Ontwikkeling van de NA-01 Lab Voeding

Nou, ik zit op het puntje van m'n stoel alvast.

Wie had het over autorouters? Ik kan dat nergens terugvinden. Dit zijn nou typisch van die dingen die je niet met een autorouter doet. (Wat doe je dan wel met een autorouter? Bijna niks, hoewel ik hem weleens misbruik voor een deelschakeling/fan-out, zoals onder een high-pitch BGA wegkomen.)

Een ringkern trafo is ook lichter, heeft een hogere inschakelstroom, en heeft een grotere bandbreedte dan een klassieke trafo.
Door die grotere bandbreedte worden storingen uit het 230V net wat gemakkelijker doorgelaten.
Een voorregeling om dissipatie te begrenzen zou ik m.b.v. alleen trafowikkelingen bij of afschakelen maken.

Ik ben ook met een voorregeling bezig, eerst met de simpel switcher LM25xx serie van TI, die draaien op 150Khz en daar komt best nog veel "troep" uit.

Nu heb ik een printje met de MP2307, deze werkt op 340Khz en is een stuk "schoner", nadeel is de maximum ingangs spanning van 23V. Hier wil ik dan nog een lineare regeling achter zetten zoals in dit topic besproken wordt. Een voeding van 0 - 15V 3A lijkt me op deze wijze prima te realiseren.

De andere optie voor een voorregeling is een "dure" trafo met aftakkingen en relais, een complexe secundaire regeling met thyristor brug, smoorspoel en grote afvlak elco a la Delta of een primaire regeling met triac a la elektuur welke ik jaren terug eens gebouwd heb en resulteerde in DC door de trafo.

Een trafo met twee aftakkingen is eigenlijk al ongeveer standaard, en echt moeilijke schakelingen heb je niet nodig om tussen wikkelingen te schakelen ( een relais zou kunnen .... maar dat is vies )

Je zou zelfs met een enkele wikkeling weg komen ( spanningsverdubbeling )

Been there, done that.

Met middenaftakking :

De verdubbelaar is niet veel moeilijker, die gebruikt twee mosfets maar daar heb ik even geen krabbel van online.

Hi,

rbeckers
Wat de bandbreedte van de ringkerntrafo betreft ben ik niet zo bang.
Bij een normale trafo is het magnetische strooiveld veel dominanter.
Het is vrij lastig een positie te vinden waarbij de gevoelige electronica geen last ondervind van het veld van de transformator.
Mijn grote ervaring wat bouwen van microfoon voorversterkers betreft helpt hierbij

Roland
De voorregeling met een Switcher heb ik hier al in een voeding zitten.
Dit is toch wel zeeeer lastig om het schoon te houden.
Veel spoelen stralen als vuurtorens, zelfs met Mumetaal kreeg ik die voeding niet zo stil als ik wou.
De enige oplossing was een redelijke afstand tussen de Switcher en de lineare regelaar,
maar dat ging niet i.v.m. het nogal kleine kastje waar het in gemonteerd zit.

Trafo aftakkingen kan ook met een relais, daar zie ik geen echtprobleem in, behalve dat ik het graag electronisch oplos.

Mijn voorkeur gaat uit naar een regelaar d.m.v. een Thyristor of een FET die de bufferelco volstort,
zover dat nodig is voor goede werking van het lineare regeldeel.

De Thyristor wordt aangestuurd door het verschil tussen de ingang en de uitgang van de lineare regelaar,
dus bij b.v. minder dan 4V verschil gaat de Thyristor weer gelijden zolang nodig.

De Thyristor duuwd de lading via een ringkernspoel van rond de 1mH de bufferelco in.
Dit systeem met de 1mH spoel geeft weinig storing, maar ik moet hiermee nog wat meer testen doen.
HP / Delta en meerde fabrikanten gebruiken dit systeem ook om de dissipatie te begrenzen.

Het geheel moet wel aan mijn eisen blijven voldoen, misschien kom ik toch wel weer uit bij 1 of twee transfomatoren met relais, we zullen het zien.

Sine
Mijn eerstegedachten gingen uit van een 2x 6V wikkeling voor de stuurelectronica.
Dit wordt nu 2x 9V en als je kijkt naar het punt waaruit de stroombron
uit gevoed word, dit is aan de ingang van de 5V referentie.
Hier is dus een hoger spanningsniveau aanwezig dus ook meer ruimte om de FET aan te sturen.
Het type waar ik mee ga testen geeft bij 4.5V al een Drainstroom van bijna 20A.
Bij "normaal" gebruik is de Gatespanning rond de 3.5V van de IRFP064.
Hierbij moet natuurlijk de spanning over de Sense weerstand worden opgeteld samen met de "dropout spanning" van de stroombron.
Dit gaat allemaal getest worden...

Ik ga nu eerst het stukje met de 5V referentie en C1, C3 en de 8ma Stroombron testen.
Dit om te kijken hoevel rimpel ik over hou op C3 en hoe groot de bandbreedte is.
Ik bedoel, hoeveel van stoorsignalen uit het net nog doordringen na de stoombron en aan de uitgang van de 5V referentie.

De eerste verandering aan het schema heb ik al gedaan.
De Spanningspotmeter is een 20K 10 slag geworden i.p.v. 10K.
Hierdoor gaat de belasting van de 5V referentie omlaag en loopt er ook minder stroom door de eventuele te gebruiken sense leidingen.

Er is een diode toegevoegd bij de TIP142 om te zorgen dat bij foutcondities de basisspanning niet negatief kan worden.

Of D11 en D12 gebruikt gaan worden hangt van de gebruikte opamps af.

Het is trouwens opvallend hoevel onderdelen er al in zitten, alleen al ter bescherming van de voeding en/of de aangesloten schakeling.
En dan ben ik nog niet eens klaar...

D5, D6, D7, D8, D9, D10 en D11.
2x Ferrite Bead
C10 en 13

Het aangepaste voorlopige schema.

Mooi, nu weer aan het werk...

Gegroet,
Blackdog

Ik heb enkele jaren geleden met voorregelingen zitten spelen om de dissipatie in de pass transistor te beperken. Thyristors in de brug viel mij tegen vanwege de viezigheid die wordt geproduceerd. D'r kwamen dan weer dikke smoorspoelen bij extra afvlak elco etc.
Het ging een stuk beter met een Mosfet tussen de brug en de afvlak elco die werd afgeschakeld als de afvlak elco op spanning was en aangeschakeld op de nuldoorgangen van de wisselspanning (tip van iemand hier op het forum). Was een handje vol onderdelen enn gaf een vrij nette regeling. Het is al weer een tijdje geleden en ik heb er geen schema meer liggen (en voeding is bij een vriend in gebruik).
Rene

D5 zit verkeerd om.

Hi,

rbeckers
Ik schaam mij diep probleem aangepast!

Animal64
Ik zou graag een voorbeeld zien van die voorregeling.
Dat principe van voorregeling ken ik van schakelingen gemmaakt door Jim Williams.
Met Thyristoren moet je een spoel in serie gebruiken en natuurlijk je bedrading goed routeren.

Gegroet,
Blackdog

Nog een discussiepunt.

M.b.t. de Mute schakeling.
Is het niet beter om de uitgang m.b.v. een relais uit te schakelen?

Edit:
Benaming D11 of D16?

[Bericht gewijzigd door rbeckers op woensdag 9 januari 2013 15:12:04 (11%)

@rbeckers
Weer een elektromechanisch ding er in, er is een plaats en een toepassing voor die dingen. Maar dit is er niet een

@zwartehond
-Waarom de U potmeter niet in de voedende kant zetten en waar nu de potmeter zit een vaste weerstand ?

-De mute zou je ook kunnen bouwen door R3 te openen

-De uitgangs C moet nog een stuk kleiner kunnen zonder het ding te instabiel te maken.

-Als je R14 voor de shunt zet ( dus aan de emitter van de pass transistor ) kun je deze zonder problemen wat kleiner maken zonder dat je daarmee je stroom meting teveel beïnvloed.

de uitgang wordt bij vrijwel elke goede voeding met een relais geschakeld , vanwege de degelijkheid en omdat een halfgeleider altijd dissipatie heeft en niet betrouwbaar is om iets echt uit te schakelen .

een relais om de trafo tabs te schakelen werkt ook prima , de bufferelco vangt dat schakelen prima op , heb onlangs m'n voeding volgens elektuur 82 schema veranderd en het eea op de uitgang met de scope gemeten gehad , wat je goed op de scope ziet is als het uitgang verschil onder de 7v van de bufferelco voeding komt , dan krijg je een vertekend scoopbeeld..

@Sine
Ik kom die "elektromechanisch ding(en)" toch vaak tegen in meetapparatuur.
Maar het hangt af aan welke eisen de voeding, in dit geval de uitgang, moet voldoen. Een ander punt is bijv. een TVS diode aan de uitgang.

Hi,

Het gaat goed zo, veel input

Mute schakeling
Ik heb een lichte voorkeur om het op mijn voorgestelde manier te doen.
De rede is ondermeer dat de regellus behouden blijft en op mijn manier
de voeding snel uit te schakelen is en rustig weer inschakeld,
iets meer controle dan de door Sine voorgestelde onderbreking van R3.
Het schakelen van R3 zet ik zeker op mijn lijstje van te testen aanpassingen.

Uitgangscondensator
Het verkleinen van de uitgangscondensator is al een van mijn uitganspunten,
ik ben al blij als de 5A versie waar ik max. mee ga testen het met 220uF goed doet.

R14
R14 zit er nu even op die plek in, ik had in de eerste versie er een stroombron ingetekend Sine,
op de plek waar jij aangeeft dat R14 met een kleinere waarde zou kunnen worden aangesloten.

Met de stroombronversie ( ik denk aan 30 tot 50mA ) regeld de voeding ook bij kleine belastingen mooi, dat heeft dus mijn voorkeur.

rbeckers
Er zijn nog diverse onderdelen die nog in de basisschakeling komen.
Zoals MOV, C's over de brug e.d. die nu nog niet in het tijdelijke schema staan.
Dat is ook niet nodig voor het testen van de performance.
Deze komen later in het schema te staan.

U potmeter
Sine wat is het voordeel om de potmeter van plaats te wisselen met R15 in het schema?

Gegroet,
Blackdog

Zoals schema gezegd niet direct bij de hand en reverse engineeren lukt ook niet op korte termijn. Even uit mijn hoofd. Comparator vergelijkt signaal na pass transistor met signaal (over een zener) voor de afvlak elco. De zener bepaald het spanningsverschil benodigt om de afvlak elco weer bij te laden (en dus ook de dissipatie in de pass transistors). Bij mij was dat 4V7 als ik me goed herinner.

De comparator stuurt dan de Mosfet tussen de gelijkrichterbrug en de afvlak elco open maar alleen na een nuldoorgang en sluit weer als het spanningsverschil (uitgang pass transistor - afvlak elco) kleiner is dan de zenerspanning.

Gevolg van de schakeling is wel dat de stromen in de gelijkrichterbrug behoorlijk kunnen oplopen dus daar moeten zwaardere diode exemplaren. Als je nog kleinere waarden neemt voor de zener dan wordt de marge bij grotere stromen te klein. Bij mijn applicatie speelde dat geen rol maar als je echt een degelijke labvoeding wil neerzetten moet je daar wel rekening mee houden.

Laten we beginnen bij de doelstelling: wat is de reden van deze oefening? Uiteraard is het gewoon een leuke uitdaging, en absoluut bijzonder leerzaam, en dat kan natuurlijk reden genoeg zijn om iets dergelijks te ondernemen, maar is er nog een andere reden? Wat is er uniek aan dit ontwerp, waarin moet het uitblinken? Ik ken maar weinig zelfbouw ontwerpen met voorregelingen, afgezien van het omschakelen van een gelijkrichter of transformator wikkeling.

Ik heb hier een 40V/40A voeding staan van Sorensen, waarbij volgens mij de primaire kant van de transformator wordt geschakeld als voorregeling, met een lineaire regeling erachter; het kan dus wel.

Ik vraag me af of je niet op een of andere simpele manier die DC offset actief weg zou kunnen regelen? Misschien iets simpels als een weerstand in serie, met een RC filter, en een opamp die de gemiddelde spanning over die weerstand op 0 probeer te houden of zo.

Een andere mogelijkheid zou een complete switchmode primaire regelaar te maken, dus direct de ingang gelijkrichten en schakelen, als het moet met meerdere kleine trafo's, in fase verschoven om de rimpel kleiner te maken. Dit is natuurlijk een relatief complexe oplossing.

Ik vraag me af of je een paar (2 of 3) transformators zou kunnen gebruiken in flyback mode, waarbij je voor elke transformator een halve brug gebruikt aan de primaire kant; een kant van de transformator aan de + van de buffercondensators, en de andere kant trek je eerst laag tot de gewenste stroom loopt, en op dat moment zet je die MOSFET uit en de bovenste aan, waarmee je effectief de primaire kant kortsluit, waardoor de stroom blijft lopen (langzaam afneemt), maar niet aan de secundaire kant gaat lopen. Op het moment dat je stroom aan de secundaire kant wilt, sper je beide MOSFETs, waardoor hij secundair door een diode gaat dumpen. Op die manier zou je ervoor kunnen zorgen dat er altijd een transformator aan het dumpen is, waardoor de stroomrimpel beperkt blijft, en daarmee ook de spanningsrimpel. Filtering is natuurlijk nog steeds nodig, maar wellicht iets gemakkelijker.

Ik denk dat je er bij het ontwerpen van de lineaire regelaar wel rekening mee moet houden dat je in het geval van een kortsluiting voor korte tijd de maximale spanning over en de maximale stroom door de pass transistor krijgt, die daar dus wel tegen moet kunnen.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op woensdag 9 januari 2013 21:01:45 (33%)

Hi SparkyGSX,

Mijn doelstellingen heb ik aan het begin van dit topic al uitgelegt.
Even dan nog in het kort.
Onberispelijk stabiel, zowel stroom als spannings regeling.
Binnen 1mV drift na 15 minuten opwarmen
Uitgansweerstand beneden 0.001 Ohm DC.
Snel reagerend op wisselende belastingen.
Lage ruis.
Geen computer sturing, makkelijk te bedienen potmeters.

Door middel van Foto's geef ik uitleg geef hoe te bedraden, dit maakt namelijk veel uit betreffende performance/specificaties.

Vermogensverlies dat niet te groot is, dus een voorregeling die NIET staat te schreeuwen en ook niet te complex is.

Ik wil dat de gemiddelde hobbyist/prof begrijpt wat hij aan het bouwen is.
Ik doe mijn best om uit te leggen waarom ik bepaalde keuzen doe.

Verder hoor ik graag wat anderen voor opmerkingen/aanvullingen hebben zodat dit ontwerp voor velen intressant is om na te bouwen en hiermee en voeding krijgen die de grote merken wat specificaties naar de kroon steekt

Deze avond metingen gedaan aan het voedingsdeel betreffende de + en - 5V voeding en Stroombron.
Morgen meer hierover.

Gegroet,
Blackdog

Zeg maar gewoon 'je' hoor black

Die inschakeling met R3 is ook vrij zacht, zeker met C9 in plaats, ik heb ooit iets dergelijks gemaakt met een transistor van het led knooppunt naar massa, dat is heel wat minder subtiel ... maar werkte prima.

Nee niet met R15, maar met R13, dan kun je die potmeter ook elke waarde geven die je wilt, en er net als de stroom een 10u C overheen hangen.

ELV heeft meerdere voedingen gehad die grofweg volgens deze constructie gebouwd waren, maar die staan niet meer online omdat ze niet meer verkocht worden, misschien is dat interessant leesvoer.
( ik heb ze ooit met voorbedachte rade opgeslagen )

Deze is wat uitgediepter :
http://www.gigawatts.nl/co/div/ELV%20dual%20Voeding.pdf
Nog wat spannender, een 10A uitvoering :
http://www.gigawatts.nl/co/div/ELV_10A%20_Voeding.pdf
En een digitale uitvoering ( met spannings gestuurd analoog deel )
http://www.gigawatts.nl/co/div/ELV_cpu_voeding_vcontrolled.PDF

Zoals schema gezegd niet direct bij de hand en reverse engineeren lukt ook niet op korte termijn. Even uit mijn hoofd. Comparator vergelijkt signaal na pass transistor met signaal (over een zener) voor de afvlak elco. De zener bepaald het spanningsverschil benodigt om de afvlak elco weer bij te laden (en dus ook de dissipatie in de pass transistors). Bij mij was dat 4V7 als ik me goed herinner.

Hmmm, zoiets heb ik hier eerder gezien, zoek, zoek, Bingo:

Bron: http://www.circuitsonline.net/forum/view/44966/2

<edit>

Bij nader inzien is het 'm niet helemaal, ik zoek nog even verder...

Hier staan ook nog 2 leuke shema's in ter inspiratie:

http://www.elektor.nl/forum/forum/algemene-forums/elektronica-algemeen…

Die specificaties had ik al gelezen, maar wat zijn de werkelijke prestaties van andere bekende ontwerpen, zoals de bekende ELV, elektuur '84, en het CO ontwerp?

De belangrijkste eis aan de voorregelaar lijkt me dat die weinig ruis bevat binnen een bepaald frequentiegebied. Hele hoge frequentie zijn vrij eenvoudig passief te onderdrukken, en hele lage frequenties kunnen onderdrukt worden door de regellus. Alles daartussen is moeilijker.

Hi SparkyGSX,

Wat de specificaties zijn van de voedingsbouwers, kijk eens naar verschillende modellen.

Je zal verbaasd zijn hoe slecht het meestal gespecificeerd word.
Deze komt regelmatig voor Ri 0.005 Ohm + 10 mV.
Stabiliteit bij wisselende belastingen zie ik alleen bij b.v. Agilent en b.v. Delta.
De manier van meten wordt al helemaal niet omschreven, behalve bij veel oude HP/Harrison modellen.

Er wordt erg veel marketing blabla ten toon gespreid over allerlei functies die de meesten nooit zullen gebruiken.

Het is nu juist de bedoeling dat dit een schone voeding wordt ook als ik een voorregelaar ga gebruiken.
De mechanische opbouw is hierbij erg belangrijk en dit wil ik ook laten zien

Gegroet,
Blackdog

Ik heb laatst een voeding gemaakt en op de achterwand 2 processor koelblokken met fan opgezet. Die zitten in zowat alle oude computers vanaf Pentium 4 en AMD K6. Die heatsinks kunnen zo'n 70W aan warmte wegstoken. En met een NTC regeling hoor je ze niet draaien bij lage belasting.
Ga je de sense aansluitingen naar buiten uitvoeren?

Hi Raaf,

Daar ga ik wel mee testen, met sense leidingen van zeg 1M.
Ik wil namelijk graag weten hoe goed het pulsgedrag blijft bij de langen kabels.
Daar heb ik nog nooit aan gemeten, vandaar.

Ik denk ook veel na over het referentie deel, en de waarde van de weerstanden die de stroom ene spanning instellen.
Dat heeft allemaal zijn invloed op de stabiliteit en hoe goed de sensing gaat werken.

Ik heb gisteren da eerste metingen gedaan aan de +5 en -5V voeding.
Ik wil dit zo simpel mogelijk houden maar wel goede onderdrukking vanuit het net.
Met wat groter waardes voor de bufferelco's behaalde ik mooie resultaten.
De elco's zijn wel wat groot voor de bijna 20mA dieer loopt maar omdat de elcos maar 16V hoeven te zijn vind ik het geen probleem.

Ik heb de testschakeling natuurlijk ook aan de moduleerbare Harrison voeding gehangen
en voor de gene die denken dat storing uit het net in mijn referentie schakeling komen... no way!

Waar ik wel nog aan gedacht heb is dat de 5V referentie (LT1021) uit een ongestabiliseerde spanning komt.
Maar omdat deze referentie ongeveer 1ppm per volt "Line Regulation" heeft denk ik niet dat het een probleem is.
Wel wil ik er rekening mee houden dat er een Maxim of een Ref5050 van TI in komt, en dat moet dan ook goed werken.
De REF5050 is wat "Line Regulation" zelfs beter dan de LT1021.
Beslissingen. beslissingen beslissingen...

Vandaag even geen foto's, ben een beetje kapot van het werk en daarna sporten.

Heer Sine
Nog mijn dank voor de links, ga ze vanavond even doornemen.
Waar ik rekening mee moet houden is dat als ik snellere bipolaire opamps gebruik,
dat de biasstromen van de snellere types altijd vrij hoog zijn.
Met daarbij ook meer stroomruis enz.
Ik wil daarom de impedanties aan de ingang van de spanningsopamp
niet te hoog hebben.
Verder is de techniek die je voorsteld uit een ELV schema met 1 component meer.
Ik wil zo min mogelijk componenten hebben die de stabiliteit kunnen aantasten.
Ik heb uiteindelijk voor een 20K 10-slag potmeter gekozen om voor
de gene die een 30V bereik willen hebben er nog voldoende resolutie
aanwezig is om de spanning met een redelijk grote knop binnen een paar mV in te stellen.

Het komt allemaal neer op de balans tussen dynamisch gedrag, DC stabiliteit, goed verkrijgbare onderdelen enz.

Nu even een zoekactie doen voor Fred, die heeft oud zand nodig om snel te kunnen pulsen

Gegroet,
Blackdog

Als het kan zou het mooi zijn als je de stroom in preset mode kan instellen. Dus zonder eerst te moeten kortsluiten en dan de stroom instellen. Maar via een schakelaar op preset zetten en dan af regelen.

Of het instelbare stroombereik met de potmeter aan de lage kant fixeren op 5mA. Handig om snel LEDS te testen zonder voorschakelweerstand.