- SVETELEKTRO - https://svetelektro.com -

Laboratorní zdroj – 3. část

Posted By OK2HAZ On 20. marca 2016 @ 14:43 In Silové časti | 3 Comments

Měření statických a dynamických vlastností zdroje.

Vývoj zdroje dospěl do fáze, kdy se mi podařilo odladit většinu rychlých přechodových dějů a zákmitů. Nic tedy nebránilo „prvnímu“ měření.

Měření jsem prováděl podle postupnu zveřejněném na webu svetelektro.com ^[1]

Napěťový regulátor našeho laboratorního zdroje je nastavitelný v rozsahu 0,150 – 48,000 V (minimální krok 1mV).

Proudový regulátor je nastavitelný v rozsahu 0,8mA – 2,0000 A / 10mA* – 10,000A* (minimální krok 0,2mA / 5mA* ).

* – modul s větším proudovým rozsahem (do 10A) nebyl dosud osazen

Zvlnění výstupního napětí v režimu konstantního napětí (CV)

Následující obrázky ukazují pruběhy napětí na svorkách zdroje.

Při nulovém proudu

^[2]

CV_10V_10uF_0mA

^[3]

CV_10V_47uF_0mA

^[4]

CV_10V_100nF_0mA

Při zátěži

^[5]

CV_15V_1364mA

^[6]

CV_10V_1109mA

^[7]

CV_20V_1560mA

Zvlnění výstupního napětí v režimu konstantního proudu (CC)

režim proudu I= 1000mA / 10 mA

^[8]

1000mA_9,54V

^[9]

0,1V_10mA

Následující tabulka ukazuje odchylky proti nastavení hodnoty na zdroji, její změření 16-ti bitovým AD převodníkem zdroje a kontrolní měření laboratorním stolním 5,5 místným měřidlem Fluke 8842. Jako zátěž sloužily dvě žárovky 12V / 21W v sérii.

Nastavené U	AD zdroj NP	AD zdroj zátěž	U 8842 Fluke na prázdno	U 8842 Fluke zátěž	I žár. 12V/21W	Vnitřmí odpor [mΩ]
1,000V	1,002	1,002	0,99236	0,99134	0,443	2,30
5,000V	5,003	5,004	4,9998	4,9979	0,792	2,40
10,000V	10,004	10,005	10,0082	10,0056	1,11	2,34
15,000V	15,006	15,007	15,0148	15,0117	1,364	2,27
20,000V	20,008	20,009	20,02	20,016	1,594	2,51

Vliv zátěže na výstupní napětí v režimu CV

Výst. Napětí zdroje	Výst. Napětí zdroje	Akt. Proud	Pokles napětí	Vnitřní odpor	Napěťová
naprázdno [V]	pod zátěží [V]	[A]	[mV]	[mΩ]	odchylka [%]
10,0077	10,005	1,102	2,7	2,45	0,03
10,0077	10,0039	1,589	3,8	2,39	0,04
15,0142	15,011	1,361	3,2	2,35	0,02
15,0143	15,0096	1,977	4,7	2,38	0,03

Vliv zátěže na výstupní proud v režimu CC

Výst. Proud zdroje	Nastavené napětí	Změna výst. Proudu	Vnitřní odpor	Proudová odchylka
[A]	[V]	[mA]	[kΩ]	[%]
0,99999	5	0,0000	500
0,99998	10	0,01	1000	0,0010
0,99997	15	0,02	750	0,0010
1,99500	5	0	55,55555556
1,99496	10	0,04	250	0,0020
1,99487	15	0,13	115,3846154	0,0045

Výsledné parametry:

zvlnění v režimu napětí I=0 je cca 2mV
zvlnění v režimu proudu je 1,5mV
vnitřní odpor zdroje v režimu napětí je ∼ 2,4mΩ !!!
vnitřní odpor zdroje v režimu proudu je ∼ 250kΩ !!!
odchylka napětí při zátěži je maximálně 0,038%
odchylka proudu při zátěži je maximálně 0,0045%

Dosažené hodnoty výrazně převyšují naše očekávání. Po umístění do plechové krabice, doplnění síťových filtrů a feritových filtrů na vedení předpokládáme ještě další mírné zlepšení parametrů.

^[10]

Schéma modulu zdroje

Dále budu popisovat dynamické vlastnosti zdroje, opět jsem postupoval podle podmínek v článku na svetelektro.com ^[1]

Meřící přístroje:
Multimetr – Fluke 8842 (5,5 místný)
Osciloskop – Rohde&Schwarz – HMO1002

Při oživování se vyskytnul problém s rozkmitáváním zdroje, to jsme ale očekávali. Zlobila napěťová i proudová stabilizace. Konkrétně pak situace vypadala takto:

Zdroj při změnách napětí zakmitává v oblasti cca 330kHz
- vyřešeno přidáním 100pF blokovacích kondenzátorů k rezistorům R17 a R18, změnou C31 na 330pF
Nutná výměna původních silových tranzistorů BD911 => TIP35C. BD911 nedokázaly kvůli malému povrchu pouzdra dostatečně dobře odvádět teplo do chladiče. TIP35C mají menší tepelný odpor (1°K/W 40%zlepšení)
„brum“ zdroje na 100Hz
- C19 se musel zvýšit z původních 10pF na 220pF, brum spadnul z 2mV na 0,5mV
Výměnou silových tranzistorů se začal přetěžovat předchozí řetězec Q1, T2
- T2 původně BD439 nahrazen darlingtonem BDW93C
Při velkém napěťovém rozsahu zdroje (vinutí sériově) se přehřívá Q1
- R11 změněn z 100R na 1k0 – zesílení koncového stupně jsme snížili, to omezilo i zakmitávání.
Chování zdroje v blízkosti nuly se dá dobře upravit trimrem R37 u proudového OZ
Přidán blokovací kondenzátor 220p mezi vstupy proudového OZ (IC7), bez něj pojistka zakmitává v oblasti 2,3MHz, s kondenzátorem potlačeno.

Měření v dynamickém režimu

Zdroj byl zatěžován v pulzním režimu při kmitočtu 1000Hz s délkou pulzu 20μs a při kmitočtu 30Hz s délkou pulzu 1ms.

žlutě napětí – na svorkách zdroje
modře proud – úbytek na 20mΩ bočníku, takže 10mV odpovídá 0,5A

Schéma zapojení

Schema_mereni2

Dynamická odezva na změnu zátěže v režimu (CV)

Napětí na zdroji nastaveno na 10,000V, proudová pojistka na maximum (2,7A). Na svorkách trvale odporová zátěž 10Ω, v pulzu se pomocí FETu paralelně připojí druhý odpor 10Ω/5W.

^[11]

CV_1000Hz_20us_10R/10R

^[12]

CV_1000Hz_20us_10R/10R_detail

^[13]

CV_1000Hz_20us_10R/10R_detail2

^[14]

CC_32Hz_1ms

^[15]

CC_det2_on_32Hz_1ms

^[16]

CC_det_on_32Hz_1ms

Dynamická odezva na změnu zátěže v režimu (CC)

Napětí na zdroji nastaveno na maximum, proudová pojistka na nominální proud (1A). Na svorkách trvale odporová zátěž 10Ω, v pulzu se pomocí FETu paralelně připojí druhý odpor 10Ω/5W.

^[17]

CC_1000Hz_20us

^[18]

CC_1000Hz_20us_detail1

^[19]

CC_1000Hz_20u_detail2

^[20]

CC_32Hz_1ms

^[21]

CC_detail_on2_32Hz_1ms

Odezva zdroje na změnu zátěže při přechodu z režimu CV do režimu CC a zpět

Napětí na zdroji nastaveno na 10V, proudová pojistka na nominální proud (1A). Na svorkách trvale odporová zátěž 10Ω, v pulzu se pomocí FETu paralelně připojí druhý odpor 10Ω/5W.

^[22]

CC => CV cely pulz 1000Hz_20us

^[23]

CC => CV detail1 on 1000Hz_20us

^[24]

CC => CV detail2 on 1000Hz_20us

^[25]

CC => CV detail off 1000Hz_20us

^[26]

CC_to_CV_cely_pulz_32Hz_1ms

^[27]

CC_to_CV_det_on2_32Hz_1ms

^[28]

CC_to_CV_det_off_32Hz_1ms

Odezva zdroje na změnu zátěže do vysoké impedance v režimu CV

Napětí na zdroji nastaveno na 10V, proudová pojistka na maximum. Svorky zdroje jsou v normálním stavu ve vysoké impedanci, v pulzu se pomocí FETu připojí odporová zátěž 10Ω/5W.