Regulovaný zdroj +-35V/3A - jaké zapojení použít?

[jef111]

Pavle, jsem puntičkář, to musím přiznat. Nejsem moc zastánce kompromisních řešení, nebo aspoň ne těch, které mají nevalné výsledky...

Tvým zkušenostem s tímto zapojením se nedivím, ze začátku jsem měl to samé. Na bastldesce jsem nebyl schopný to zapojení dostat do pořádné stability a dobré odezvy na různé zatížení a tak. To umožnil až promyšlený návrh PCB. Teď, musím zaklepat, je to v normálním stavu (bez proudového omezení) perfektně stabilní. Jak jsem to dal na desku, musel jsem úplně změnit, vzásadě "odlehčit" veškeré kompenzace a taky hodnoty mnohých odporů. Většinu volovin v záporné větvi jsem mohl úplně vypustit. Kondíky na výstupu teď mám 6u8/40V tantaly a pomohly jak šumu tak stabilitě. Víc kapacity už nemá moc smysl... atd

Orientačně jsem měřil odezvu na proudový impuls cca 3A při napětí nějakých 24V (mám vyrobenou zátěž 8ohm/100W pro zkoušení nf zesilovačů), byla to asi 10mV špička a trvalo tak 20ms než se zcela ztratila v šumu. S tím jsem vcelku spokojený.

Nedávno jsem objevil také to zapojení, kterým se zabývá vlákno v Tvém odkaze. No, v němčině je to pro mne trochu nepřehledné, navíc rozdělení schématu na dvě stránky taky na přehlednosti nepřidá. Ale prozkoumu to a zkusím se inspirovat.

Dále k mým aktuálním problémům:
Proudové omezení je chybový stav, ale bylo by ode mě konstuktérsky nezodpovědné kdybych to nechal tak. Se zvlněním při omezení záporné větve bych se řekněme smířil, těch cca 50mV je jakš takš, mnohdy to nemusí vůbec ničemu vadit. Ale při omezení v kladné větvi z toho lezou takové hnusné impulzy a už podstatně větší, to se mi nelíbí.

Pak taky mám problém s tím, že záporná větev nerada úplně tvrdý zkrat. Kladná větev do zkratu reguluje přesně tak jako do celkem libovolné zátěže, tedy kolik proudu nastavím, tolik mám. Pokud zatížím zápornou větev malým odporem, menším jak asi 0,5ohm, začne to jaksi divně kmitat na nízké frekvenci, řádově jednotky až desítky Hz, podle okolností. Proto se stane, že efektivní hodnota výstupního proudu často opravdu hodně překročí nastavený proud. Impulsy jsou takové jehlové, v kladné větvi podstatně "kulatější" a vyšší a mají nízké DCL, pokud se tohle dá u takového průběhu vůbec psát, nevím přesně jak to popsat.. Vypadá to, že problém vzniká někde v kladné větvi, o kterou se záporná "opírá". Asi to bude rozdílným zpožděním regulačních smyšek obou větví, ale ještě nemám moc dobře zjištěné kde tohle vzniká.
Taky při spojení kladné a záporné větve přes ten malý odpor se to celé rozkmitá, teda s podstatně nižší amplitudou a podstatně vyšší frekvencí.

[jef111]

Pavle, jsem puntičkář, to musím přiznat. Nejsem moc zastánce kompromisních řešení, nebo aspoň ne těch, které mají nevalné výsledky...

Tvým zkušenostem s tímto zapojením se nedivím, ze začátku jsem měl to samé. Na bastldesce jsem nebyl schopný to zapojení dostat do pořádné stability a dobré odezvy na různé zatížení a tak. To umožnil až promyšlený návrh PCB. Teď, musím zaklepat, je to v normálním stavu (bez proudového omezení) perfektně stabilní. Jak jsem to dal na desku, musel jsem úplně změnit, vzásadě "odlehčit" veškeré kompenzace a taky hodnoty mnohých odporů. Většinu volovin v záporné větvi jsem mohl úplně vypustit. Kondíky na výstupu teď mám 6u8/40V tantaly a pomohly jak šumu tak stabilitě. Víc kapacity už nemá moc smysl... atd

Orientačně jsem měřil odezvu na proudový impuls cca 3A při napětí nějakých 24V (mám vyrobenou zátěž 8ohm/100W pro zkoušení nf zesilovačů), byla to asi 10mV špička a trvalo tak 20ms než se zcela ztratila v šumu. S tím jsem vcelku spokojený.

Nedávno jsem objevil také to zapojení, kterým se zabývá vlákno v Tvém odkaze. No, v němčině je to pro mne trochu nepřehledné, navíc rozdělení schématu na dvě stránky taky na přehlednosti nepřidá. Ale prozkoumu to a zkusím se inspirovat.

Dále k mým aktuálním problémům:
Proudové omezení je chybový stav, ale bylo by ode mě konstuktérsky nezodpovědné kdybych to nechal tak. Se zvlněním při omezení záporné větve bych se řekněme smířil, těch cca 50mV je jakš takš, mnohdy to nemusí vůbec ničemu vadit. Ale při omezení v kladné větvi z toho lezou takové hnusné impulzy a už podstatně větší, to se mi nelíbí.

Pak taky mám problém s tím, že záporná větev nerada úplně tvrdý zkrat. Kladná větev do zkratu reguluje přesně tak jako do celkem libovolné zátěže, tedy kolik proudu nastavím, tolik mám. Pokud zatížím zápornou větev malým odporem, menším jak asi 0,5ohm, začne to jaksi divně kmitat na nízké frekvenci, řádově jednotky až desítky Hz, podle okolností. Proto se stane, že efektivní hodnota výstupního proudu často opravdu hodně překročí nastavený proud. Impulsy jsou takové jehlové, v kladné větvi podstatně "kulatější" a vyšší a mají nízké DCL, pokud se tohle dá u takového průběhu vůbec psát, nevím přesně jak to popsat.. Vypadá to, že problém vzniká někde v kladné větvi, o kterou se záporná "opírá". Asi to bude rozdílným zpožděním regulačních smyšek obou větví, ale ještě nemám moc dobře zjištěné kde tohle vzniká.
Taky při spojení kladné a záporné větve přes ten malý odpor se to celé rozkmitá, teda s podstatně nižší amplitudou a podstatně vyšší frekvencí.

[jef111]

Tak, pokračuju v konstrukci zdroje i v tomto monologu...

Zbývají mi vyřešit dva problémy - kmitání záporné větve když jde do zátěže, která má hodně malý odpor a zvlnění při omezení (hlavně kladné větve).
S tím druhým si zatím tolik hlavu nelámu, v nejhorším bych se s tím spokojil.
Ale první problém je zásadní.
Stále nemohu přijít na místo, kde kmitání vzniká. Vyhodnocení proudového omezení (IC7) to asi nebude, i když jsem jej podezříval. Ostré náběžné hrany impulsů jsou na výstupu IC7 o nějakou tu mikrosekundu zpožděné, tedy tam nemohou vznikat. (Doufám že uvažuju správně)

Pomohl by mi obvod, který by přenesl rychlou změnu omezení proudu směrem nahoru a "vracel" by se pozvolna a se zpožděním. Tedy nárůst chybového napětí na vstupu by se na výstupu projevil okamžitě, pokles by se pozvolna "dotahoval". Zkoušel jsem něco s kondíkem a diodou ale neměl jsem valný úspěch. Chtělo by to možná nějak zamotat ten kondík a diodu do zapojení s operákem. Ten obvod totiž musí být naprosto přesný, co se týče ss hladiny výstupu v porovnání se vstupem, v ustáleném stavu.
Vycházím z myšlenky, že potřebuju okamžitou reakci na zvýšení výstupního proudu, ale okamžitá reakce na následné snížení proudu není vůbec důležitá.
Zatím mě žádné konkrétní zapojení nenapadá, proto bych si dovolil poprosit o zamyšlení i ostatních zde přítomných.

[jef111]

Tak, pokračuju v konstrukci zdroje i v tomto monologu...

Zbývají mi vyřešit dva problémy - kmitání záporné větve když jde do zátěže, která má hodně malý odpor a zvlnění při omezení (hlavně kladné větve).
S tím druhým si zatím tolik hlavu nelámu, v nejhorším bych se s tím spokojil.
Ale první problém je zásadní.
Stále nemohu přijít na místo, kde kmitání vzniká. Vyhodnocení proudového omezení (IC7) to asi nebude, i když jsem jej podezříval. Ostré náběžné hrany impulsů jsou na výstupu IC7 o nějakou tu mikrosekundu zpožděné, tedy tam nemohou vznikat. (Doufám že uvažuju správně)

Pomohl by mi obvod, který by přenesl rychlou změnu omezení proudu směrem nahoru a "vracel" by se pozvolna a se zpožděním. Tedy nárůst chybového napětí na vstupu by se na výstupu projevil okamžitě, pokles by se pozvolna "dotahoval". Zkoušel jsem něco s kondíkem a diodou ale neměl jsem valný úspěch. Chtělo by to možná nějak zamotat ten kondík a diodu do zapojení s operákem. Ten obvod totiž musí být naprosto přesný, co se týče ss hladiny výstupu v porovnání se vstupem, v ustáleném stavu.
Vycházím z myšlenky, že potřebuju okamžitou reakci na zvýšení výstupního proudu, ale okamžitá reakce na následné snížení proudu není vůbec důležitá.
Zatím mě žádné konkrétní zapojení nenapadá, proto bych si dovolil poprosit o zamyšlení i ostatních zde přítomných.

[PavelFF]

[PavelFF]

[jef111]

Pavle díky za odpověď.
Těch smyček tam mám hodně, ale problém je jen se smyčkou omezení proudu v záporné větvi. No, je pravda že to je ta největší a nejzamotanější. Ty Nyquistovy teorie by tady mohly pomoct, obávám se že je samotné ani moc nechápu, natož pak aplikaci do mého obvodu. Je jasné že dochází k porušení některého kritéria stability. Amplitodově těžko, to je prakticky stejné jako v kladné větvi, kde k problémům nedochází vůbec, kladná větev je perfektně stabilní. Tedy přichází na řadu fáze případně zpoždění (bereme li to jako jeden impuls, což je možná špatně).
Myslím že se na to půjdu vyspat a pak se uvidí

[jef111]

Pavle díky za odpověď.
Těch smyček tam mám hodně, ale problém je jen se smyčkou omezení proudu v záporné větvi. No, je pravda že to je ta největší a nejzamotanější. Ty Nyquistovy teorie by tady mohly pomoct, obávám se že je samotné ani moc nechápu, natož pak aplikaci do mého obvodu. Je jasné že dochází k porušení některého kritéria stability. Amplitodově těžko, to je prakticky stejné jako v kladné větvi, kde k problémům nedochází vůbec, kladná větev je perfektně stabilní. Tedy přichází na řadu fáze případně zpoždění (bereme li to jako jeden impuls, což je možná špatně).
Myslím že se na to půjdu vyspat a pak se uvidí

[jef111]

Objevil jsem příčinu kmitání.
Je to velkou nelinearitou (typu nasycení) regulace při výstupním napětí blízko nule. Problém je hlavně v tom, že záporná větev z principu nikdy nemůže dosáhnout absolutně nulového výstupního napětí, protože saturační napětí Q2 nikdy nemůže být nula. V kladné větvi to nevadí, protože díky zapojení regulačních trandů je na kolektoru Q1 vždy o cca 1,3V (2x U b-e) více než na výstupu. Ale proto že mám v záporné větvi výkonový regulák NPN, je zapojený obráceně a tedy má emitor proti vstupu a ne proti výstupu jako v kladné větvi. Proto se žádné 2x U b-e v záporné větvi nekoná a na výstupu je ještě o malinko větší napětí (asi o 10mV), jako na kolektoru Q2.
Nabízí se možnost řešení - přivést do emitoru Q2 malé kladné napětí. Napadá mě sériové spojení obyčejné diody v propustném směru s odporem. Jen řeším otázku - bude mít takové zapojení diody dobrý stabilizační účinek? To aby mi to "předpětí" moc necouralo.

[jef111]

Objevil jsem příčinu kmitání.
Je to velkou nelinearitou (typu nasycení) regulace při výstupním napětí blízko nule. Problém je hlavně v tom, že záporná větev z principu nikdy nemůže dosáhnout absolutně nulového výstupního napětí, protože saturační napětí Q2 nikdy nemůže být nula. V kladné větvi to nevadí, protože díky zapojení regulačních trandů je na kolektoru Q1 vždy o cca 1,3V (2x U b-e) více než na výstupu. Ale proto že mám v záporné větvi výkonový regulák NPN, je zapojený obráceně a tedy má emitor proti vstupu a ne proti výstupu jako v kladné větvi. Proto se žádné 2x U b-e v záporné větvi nekoná a na výstupu je ještě o malinko větší napětí (asi o 10mV), jako na kolektoru Q2.
Nabízí se možnost řešení - přivést do emitoru Q2 malé kladné napětí. Napadá mě sériové spojení obyčejné diody v propustném směru s odporem. Jen řeším otázku - bude mít takové zapojení diody dobrý stabilizační účinek? To aby mi to "předpětí" moc necouralo.

[EKKAR]

Bude to courat s teplotou - jako každý PN přechod. Ta dioda by musela být tepelně vykompenzovaná na co nejnižší tepelnou závislost. Myslím, že tudy cesta nevede.

[EKKAR]

Bude to courat s teplotou - jako každý PN přechod. Ta dioda by musela být tepelně vykompenzovaná na co nejnižší tepelnou závislost. Myslím, že tudy cesta nevede.

[jef111]

Teď jsem to zkusil a na tepelné závislosti celkem nezáleží, regulační smyčka rozdíl dotáhne. Jenže je problém že tou diodou musí téct velký proud, musí být o něco větší než ten, který teče tranzistorem. Pak je na sériovém odporu strašná výkonová ztráta a to se mi moc nelíbí. Hlavně kvůli uvolněnému teplu které rozhodně nepomůže tepelné stabilitě celého zapojení.

[jef111]

Teď jsem to zkusil a na tepelné závislosti celkem nezáleží, regulační smyčka rozdíl dotáhne. Jenže je problém že tou diodou musí téct velký proud, musí být o něco větší než ten, který teče tranzistorem. Pak je na sériovém odporu strašná výkonová ztráta a to se mi moc nelíbí. Hlavně kvůli uvolněnému teplu které rozhodně nepomůže tepelné stabilitě celého zapojení.