Hallo, ich habe vor eine Spannungsquelle zu bauen mit einem Spannungsbereich von 0,5 bis 5V und einem maximalen Ausgangsstrom von 1A (Dauerstrom). Das Problem dabei: Die Spannung sollte auch bei Laständerungen von 100mA nicht mehr als 1mV schwanken. Die absolute Genauigkeit der Quelle ist dabei relativ egal. Zudem soll die Quelle halt über eine Spannung (von z.B. einem DAC) gesteuert werden können. Das ganze muss nicht schnell sein, also wenn eine Spannungsänderung innerhalb einer Sekunde möglich ist, reicht das vollkommen aus. Als ersten Versuch habe ich die Quelle aus der Schaltung im Anhang gebaut, jedoch schwankt diese bei Laständerungen von 20mA bei 1V Ausgansspannung bereits um 5mV (siehe 2. Bild). Hat jemand einen Vorschlag wie ich die Schaltung dahin gehend verbessern könnte oder hat noch jemand eine komplett andere Idee? Bei dem Bild sind alle Kondensatoren zugeschaltet, da damit die geringsten Schwingungen erreicht werden (Kanal 2, AC gekoppelt).
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(Leistungs-)OPVs mögen i.A. keine Kapazitäten am Ausgang. Du bekämpfst mit denen hier die Wirkung und nicht die Ursache. Fabian S. schrieb: > Die Spannung sollte auch bei Laständerungen von 100mA > nicht mehr als 1mV schwanken. Einfach und verschwenderisch wäre ein Parallelregler.
Vermutlich extrem schlechte Masseführung (Last/Signal-Masse überlagern sich). Zeig doch mal den Aufbau/Leiterplatte. C11/12 soillten sozusagen den Massemittelpunkt bilden, wo Eingangsmasse, Ausgangsmasse, Ub-Masse und auch die Masse der Meßgeräte über separate Leitungen hingeführt werden sollten (also sternförmige Masseführung)
> Einfach und verschwenderisch wäre ein Parallelregler. Mhhh sehr interessant, werde ich mir mal genauer ansehen. Aber scheint mir so als könnte ich da nicht ohne weiteres 1A raus ziehen :D > Vermutlich extrem schlechte Masseführung Jap, die ist nicht perfekt :P Die Platine die im Anhang ist die, die ich auch geätzt und bestückt habe. Jedoch fehlen dort einige Bauteile, die ich nachträglich noch eingebaut habe. Dabei handelt es sich primär um Kondensatoren, die alle samt in dem Schaltplan schon drin sind, aber eben nicht im Layout. Alles klar? :P Da die Masse nicht pefekt ist habe ich diese und alle Leitungen wo Strom fließt noch verzinnt und die Massen über den Mosfet mit einem Stück Leitung gebrückt, so dass die einmal außen rum geht. Meinst du dass die schlechte Masseführung da so viel aus macht? Wenn ja muss ich wohl doch mal ne zweiseitige Platine machen...
>Jap, die ist nicht perfekt :P Die Platine die im Anhang ist die, die ich
Wo?
>Meinst du dass die schlechte Masseführung da so viel aus macht? Wenn ja >muss ich wohl doch mal ne zweiseitige Platine machen... Nix zweiseitig - sternförmig ...
> Nix zweiseitig - sternförmig ...
Naja wird schwer dann da noch vernünftig andere Leitungen zu verlgen,
bin ich zumindest nicht in der Lage glaube ich :P
Ok, Masse scheint gar nicht so schlecht zu sein aus Sicht von Eingang und Ausgang, wenn X5 die zentrale Masse darstellt (auch für die Meßleitungen (Masse). Das gilt aber nicht für die geschaltete Last (T1+R7). Die geht voll über die Eingangsmasse. Dann hast Du ein "Haardrähtchen" für den Ausgang richtung X4, und noch dazu irgendwas in Serie dazu, was im Schaltplan nicht mit drin ist, und den Spannungsabfall erhöht. -generell solltest Du Die angewöhnen, Schaltplan+Board zueinander konsistent zu halten. Da sieht ja kein Schwein durch, wenn beides nicht zusammenpaßt. Das gilt auch für den Trimmer in der Rückkopplung, wo man wieder nicht weis, ob der 0 oder 10kOhm gerade hat. Erkläre doch mal exakt, wo Du Masse und heise Leitung des Meßgerät angeschlossen hast.
Übrigens - diese 5mV bezieht sich doch nur auf den ersten Ausschlag der Schwankung, oder? Dann strebt das Ding doch wieder dem Ausgangwert zu (naja, vielleicht auf 1mV Abweichung am Ende). Bei einer Settlingtime von 15µs lt. DB sollte sich also nach über 10µs der Pegel praktisch eingependelt haben.
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Hoffe das Foto erklärt einiges :) Also an LOAD hängt nen Frequenzgenerator der mit 100Hz Rechtecke macht. Dies wird zusätzlich ans Scope geführt (Kanal 1 auf dem Bild ganz oben). SIGIN ist mitm Netzteil verbunden was ca. 1V liefert (das soll später nen DAC übernehmen) und SIGOUT geht ans Oszi (Kanal 2 auf dem Bild ganz oben)
Jens G. schrieb: > Übrigens - diese 5mV bezieht sich doch nur auf den ersten Ausschlag der > Schwankung, oder? Dann strebt das Ding doch wieder dem Ausgangwert zu > (naja, vielleicht auf 1mV Abweichung am Ende). Bei einer Settlingtime > von 15µs lt. DB sollte sich also nach über 10µs der Pegel praktisch > eingependelt haben. Ja, nur der erste Ausschlag. Über die Settlingtime habe ich auch schon gegrübelt, dachte aber das sei nur für Sprünge am Eingang. Wie lange es dann dauert bis der Ausgang das auf die Reihe bekommt. Gilt das auch für Laständerungen am Ausgang?
Gut, dann hast Du also Ein- und Ausgangsmasse mit den Oszi-Strippen gebrückt. Ist nicht so berauschend. Da Du mit der Schaltung ohnehin nicht zufrieden bist (ich würde sagen - mit dem Board), kannste ja paar Korrekturen durch Aufkratzen von Leiterzügen hinnehmen, um mal was zu testen: - Oszimasse nur am Eingang anschließen, und am Ausgang keine Masseverbindung zum Oszi herstellen (dort einfach nur den Mittelstift des BNC anschließen). Das kann zwar zu ziemlichen "Klingeln" in den Oszibildern führen, sollte aber erstmal nicht stören (wir wollen ja nur wissen, ob sich der Wert ordentlich einpegelt) - Masse unmittelbar an T1 auftrennen, und direkt zu X5 führen (Brücke) - die dünne Strippe zu SIGOUT auftrennen, und von SIGOUT direkt zum OPA-Ausgang führen (am besten an R1). Sonste sehen wir dort den von T1 verursachten Spannungsabfall. Redest Du eigentlich wirklich nur von 20mA? Oder evtl. 100mA. Im Board sind nämlich 10Ohm als Last drin.
>Ja, nur der erste Ausschlag. Über die Settlingtime habe ich auch schon
Achso - das sind dann wohl die Ausgangs-C's, falls die schon aktiv sind.
Wie mmh schon sagte, mögen OPV's das nicht am Ausgang, so daß er recht
schnell mit Schwingen anfangen kann (die Anfänge davon sieht man ja
schon). Daß er nicht wirklich schwingt, liegt möglicherweise an den
Widerständen der rel. langen Leiterzüge, bzw. ESR der Kondis.
Ich würde die also weglassen, wenn nicht nötig.
und die C's zw. +10V/-10V und Masse würde ich auch wieder reinmachen (Masse bei X5)
@Jens: Ich hatte das auch so im Gefühl, dass die dann eher anfangen zu schwingen und habe die C's eingebaut, um kapazitive Lasten zu simulieren, musste dann jedoch feststellen, dass das deutlich besser wird mit den C's drin. Und vielen Dank für die Anregungen und Verbesserungsvorschläge, werde das morgen in aller Frische mal ausprobieren.
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Also, ich habe hoffentlich alle deine Ratschläge befolgt. Das Ergebnis ist jetzt aber leider nicht direkt viel besser. Erstmal hat das Rauschen auf dem Kanal deutlich zugenommen, habe das Scope nun auf Mittelung von 256 Bildern gestellt, damit man halbwegs was erkennen kann ;) Zudem habe ich die Elkos nicht "aktiviert". Wäre es nicht klüger die Masse des SIGOUT mitm Draht an X5 zu legen und dafür die Masse von LOAD nicht zum Oszi zu führen?
Ich habe gerade noch etwas interessantes festgestellt. Wenn ich die BNC Buchse LOAD kurzschließe, er also eine Ausgangsspannung von 0V erzeugen soll habe ich genau die gleichen Effekte wie bereits zuvor. Das kann dann ja nichts mit der Last zu tun haben, weil da kein Strom fließen sollte. Das muss also noch einen anderen Grund haben.
wenn Du LOAD kurzschließt, kannst Du doch keine Impulse erzeugen. Wie soll da so eine Sprungantwort entstehen? Hast Du auch die Betriebsspannung gegen Masse direkt am IC abgeblockt? Und zwar nicht nur mit Elkos, sondern auch mit 100nF Keramik in parallel, weil es hier ja schon um etwas höhere Frequenzen geht, wo Elkos nicht mehr so gut blocken. Ansonsten - gleichstrommäßig scheint der das doch schon recht gut auszubügeln. Also haben wir wohl keine/kaum Masseeffekte.
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Sorry, natürlich nicht LOAD sondern SIGIN. Am OP direkt sind drei 100nF Kerkos und an X5 habe ich von der Unterseite nochmal zwei 100uF eingelötet. Ich habe gerade auch nochmal was anderes sehr interessantes herausgefunden. Ich hatte versehentlich vergessen die Spannungsquelle einzuschalten, sprich nichts auf der Platine hatte eine Versorgung. Wenn ich mir dann mitm Tastkopf (dessen Masse direkt am X5 hängt) die Masse am T1 anschaue, habe ich dort eben schönen Peak. Woher kommt das? Es dürfte doch dann eigentlich auch kein Strom durch die Leiterbahn zwischen T1 und X5 fließen? Und dann habe ich bei SIGIN=1V und eingeschalteter Versorgung mir den Ausgang (also Drain) des Mosfets angeschaut (2. Bild). Das kann ich mir auch nicht so ganz erklären, warum steigt die Spannung dort nochmal um 1V bevor sie dann auf 0V sinkt?
Das dürfte der Grund sein: über die Gate-Drain-Kapazität koppelst Du Störungen aktiv in den OPA-Ausgang ein. Der OPA versucht dann gegenzusteuern, und kommt dabei leicht ins Schlingern. Deine Bilder sind ja im 400ns-Raster - also hat er das innerhalb weniger µs ausgebügelt, was ja zur Settlingtime lt DB paßt. Eigentlich würde ich hier behaupten, daß der OPA seine Arbeit ganz gut macht, denn no schnell ist der ja nicht, daß er akurat und sauber solch eine schnelle Störung ausbügeln könnte. Mit einem kleineren Mosfet als dein 44A Typ sollte sich das aufgrund geringerer Kapazitäten reduzieren lassen. Oder gleich einen bibolaren Transistor (npn) nehmen. Man könnte auch eine Kaskodeschaltung nehmen, daber das wird dann immer komplizierter. Auf den Lastsprung selber (Delta I) wird er aber trotzdem noch mit solchen Spikes reagieren, nur eben vielleicht weniger.
Hmm ok, ich werde gleich mal einen kleineren Mosfet einbauen, sofern ich hier irgendwo einen finde. Könnte ich das ganze Problem dann verbessern indem ich den ganzen Quark diskret aufbaue, und nen Schnelleren OP nehme? Habe hier irgendwo einen LM6211 rumfliegen, der kann meine ich >20V und hat 20MHz GBP und Gain ist ja hier 1. Wenn die Störungen, die dann übrig bleiben deutlich höherfrequent sind (momentan liegen die so um die 2,5MHz) könnte man das auch einfacher mit nem kleinen LC-Filter wieder raus bekommen.
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So, habe mal eben den IRFR1205 durch einen 2N7002 ersetzt. Die Spitze durch die Kapazitive Einkopplung am Drain des Mosfets ist nahezu verschwunden bzw. nun ausreichend klein (vielleicht noch 0,5mV groß). Am Ausgang hat sich wie man in der Abbildung sieht nicht sonderlich viel getan, es ist sogar noch eine zusätzliche Spitze dazu gekommen. Weiß ist der Ausgang (SIGOUT) mit dem IRFR1205, das lilane Signal mit dem 2N7002.
Die Spitze scheint wieder von der Drain-Gate Kapazität zu kommen... Wenn ich die Stromversorung abschalte habe ich am Drain ne Spannungsspitze von 100mV!
Wieso zeigt die weise Linie schon einen Höcker, wenn der Eingang noch gar nix macht? Aber egal - prüfe mal die Betriebspannungsanschlüsse, ob die auch Schwingungen zeigen. Wenn ja, dann ist die Abblockung schlecht.
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Hmm die Spannungsversorgung sieht nicht so prickelnd aus, obwohl 100nF Kerko und 100uF Elko drin sind. Gemessen direkt an X5, Kanal 2 ist die positive Versorgungsspannung und Kanal 3 ist SIGOUT. Ich habe langsam das Gefühl, dass der OP nicht viel mehr kann und man das daher auch nicht besser hin bekommt.
Etwas merkwürdig, daß beide Ub in dieselbe Richtung "peaken". Kann eigentlich nur passieren durch den C, der vermutlich immer noch direkt von +Ub nach -Ub geht. Den rausmachen. Und je ein 100n+10...100µ pro Ub gegen Masse. Sind das übrigens Keramik-C's bei den 100n?
Wieso jetzt beide Ub? Im dem Scope Bild ist der +Ub und der Ausgang. -Ub ist nicht dargestellt. Ja, die Kondensatoren sind 100nF Kerkos und 100uF Elkos. Wieso soll der zwischen -Ub und +Ub raus? Macht man das nicht?
achso. -Ub wäre auch interessant gewesen. Eigentlich macht man keinen C zw. + und -, weil dabei der Massebezug fehlt. Deswegen so, wie ich es gesagt habe. Auserdem könnte solch ein "Über alles"-C ein Schleichpfad für Störungen wie solche Spikes sein, ohne die Masse dabei zu konsultieren, so daß solche Peaks dann auf der -Ub ebenso sichtbar wären in der gleichen Richtung, was dem OPA wie eine floating Betriebsspannung vorkommen könnte.
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So, habe nun die beiden Kondensatoren zwischen den beiden Versorgungsspannungen raus genommen. Das ganze hat sich nun etwas verschlächtert. Im Anhang ist ein Bild mit der positiven (Kanal 2) und der negativen (Kanal 3) Versorgungsspannung. Auf der negativen tut sich nicht besonders viel, da die halt so gut wie nicht benötigt wird, denn ich erzeuge ja nur positive Ausgangsspannungen.
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So, ich habe mich nun nochmal kurz mit dem Funktionsprinzip eines Parallelregler auseinander gesetzt und dabei ist die Schaltung im Anhang raus gekommen. Ich bitte um Meinungen. Im Gegensatz zu der Quelle zuvor soll diese nur maximal 200mA bei 5V liefern.
Nicht direkt hilfreich aber sehr geil der Spruch, werde ich mir merken :)
Fabian S. schrieb: > Kann mir einer sagen warum das Teil schwingt? So mit ca. 1MHz... Zwischen X2 und pin4 des OPV einen 4,7k Widerstand UND zwischen Pin 4 und OPV Ausgang einen 1nF Kondensator - und die Welt ist wieder stabil(er) Und bitte einen 150 Ohm widerstand in die Gateleitung des FET.
So, den Tiefpass am Eingang habe ich eingebaut, keine Veränderung. Wozu der Widerstand am Gate? Bekomme ich dann auf Grund der Kapazität im Mosfet nicht bei höheren Frequenzen ne schöne Phasendrehung, die sich dann negativ auf die Stabilität auswirken kann?
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