Hallo, ich habe eine Schaltung, bei der mittels eines LM317 die Primärspannung für einen kleinen HV-Übertrager eingestellt wird. Bei der Inbetriebnahme habe ich leider festgestellt, dass die Ausgangsspannung beim Variieren der Versorgungsspannung (Line Step 24 V +/- 10%) um ca. 500 ppm/V schwankt. Mittelfristig regelt der LM317 das weg, aber so lange sich die Eingangsspannung ändert, habe ich unschöne Überschwinger. Den äßeren Regelkreis habe ich aufgetrennt und direkt am ADJ-Pin eine feste Referenz über Koaxkabel eingespeist. Gleiches Ergebnis! Ebenfalls wenig Verbesserung beim Vergrößern der Kapazitäten am Ein- und Ausgangs des LM317. GND-Netz habe ich auch probeweise aufgetrennt und niederimpedant an einem Punkt zusammengefasst. Ebenfalls verschiedene Kondensatoren am ADJ-Pin ausprobiert. Ich habe daher stark den LM317 selbst in Verdacht. Die gemessenen 500 ppm/V decken sich sehr gut mit der Datenblatt-Angabe von bis zu 0,07 %/V entspr. 700 ppm/V. Die Streckenverstärkung beträgt ca. 250 V/V, ich habe ausgerechnet, dass eine Spannungsänderung um gerade mal 20 bis 30 mV am Ausgang des LM317 ausreicht, um mir diese Abweichung zu erzeugen. Diese wenigen 10 mV kann ich auf dem Scope erahnen. Andererseits werden diese 20 bis 30 mV typischer Weise erzeugt wenn sich die Eingangsspannung des LM317 um 2,4 V ändert. Kommt also auch hin. Offensichtlich unterdrückt er die dynamischen Spannungssprünge unzureichend. Der LM317 hat aber gerade mal 63 dB. Um die Spezifikation zu erfüllen brauche ich eine PSRR von 87 dB oder besser. Es ist nicht tolerierbar, wenn jedes Mal, wenn irgendwo ein Relais umschaltet oder ein Motor anläuft, man es auf dem Signal sieht. Ich habe aber keinen LT3085 (90 dB) zur Hand und würde ungern so einen Exoten einpflegen. Meine Frage darum: Kann ich einfach 2 Linearregler kaskadieren? So könnte man mit dem ersten Vorregler die Versorgungssprünge weitestgehend glattbügeln auf eben besagte 20 bis 30 mV und daraus dann den zweiten Regler als eigentliches Stellglied versorgen. Die Steps sollten dann doch um weitere 63 dB also auf ca. 20 µV abgedämpft worden sein, womit sie praktisch im Rauschen untergehen und nicht mehr störend in Erscheinung treten. Geht das, oder beeinflussen sich die Regler gegenseitig und machen pöhse Dinge? Evtl. wird es mit der Drop-Spannung eng, aber dann muss ich eben LDOs nehmen, z.B. 2x LM1086, dieser hat zwar nur 54 dB PSSR aber bei der Kaskadierung sollte man doch locker auf über 100 dB kommen, oder? Könnte das so funktionieren oder hab ich einen groben Denkfehler drin? Sonst weiß ich nicht, wie ich die Störimpulse auf der Versorgung von dem empfindlichen Ausgangssignal fernhalten soll. Beste Grüße, Marek P.S. der Wirkungsgrad ist nebensächlich, bzw. ich habe genug Marge zur Spec. P_out max = 1,5 W
Wenn ein Regler schon einen Überschwinger zeigt, dann befürchte ich fast, daß der zweite Regler, der dann diese Überschwinger abbekommt, dann möglicherweise noch schlimmer auf diese Überschwinger reagiert. Das sind leider Regelschaltungen, die am liebsten schwingen würden ... Du könntest es aber vielleicht versuchen, einen weniger genauen Spannungsregler vorzuschalten, der durch seine geringere innere Verstärkung praktisch nicht zum Überschwingen neigt. Das einfachste wäre einfach ein Längstransistor+ZDiode, die für den LM317 eine vorstabilisierte Spannung liefern, und vermutlich kaum zu Regelschwingungen neigen dürften. Die andere Frage wäre natürlich auch noch die Stabilität gegenüber Lastschwankungen - das wird nicht durch den Vorregler beeinflußt.
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Nabend und danke fürs Lesen. Ja, so ist das leider mit dem LM317. Auf Änderungen der Eingangsspannung reagiert er auch kurz dynamisch am Ausgang. Leider kann ich das in dieser Anwenung nicht gebrauchen, bzw. habe eine strenge Spezifikation. Ich werde das mal mit den 2 Reglern probieren, evtl. niederohmig Koppeln oder tatsächlich das mit der Z-Diode, aber ob die Schaltung so hart ist, dass sie mir die 25 dB bringt ist halt die Frage. Beste Grüßem Marek
Ich sehe da kein Problem, 2 Regler hintereinander zu schalten. Kann mich jedoch auch täuschen. Habe schon des öfteren 2 Regler hintereinander geschaltet und damit gute Ergebnisser erzielt. Habe aber nie genau im wissenschaftlichen Sinne überprüft, ob wirklich die Ripple Rejection Ratio verdoppelt wird. Im Datenblatt von National Instruments sind typisch 80dB also Faktor 1000 angebene (wenn ein Kondensator im Rückkopplungspfad verbaut ist). http://www.ee.buffalo.edu/courses/elab/LM117.pdf Bei einer sinusförmigen Schwankung mit 120Hz um einen Volt am Eingang sind also am Ausgang noch 1mV zu erkennen (messbare mit dem Oszilloskop). Wenn ich 2 Regler in Reihe schalte sind diese 1mV meist nicht mehr zu sehen. Ich würde noch beachten, dass die Ripple Rejection bei hohen Frequenzen abnimmt. Ggf. einen RC Tiefpass vor dem Regler vorsehen. Bei einem LC Tiefpass würde ggf. die parasitäre Kapazität der Spule hochfrequente Signale durchlassen. Edit: Das schlechte reagierenn auf hohe Frequenzen sieht man auch gut in dem von dir geposteten Bild aus dem Datenblatt.
Da der LM317 nicht so gut ist bei der Dynamik, sollte der andere Regler dafür wenigstens bei der Dynamik besser sein. So lange die Kapazität zwischen den Reglern im erlaubten Bereich liegt, also groß genug für den 2. Regler und zulässig für den 1. Regler sollte es da eigentlich keine Probleme geben. Die ganz schnellen Transienten kann man auch passiv per LC Filter unterdrücken im HF Bereich ist das oft die bessere Wahl als ein Elektronischer Regler. Nach 10 µs ist ja auch der LM317 nicht mehr so schlecht.
Hallo Marek. > Meine Frage darum: Kann ich einfach 2 Linearregler kaskadieren? So > könnte man mit dem ersten Vorregler die Versorgungssprünge weitestgehend > glattbügeln auf eben besagte 20 bis 30 mV und daraus dann den zweiten > Regler als eigentliches Stellglied versorgen. Grundsätzlich ja. Aber hast Du es schon mal im guten mit einer Vorsiebung, sprich RC oder LC vor dem LM317 probiert? Du könntest auch eine Dioden/Kondesatorkombination verwenden, aber dann wird das Ansteigen der Spannung nicht mehr unterdrückt. Dafür aber das Abfallen, wenn irgendwas mal kurz Deine 24V so richtig belastet. > Geht das, oder beeinflussen sich die Regler gegenseitig und machen pöhse > Dinge? Wenn die Kreise gut von einander entkoppelt sind eigentlich nicht. Aber beachte die Hinweise meiner Vorschreiber oben. Und ungewollte Rückkopplungen erkennt man immer erst wenn sie auftreten. Das Problem scheint zu sein, dass der LM317 bei schnellen Änderungen als Differenzierglied arbeitet.....Aber gerade im Zwischenkreis sollte gut zu Sieben sein. > Evtl. wird es mit der Drop-Spannung eng, aber dann muss ich eben LDOs > nehmen, z.B. 2x LM1086, dieser hat zwar nur 54 dB PSSR aber bei der > Kaskadierung sollte man doch locker auf über 100 dB kommen, oder? Keine Ahnung, welche Spannung Du letztlich benötigst. Aber bei 24V - 10% bist Du bei 21,6V, sagen wir grob 21,5V mit Reserve. Ein 317 braucht 3V zum Regeln, also insgesammt 6V (ok, das Diagramm im Datenblatt sagt 2,5V pro Regler, aber der Rest ist halt Reserve). Also hättest Du 21,5V - 6V = 15,5V über. Du must wissen, was Du brauchst.....ausserdem musst Du, Spannung hoch genug vorausgesetzt, ja nicht beide Regler als LowDrop Ausführung nehmen. > > Könnte das so funktionieren oder hab ich einen groben Denkfehler drin? Nein, kein grober. ;O) Der Teufel kann aber im Detail sitzen. Z.B. ungewollte kapazitive Verkopplung durch das Design.... > Sonst weiß ich nicht, wie ich die Störimpulse auf der Versorgung von dem > empfindlichen Ausgangssignal fernhalten soll. Nun....mehr Siebkapazität im Eingang? > P.S. der Wirkungsgrad ist nebensächlich, bzw. ich habe genug Marge zur > Spec. P_out max = 1,5 W Das hab ich auch mal gesagt: Wirkungsgrad ist Nebensache.....elektrische Leistung war auch genug da, aber wie sollte ich die Wärme wegbringen? ;O) Es geht nicht nur ums "durchbrennen", im Datenblatt siehst Du den Temperaturgang der Referenzspannung. Nicht das Du zwar den Ripple los bist, Dir das Teil aber wegen der Erwärmung wegdriftet.....trozdem erwarte ich das Problem in Deinen Falle nicht. Wenn Du mit einem Regler kein Problem hast, wirst Du noch weniger ein Problem haben, wenn Du die Verlusteistung auf zwei Reglern verteilst. Die Wärmespreizung wird dadurch besser. Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic http:www.dl0dg.de
Moin, vielleicht hilft dieser Artikel weiter (?): http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/lnpowsup.htm Grüße Michael
Bernd Wiebus schrieb: >> P.S. der Wirkungsgrad ist nebensächlich, bzw. ich habe genug Marge zur >> Spec. P_out max = 1,5 W > > Das hab ich auch mal gesagt: Wirkungsgrad ist Nebensache.....elektrische > Leistung war auch genug da, aber wie sollte ich die Wärme wegbringen? > ;O) > > Es geht nicht nur ums "durchbrennen", im Datenblatt siehst Du den > Temperaturgang der Referenzspannung. Nicht das Du zwar den Ripple los > bist, Dir das Teil aber wegen der Erwärmung wegdriftet Aber genau dann sind zwei getrennt Regler sogar ein Vorteil. Sinnvoll ist es, den ersten regler so einzustellen, dass dieser den größten Teil der Verluste abbekommt. Der zweite Regeler, der sehr genau regeln soll, wird dann fast nicht mehr warm. Der Wirkungsgrad insgesamt bleibt immer gleich, egal ob mit einem oder mit zwei Reglern.
Gerade den LM317 kann man in spezieller Weise mit einem zweite LM317 als Vorregler beschalten. Details stehen im Datenblatt.
Marek N. schrieb: > Ich werde das mal mit den 2 Reglern probieren,.... Und? Neue, interessante Erkenntnisse? Wäre schön, mal einen abschließenden (?) Bericht von Dir zu hören... Grüße Michael
Guten Morgen, ja habs ausprobiert, aber stellt mich so nicht zu frieden. Ist offensichtlich nicht (nur) der Spannungsregler. Habe dann eine separate Schaltung mit 2x LM1086 aufgebaut mit Kupferband als Versorgungsschienen: Gleiches Ergebnis, leider. Die Eingangsspannung macht einen Step um 2,4 V in ca. 5 ms. Dabei verändert sich die Spannung linear mit der Zeit. Folge: während dieser gesamten Zeit verschiebt sich das Potenzial am Ausgang des ersten LDOs, so als ob er differentielles Verhalten hätte. Ich sehe also einen rechteckigen Step von ca. 10 mV, während sich die Eingangsspannung verändert. Messe ich am Ausgang des zweiten Reglers, sehe ich diesen Step aber ebenfalls mit 10 mV und gleicher Form. Ich hätte hier eigentlich nur kurze Nadelimpulse erwartet durch den D-Anteil. Offensichtlich habe ich doch eine GND-Verschleppung, evtl. sogar über PE zwsichen Netzteil und Scope. Werde das am Montag mal potentzialfrei mit nem Batterie-Scope messen. Es ist definitiv kein Artefakt, denn ich sehe diesen Step auch auf der Hochspannung skaliert mit der Streckenverstärkung. Beste Grüße, Marek
Marek N. schrieb: > Die Eingangsspannung macht einen Step um 2,4 V in ca. 5 ms. Dabei > verändert sich die Spannung linear mit der Zeit. Folge: während dieser > gesamten Zeit verschiebt sich das Potenzial am Ausgang des ersten LDOs, > so als ob er differentielles Verhalten hätte. Ich sehe also einen > rechteckigen Step von ca. 10 mV, während sich die Eingangsspannung > verändert. Das hört sich mich nach einem Masse-Problem an. Durch die Änderung der Eingangsspannung fließt ein Strom in den Eingangs-Elko (I = C * du/dt). Dieser Strom erzeugt auf der Masseleitung einen Spannungabfall von 10 mV. Wenn die Ausgangsspannung auf die gleiche Masse bezogen ist, siehst du dort diese 10 mV als Fehler. Für so eine Messung ist es entscheidend, wo die Masse für die Messung angeklemmt ist. Um das herauszufinden, könntest du für einen Test mal die Kapazität des Eingangs-Elkos verdoppeln (einen zweiten, baugleichen Elko dazulöten). Wenn meine Theorie stimmt, dann müsste bei gleichem du/dt am Eingang der Fehler am Ausgang doppelt so groß werden.
Und schon mal meinen Vorschlag (Z-Diodengesteuerter Längsttransistor zur Vorstabilisierung) getestet?
@ Johannes E. (cpt_nemo) >Das hört sich mich nach einem Masse-Problem an. Könnte sein. >Wenn die Ausgangsspannung auf die gleiche Masse bezogen ist, siehst du >dort diese 10 mV als Fehler. Für so eine Messung ist es entscheidend, wo >die Masse für die Messung angeklemmt ist. richtig. Sternförmige Masse- und VCC Führung. >Wenn meine Theorie stimmt, dann müsste bei gleichem du/dt am Eingang der >Fehler am Ausgang doppelt so groß werden. Alternativ sollt er aber auch eine wirklich sternförmige Verdrahtung herstellen.
Hallo, ich hatte heute leider nicht viel Zeit, mich mit dem Problem zu beschäftigen. Konnte nur am Nachmittag ein paar Messungen machen mit dem potenzialfreien Scope. Dabei konnte ich fesstellen, dass es nicht die LDOs sind, die diese Transienten verursachen, sondern es tatschälich nur auftritt, wenn das Scope am Netz hängt. Ich werde morgen (wenn ich dazu komme) mal einige Versuche mit dem Trenntrafo machen und versuchen, die theoretisch erwarteten Schwankungen um µV hinter dem zweiten Regulator sichtbar zu machen. Anbei mein Protokoll. Beste Grüße, Marek
> Leider kann ich das in dieser Anwenung nicht gebrauchen, > bzw. habe eine strenge Spezifikation. Nimm nur einen LM317, aber einen grösseren Elko am Ausgang des LM317, z.B. 100uF. Dann regelt er zwar Belastungsänderungen am Ausgang nicht mehr so gut weg, aber Eingangsspannungsänderungen. Ob das dann deine Anforderungen erfüllt, sei dahingestellt. LowDrop Regler sind jedenfalls üblicherweise schlimmer.
Bei der Methode durch einen wesentlich größeren Elko erreicht man allerdings schnell eine unwirtschaftliche Grenze. Es bleibt dann einfach eine Restwelligkeit vorhanden! Das habe ich nämlich schon in der Praxis hinter mir.
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Hallo, ich konnte heute in Ruhe messen und mich Schritt für Schritt der Grasnarbe nähern. Anbei das Resultat: Ausgangsstabilität besser als 100 µV für einen Eingangsspannungsstep von 4,8 V praktisch transientenfrei. Habe zwei kaskadierte LM1086 genommen und musste aber die Kapazitäten verringern, da die mir sonst übelste Transienten verursacht hatten, beim Steppen der Eingangsspannung. Die abklingende Kurve kommt durch die lange Zeitkonstante des Messverstärkers zustande, dieser hat bei AC-Kopplung eine untere Grenzfrequenz von 0,03 Hz. Gemessen wurde differentiell und potenzialfrei mit dem Stanford SR560: http://www.thinksrs.com/products/SR560.htm Morgen werde ich noch verifiziren, dass der Regler praktisch sofort nachregelt. Der Pre-Regulator macht knapp 150 mV Änderung am Ausgang bei 4,8 V am Eingang. Das müsste noch DC-gekoppelt auf dem Scope sichtbar sein. Leider ist der LM317 nicht ausreichend, dieser hat typ. 200 ppm/V ich brauch aber besser als 41 ppm/V. Tja, als nächstes kommt dann die Load-Regulation, da freu ich mich auch schon drauf ;-) Beste Grüße, Marek
Was heißt bei dir sofort? Diese ganzen integrierten Regler haben alle eine Regelbandbreite von 10KHz bis 100KHz. Es gibt noch ein paar Exoten die schneller sind, z.B. DDR-Terminierer (Hach, das ist ja ein geiles Wort für einen aus der DDR rausgeschmissenen). Warum die übrigens alle diese typische Bandbreite haben, bekam ich bislang nicht raus. Gerüchten nach, soll der erste integrierte Spannungsregler aus einem uA741 OpAmp entstanden sein. Tendenziell sind die Regler mit höheren Iq schneller.
Hallo, entschuldigung, mit "sofort" meinte ich, die einige zehn µs aus dem Datenblatt. Ich hatte zunächst den langen Einschwinger dem Spannungsregler zugeschrieben, der sich mit den Elkos schwer tun könnte. Aber bei dem Stanford kann man die Grenzfrequenzen und Bandbreiten varieren und dann habe ich gesehen, dass sich die Zeitkonstante ändert. Prinzipiell ist mir die Geschwindigeit des Spannungsreglers nicht so wichtig, sondern nur, dass dass sich der Ausgang nicht ändert, wenn die Eingangsspannung wackelt. An sonsten wirds bestimmt noch genügend Überraschungen geben. Beste Grüße, Marek
Oberhalb der Schleifenfrequenz der Regler bestimmen diese das Geschehen nicht mehr.
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