepší a zdá se mi lepší i oproti PNP výkonovému stupni.

Toto zapojení se rozkmitalo při hodnotě odporu na trimru 24k a frekvenci 98kHz.
v integrační složce musí mít RC prvky odpor s nulovou hodnotou jinak dochází ke kmitání (pár desítek mV) a tak jsem osadil pouze kondenzátor. 100pF bylo málo a zdroj při větším zatížení kmital.
220 pF už bylo dostatečné a při plném zatížení zdroje nic nekmitalo, zvolil jsem tedy "dvojnásobnou" kapacitu 470pF.
Vše bylo pěkné a tak jsem se rozhodl zmenšit Cout z 47uF na 10uF.
Do rezistivní zátěže byl zdroj perfektní bez překmitů. To ovšem neplatilo pro kapacitní zátěž zejména s nízkým ESR < 0.5R. kde zdroj měl překmity a tak jsem zvětšoval kapacitu kompenzace a došel jsem k následujícímu kompromisu mezi překmitem a dobou regulace s kapacitou 2,2nF. Kdybych ještě zvětšoval kapacitu zdroj by měl jseště meší překmit.
Au = 28/2.7 = 10.3
Při ladění jsem používal hodnotu z TP6, ale tady přidávám výsledné chování přímo na výstupu zdroje.
Uref 10% -> 90% Rz = 30R

Uref 10% -> 90% Rz = 30R + 47uF ESR 200mR

Připojení max zátěže při u ref 1/2

Odpojení max zátěže při uref 1/2

Momentálně se snažím naladit Ierr, ale mám problém s tím, že už jsem poslal do křemíkového nebe 1 OP27 a dva TL081 Diferenciální zesilovač měření proudu.

Dodržel jsem postup:
0) Nastavení Iref skoková změna z 90 na 10% ,napětová větev odpojena.
1)osaldil jsem trimr na pozici aktuálně R43
a už zde nastává problém OP1, který měří spárávně při 0.5A zesílí na cca1V, tak po kroku 1) ukazuje -3,8V, takže je mrtev.
Nevídíte kde dělám chybu?

[balki]

Tie priebehy verzie 2 nevyzerajú najhoršie. Sám si odsledoval správanie sústav, kde veľký zisk (v prípae 1 verzie) nie je vodný, zdroj sa ťažšie ovláda a má tendenciu kmitať, presne ako som naposledy písal.

Len tak na rýchlo som pozrel na schému, zásadnú chybu tam nevidím. Len neviem čo tam robí rezistor R2. Ten by som tam rozhodne nedával. Môže spôsobiť otvorenie tranzistorov.
Čo sa týka tej vetvy prúdu, určite tam budeš mať len niečo zle zapojené alebo ničo z nepozornosti si prehliadol. Zničenie OP27 (OP1) sa nedá len tak ľahko uskutočniť, nakoľko on nikdy nemeria plné napájanie. Je zavesený len na 0.1R shunte. Pozri sa na napájanie či tam nemáš niečo zle. Je to veľmi jednoduché zapojenie, nie je veľa možností čo pokaziť aby nefungovalo.

[DanielK]

Tak OZ opravdu žijou, celou proudovou část jsem odpájel a znova připájel, už to funguje, sice jsem nenašel chybu, ale musím doufat, že to byl nějaký studeňák.

Bystré oko s R2 by to jistě nefungovalo správně, jen jsem ho zapomněl označit ve schématu.
Udělal jsem ještě nějaké drobné úpravy hodnot RC členů.

Tímto považuji zdroj za vylazený, později až budu mít hotový i druhý kanál, tak zkusím přidat nějakou fotku konstrukce.

Chtěl bych poděkovat všem zúčastněným v tomto vlákně. Velké díky patří Balkimu za mnoho cenných informací, zjenvě neomezenou trpělivost a mnoho hodin, které věnoval právě tomuto vláknu. Jsem rád, že jsem se mohl učit od Mistra ve svém oboru.


Schéma zapojení zdroje:

Ierr Ch1 = TP12, Ch2 = TP11, Ch3 = záporná svorka zdroje

Reakce na skokovou změnu Iref 10% -> 90%, Rz = 30R

Reakce na skokovou změnu Iref 90% -> 10%, Rz = 30R

Reakce na skokovou změnu Iref 10% -> 90%, Rz = 30R + 47uF ESR 200mR

Reakce na skokovou změnu Iref 90% -> 10%, Rz = 30R + 47uF ESR 200mR

Měřeno na Rshunt:
Rz = ∞ -> Rz = 30R, Iref = 0.5A

Rz = ∞ -> Rz = 30R, Iref = 1A

Rz = ∞ -> Rz = 0R, Iref = 0.5A

Rz = ∞ -> Rz = 0R, Iref = 1A

Rz = 30R -> Rz = ∞, Iref = 0.5A

Rz = 30R -> Rz = ∞, Iref = 1A

Rz = 0R -> Rz = ∞, Iref = 0.5A

Rz = 0R -> Rz = ∞, Iref = 1A

Uerr Ch1 = TP6, Ch2 = TP8, Ch3 = kladná svorka zdroje (neuzemněno)
Reakce na skokovou změnu Uref 10% -> 90%, Rz = 30R

Reakce na skokovou změnu Uref 10% -> 90%, Rz = 30R + 47uF ESR 200mR

Reakce na skokovou změnu Uref 90% -> 10%, Rz = 30R

Reakce na skokovou změnu Uref 90% -> 10%, Rz = 30R + 47uF ESR 200mR

Rz = ∞ -> Rz = 30R, Uref = 16V

Rz = 30R -> Rz = ∞ , Uref = 16V

Šum zdroje se mi těžko měří, neboť po vypnutí zdroje je průběh na osciloskupu úplně stejný jen s malinko nižším DC offsetem. Takže šum bude určitě menší než 10mV, ale pravděpodobně i menší než 3mV.

[balki]

Zlé spájkovanie potrápi aj machrov. Som rád, že sa ti to nakoniec podarilo nie len opraviť ale aj naladiť.
Vedel som, že sa ti to podarí. Nie je nad vlastné zapojenie na ktorom sa niečo nové naučíš a ktoré nakoniec funguje.

Priebehy vyzerajú na dané zapojenie ok, niektoré sú veľmi pekné. Najmä vetva napätia, prúd býva obvykle horší, čo je aj tvoj prípad. Je to dané topológiou zdroja. Ale netreba sa s tým trápiť, takýmito problémami trpia aj profi zdroje.

Rád som pomohol, budeme sa tešiť na finálne fotky