Ontwikkeling van de NA-01 Lab Voeding

blackdog

Golden Member

Hi Benleentje,

Nee,
De voorregeling geeft geen noemenswaardige extra verliezen in de trafo!

Als je ook nog de electronische brugschakeling toepast zoals ik die heb aangegeven.
Heb je uiteindelijk maar hele kleine verliezen voor een lineaire voeding en een zeer schone voeding als je mijn aanwijzigingen opvolgt.

Gegroet,
Blackdog

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Het gaat met name om de voorregeling van dit ontwerp.
Om de dissipatie laag te houden.
De lineaire spannings- en stroomregeling wil ik digitaal proberen aan te sturen met een arduino-nano en DAC's.

Op 29 juli 2015 20:56:15 schreef BenI2C:
Ik was van plan dit ontwerp te gebruiken in een benchvoeding maar begon te twijfelen bij de laatste info van "Kruimel".

Op 29 juli 2015 21:25:33 schreef blackdog:
Met de laatste post van Kruimel ben ik het niet eens, ik denk daat hij het een en ander verkeert interpreteerd, of ik begrijp hem niet goed ;-)

Als ik wat tijd heb zal ik even proberen opnieuw te formuleren wat ik bedoelde te zeggen, want het is inderdaad niet helemaal duidelijk. Laat ik hier duidelijk zijn: ik kan geen gat schieten in de methoden en resultaten van Blackdog. De kwestie die ik wilde adresseren (de grootte van de piekstromen) is geen relevante factor voor het nabouwen. Ik heb het hele topic gelezen, en ik ben er van overtuigd dat je van alle meetresultaten die Blackdog heeft gepost uit kan gaan en als je het bouwt zoals hij zal de werking ook wel vergelijkbaar zijn. Mijn commentaren kan je derhalve negeren.

Indertijd was ik begonnen met een (iets anders opgebouwde) schakeling om metingen te doen, want gewoon iets roepen is natuurlijk leuk, maar hier geldt natuurlijk: results, or it didn't happen! >:-) Het printje ligt nu met 17 van de 99 componenten op mijn bureau stof te vangen. Als ik meer informatie/resulaten heb zal ik dat posten in een nieuw topic. Mijn schakeling verschilt teveel van die van Blackdog om daarvoor zijn topic te kapen. ;-) Ik zal wel er wel even naartoe linken als het zo ver is.

Groet,
Kruimel

Zolang door piekstromen bijv. de trafo niet in verzadiging gaat, maakt het weinig uit.

Hallo Blackdog,

Ik zit er over te denken om je labvoeding na te bouwen.

Ik heb alleen een vraag over de werking. Ik snap niet precies hoe de schakeling rondom de LM317 de spanning naar 0v brengt. Kan iemand dit ophelderen? Op den duur laad C9 toch op?

//edit
Ik ben uitgegaan van NA-PSU-SCH-17.gif

blackdog

Golden Member

Hi necessaryevil, :-)

Ik had al ergens verteld dat ik dit nog moest aanpassen in het schema...
De onderdelen dienen er voor samen met de LM317 om altijd een stroom uit de voeding te trekken.
Hierdoor is het dynamische gedrag beter en de voeding gat sneller naar "0" toe als je hem Mute.

Voor het Muten hat ik ook een dikke FET aan de uitgang getekend, deze ga ik niet meer plaatsen.
Dat kan voor te bveel problemen gaanzorgen als b.v. een gebruiker weer eens niet nadenkt als hij/zij zonder diode (effe snel) zeg een accu wil laten.
Na een uurtje kijk je weer naar de accu stroom en je denkt klaar en drukt op de Mute knop.
Die dikke Fet over de klemmen trekt dan vrolijk je accu weer leeg of erger...
Ik zal deze week het schema even aanpassen.

De negatieve voeidnh had ik in mijn testschakeling gevoed uit een extra wikkeling die ik over de ringkern had gelegt.
Deze creeerde na gelijkrichting een volt of 5 á 6, dat is voldoende om de LM317 te laten werken en niet te hoog om boven de maximale voedingspanning van de LM317 te komen.

Ik zal nu ook hieronder even wat plaatjes laten zien hoe het niet moet *grin*
Ik heb mijn grote dummy load een beetje omgebouwd en deze op een aantal voedingen getest.
Dat geeft een vrij goed beeld van de dynamische capaciteiten van deze voedingen.

Laten we met de RIGOL DP832 beginnen, dit is een voeding met in mijn ogen een vreemde interface.
Ik heb deze gekocht omdat ik een uitlezing wilde hebben op 1mA en 1mV, dit samen met het weergeven van het opgenomen vermogen aan een bepaalde uitgang, en daar voorziet deze voeding in.

Na een aantal keren gebruiken, blijkt het niet allemaal zo mooi te zijn als je uit de folder en mensen die hem "testen" blijkt.
Er is een vreemde kopeling tussen de middelste en de rechter (5,3V Max Voeding)
De massa's hangen hiervan aan elkaar "You Must Be Out Of Your Vulcan Mind!"
Knoeiwerk van die Chinesen!
Het zou echt een diepte investering zijn geweest om alle drie de voedingen zwevend te maken "NOT"
En zo zijn er meer fratsen van deze voeding, zoek er maar eens naar...

Maargoed het gaat nu even over het Dynamische gedrag van een aantal voedingen en dit zijn de plaatjes van het dynamische gedrag van de DP832A.
Bij bijna alle plaatjes is de piekstroom 0,8-Ampere, behalve bij de laatste, deze HP voeding heeft een kleiner stroombereik en die meting is bij 0,6-Ampere gedaan.
Dit is het gedrag van de meest rechter uitgang, de 0 tot 5,3V uitgang, ingesteld op 5,3V
Er is weer gepulst met mijn standaard puls met 10% Duty Cycle en 400Hz.
Geel, kanaal-1 geeft de stroom weer die uit de voeding getrokken wordt, het "0" niveau is ongeveer 100mA en de piekstroom zit rond de 800mA.
Kanaal-2 geeft het AC signaal aan op de uitgang van de voeding, je kan aan de piek zien hoe snel de voeding is
en het stukje tussen de neergaande piek en de positieve piek geeft de Ri aan bij wisselende belastingen.
Geel is 200mA/Div en blauw meestal 50mV/Div, let op deze schalen bij verschillende voedingen.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-01-PSU/Puls-RigolDP832-5,3V-0.8APiek.png

Dit is de middelste voedings aansluiting, deze kan dus van 0 tot 30V bij Max 3 Ampere.
Dit riekt naar kapot gecompenseerd...
Kijk naar de lange uitslinger tijd en dan vooral t.o.v. de plaatjes hieronder van de HP voeding.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-01-PSU/Puls-RigolDP832-20V-Midden-0.8APiek.png

Deze uitgang is ietsje beter dan de middelste, maar heeft weer een hoge Ri.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-01-PSU/Puls-RigolDP832-20V-Links-0.8APiek.png

En hoe doen de oudjes het...
Hier een van mijn DELTA E030-1 voedingen, kijk nu komen we in de goede richting :-)
http://www.bramcam.nl/NA/NA-01-PSU/Puls-Delta-E030-1-20V-0.8APiek.png

WOW DELTA HORROR!!!
Dit is de DELTA ES030-5 voeding, dit is een switcher met de daarbij behorende belabberde dynamische gedrag...
Let op de schalen!
http://www.bramcam.nl/NA/NA-01-PSU/Puls-Delta-ES030-5-20V-0.8APiek.png

En dan nu twee plaatjes van een HP voeding, de HP-6237A en ik heb de 18V uitgang getest en de positieve 20V uitgang.
De 18V uitgang haalt bij lichte belasting ook 20V en dat is ook gebruikt bij deze meting.
Zie hoe mooi snel de regeling is, door de interne bedrading is jammer genoeg de Ri wat aan de hoge kant voor de snelheid van de regeling.
Door de bedrading te optimaliseren zou ook de puls nog kleiner worden
http://www.bramcam.nl/NA/NA-01-PSU/HP-6237A-20V-0.8APiek.png

Dit is een van de 20V uitgangen en wel de positieve, de stroom is terug gebracht tot een niveau wat de voeding aankan,
verder prachtig pulsgedrag.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-01-PSU/HP-6237A-20V-0.6APiek.png

Dat "ringen" dat je op mijn metingen ziet, is daar met opset :-)
Ik heb een goede kwaliteit 6,8uF over de aansluitklemmen staan van mijn Dummy Load.
Dit geeft samen met de overgebleven inductie van de 2x 0,5M getwiste aansluitkabels deze ringing.

Welke plaatjes zijn er nu volgens mij het beste...
Dat is de DELTA E030-1 en de 20V uitgang van de HP6237A, hierbij zie je snel regelgedrag en weinig ringing.

Bij de RIGOL zie je geen ringing, dat is dan een goede voeding? NEE, hij is bagger traag!

Gegroet,
Blackdog

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Heb je je met dezelfde opstelling ook een plaatje van je eigen voeding? k ben wel benieuwd hoe veel beter een zelfbouw voeding kan zijn. :)

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.
blackdog

Golden Member

Hi Shock6805,

Je kan natuurlijk terug kijken in dit topic, maar omdat het zondag is zal ik je het makkelijk maken :-)

Degegevens staan in het plaatje, de pulsstroom is hier dus veel hoger en je kan zien dat tussen de pulsjes het lijntje mooi in het midden blijft zonder te zakken.
Voor de indruk...
Voor de eerlijkheid, als ik het goed heb zat de scoop waarmee ik dit meette aan de achterzijde van de stekkerbussen en datscheedl rond de 1-mili Ohm aan Ri.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-01-PSU/NA-PSU-30.png

Gegroet,
Blackdog

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Oh dear, staat het er al in? ik vind het niet direct (ik heb wel maar een aantal pagina's terug gekeken, omdat ik er vanuit ging dat je de meting zou gedaan hebben bij de laatste versie van de voeding.)

Bedankt voor mijn zondag's geschenkje. ;)

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.
blackdog

Golden Member

Hi Shock6805,

Je kan natuurlijk terug kijken in dit topic, maar omdat het zondag is zal ik je het makkelijk maken :-)

De gegevens staan in het plaatje, de pulsstroom is hier wel een stuk hoger en je kan zien, dat tussen de pulsjes het lijntje mooi in het midden blijft zonder te zakken dat betekend een lage dynamische Ri.
Voor de eerlijkheid, als ik het goed heb, zat bij de meting uit 2013 de scoop aan de achterzijde van de stekkerbussen aangesloten en dat scheelt rond de 1-mili Ohm aan Ri.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-01-PSU/NA-PSU-30.png

Gegroet,
Blackdog

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
blackdog

Golden Member

Hi,

Que!!!

Ik moet stoppen een Tabled computer te gebruiken als ik iets wil posten of aanpassen, is te vaak mis gegaan... :-)

Kan een van de forum Goden dit even oplossen?

Dank en groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Ik heb nog even een overzichtje met de specs van diverse op amps gemaakt. De specificaties van de NE5532 zijn goed over de hele linie.

[Bericht gewijzigd door necessaryevil op 30 november 2015 10:35:53 (30%)]

blackdog

Golden Member

Hi necessaryevil,

Leuk lijstje, het is zinnig het met nog een item uit te breiden.
Dat is de fase ruimte in graden bij "0" dB gain, dat vind je in de datasheet bij de meeste opamps.
Hoe hoger dit getal, des te stabieler de voeding/versterking.
De echt goede hebben zelfs 120-Graden met nog steeds een goede bandbreedte.(dat zijn er maar heel weinig)

De ADA4077 is een goede mix van veel specificaties, maar als het goed is wist je als, dat deze opamp een van mijn lievelingen is ;-)

Gegroet,
Blackdog

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Ik had even gemist dat de ADA4077 een van je favorieten was, nouja, min of meer wist ik dat wel, anders had je 'm niet overwogen voor de NA-01. Zie je nou veel verschil als je die er inzet i.p.v. de NE5532? Ik kende overigens wel de LTC2057 als een van jou favorieten.

//edit
Even kijken of ik het snap. In het onderstaande plaatje uit de datasheet van de LM4562 staat dat bij 30 MHz een gain van 0 dB hoort. De phase lag is dan 120°. Klopt mijn idee dan dat de phase margin 180-120 = 60° is?

//edit 2
Mensen (lees: Texas Instruments) moeten echt eens leren om spaties tussen duizendtallen te zetten!

blackdog

Golden Member

Hi necessaryevil,

De Bodeplot is erg belangrijk voor voedingen, en wat ik ergens anders ook al eens geschreven heb dat de meeste voedings bouwers er niet mee geconfronteerd willen worden...

Eigen schuld, dikke bult ;-)
Regelloops bij voedingen zijn nu eenmaal lastig en het dan zijn het ook nog 2 loops ook.

En goede voeding is inherent stabiel en daar bij maakt het niet uit wat voor soort belasting de voeding ziet.
Ook als je over gaat van de u loop naar de i loop en anders om.

Alles wat je binnen een loop hangt, geeft vertraging, dat maakt het fase gedrag slechter en geeft meer ringing en dan uiteindelijk generatie verschijnselen.
Als je de documentatie leest die in dit topic staat vind je al deze info en ook hoe je het kan testen.

Wat betreft mijn voeding, met de ADA4077 opamp is de DC output stabieler.
Voer een normale LAB voeding niet zo intressant, maar als je b.v. een variabel spannings referentie maakt zoals hier ook op stapel staat geef ik voorkeur aan de ADA4077.

De door mij voorgestelde schakeling met een NE5532 heeft mijn voorkeur omdat hij met dynamische belastingen wat beter is dan de ADA4077.
Maaarrrr, als jij wilt spelen met andere opamps, laat dan eens zien wat je resultaten zijn.

Negeer niet mijn Power transistoren opset, vragen of een 2N3055 of een MJE2955 ook kan ga ik niet beantwoorden omdat de bouwer dan niet van dit soort schakelingen begrijpt...
Ook het netwerk over de uitgangsklemmen is van belang, dat ga ik misschien nog iets aanpassen.
Dit omdat ik nu een Spectrum Analyser heb die ik vanaf een tiental Khz goed kan gebruiken voor metingen aan dit netwerk.
De truc zit er ondermeer in goede demping te hebben maar ook ruimte te laten voor de loopgain boven de zeg 50Khz.
Dit verlaagt de Ri in de hogere frequenties en als de opamps goed zijn gecompenseerd heb je dan maar een hele kleine overshoot.

Op het ogenblik denk ik aan meerdere printen voor dit ontwerp.
Nee, dat gaat niet goed op één printje...

1e print
De actieve brugcel met het LT IC, + 2x buffer elco.
Kleine trafo voor het voeden van de referentie.
Misschien ook de vermogens begrenser er bij op dit printje, zie een stukje terug in dit topic voor wat ik bedoel.

2e
Dan de hoofdprint

3e
Het printje dat achter op de aansluitbussen komt.

Moet eerst nog een beslising nemen over welke software ik wil ga gebruiken
voor het tekenen van de printen, zoals Kicad, en noem maar op.
Komende maand valt de beslissing hierover en dan zal ik eens wat tonen als printontwerp.
Ik denk dat het bijna 20 jaar geleden is dat ik mijn laatste printontwerp gemaakt heb.
Dat was met het Nederlandse product Layo van de heer Baas, niet zo lang geleden de dongel in het grijze archief gedonderd :-)
Deze software had voor mij een zeer prettige interface, bijna alles kon je doen met een drieknops muis.
Een maal gewend hieraan ging je als een speer!

Nu weer aan het werk,
Gegroet,
Blackdog

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Ik ben ook al bezig aan een pcb! Althans, ik ben je schakeling eerst aan het natekenen in multisim, zodat ik dat kan vertalen in een print in ultiboard. Ik zie wel hoever ik kom, misschien heb jij eerder iets af. Dat vertrouw ik dan toch wat meer.

Gelukkig heb ik niet meer gevraagd of de transistoren kritisch zijn, ik had dit niet verwacht en ik schaam me nu een beetje. Maargoed, die 2N3055 is natuurlijk wel hoogbejaard.

//edit
Voor de LT4320 heb ik al wel een print gemaakt.

blackdog

Golden Member

Hi necessaryevil,

Schaamte is niet nodig, er zijn trouwens ook oude transitoren die snel zijn...
Deze zijn echter niet goedkoop te verkrijgen, maar die types die ik gekozen heb wel.

Ga er vanuit, dat als je een schakeling ziet van een ontwerper die kennis van zaken heeft ( nou een beetje dan ;-) )
dat de componenten in die schakeling, met zorg zijn uitgezocht.

Algemeen
Als men echt iets wil leren, dan stop men met de gedachte's: Ooo.. ik heb nog wat IC's/transitoren liggen, die kan ik ook wel gebruiken!
Eerst zal de gene die iets gaat nabouwen moeten begrijpen hoe de schakeling in elkaar zit, grokken!
Dit voor er onderdelen kunnen worden aangepast, heeft de gebruiker er maling aan, dan is een instabiele schakelingen gegarandeerd, murphy rules! :-)
Wil hij of zij dit niet, bouw dan de schakeling zoals opgegeven.
Bovenstaande heb ik niet verzonnen, maar al vele malen tegen gekomen in mijn vak als Electronicus en in de IT.
Knoeien schijnt de norm te zijn i.p.v. doordachte aanpassingen. <= mijn 2 cent :-)

Power transistoren
De door mij opgegeven power transistoren moet je ook niet door nog snellere typen vervangen,
dit kan onverwachte generaties geven.

Verschil tussen de transistoren
Een 2N3055 heeft een Ft van ongeveer 1Mhz (hangt de versie af en de fabrikant)
Een 2SA1943 zit rond de 25 a 30Mhz.

De HFe van de 2N3055 is zo krom als een hoepel en bij 5-Ampere mag je blij zijn dat je 45 haalt.
De HFe van de 2SA1943 is vrijwel plankrecht tot 8-Ampere en bij 10 Ampere ongeveer 50x en de 2N3055 haalt net 4x bij 10-Ampere.
SOA van de 2SC1943 is 40V bij 4-Ampere, de 2N3055 is bij 40V ongeveer 2,8 Ampere.

Conclusie het is een heel andere transitor dan de 2N3055 en zijn kornuiten!
Onder een Ferrarie zet je ook geen Dirk van de Broek bandjes.
en over de remschijven zullen we het al helemaal niet hebben :-)

Nu niet de conclusie trekken dat je niets mag veranderen!
Ik doe niet anders, maar denk wel na waarom een betreffend component, bepaalde specificaties heeft.
Dan kijk ik of het beter kan en of ik hiermee niet iets anders overhoop gooi.
Dat meet ik dus allemaal, dit om zekerheid te krijgen of het nog steeds goed is of beter is geworden.

Veel van wat ik hier laat zien heb ik niet helemaal zelf uitgedacht, en ik heb het al vaker gezegt: "i am standing on the shoulders of giants"
En daar is niets mis mee, gebruik de kennis van anderen en pas dit toe in jouw schakeling, met een win-win resultaat als het goed is :-)

Print
Ik zie graag hoe je de print opbouwd, als je bezig bent denk vooral om waar de stromen lopen.
De weerstanden/condensatoren aan de opamp ingangen horen daar vlak bij te zitten.
Dus niet aan een inverterende ingang een baantje van meerder cm en dan de weerstand plaatsen.
Kijk naar de compensatie capaciteiten deze zijn rond de 68 en 180pF, en een tiental extra pF tast het dynamische gedrag aan.
Dus alles vol gooien met een massavlak is niet wijs, met zorg uitzoeken hoe en waar een massavlak te plaatsen. (waar gaan de stromen lopen?)

Wil je hele goede HF blokkering in de referentie voeding, dan kan je kijken in het schema van de Miedema 10Mhz OXCO.
Gertjan laat hier zien hoe je praktisch alle HF filterd, voor je de LM317 ingaat.
Natuurlijk wel zo de weerstanden schalen voor de gebruikte stroom, ik verbruik niet meer dan 30mA in de referentie schakeling.
De voeding van de Miedema print trekt bij aanzetten zeker 600mA.
Deze aanpassing hoeft niet, maar je mag best op de schouders van Miedema leunen ;-)

Gegroet,
Blackdog

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
RAAF12

Golden Member

Op 30 november 2015 15:26:12 schreef necessaryevil:
Voor de LT4320 heb ik al wel een print gemaakt.

Let ook even op de ontkoppeling de 1µF ceramic moet zo dicht mogelijk bij het IC geplaatst worden.
http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/4320fb.pdf bladzijde 7
Gelukkig zit OUTP en OUTN naast elkaar op het IC.

Let ook even op de ontkoppeling de 1µF ceramic moet zo dicht mogelijk bij het IC geplaatst worden.
http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/4320fb.pdf bladzijde 7
Gelukkig zit OUTP en OUTN naast elkaar op het IC.

Ja, daar heb ik rekening mee gehouden, het lezen van datasheets en manuals dat wordt er hier op het forum met de deegroller ingeslagen, haha. En terecht.. Nouja, als het niet over een magnetron of broodrooster gaat.

Er zitten twee condensators op de pcb, een kerco van 1µF (naast het ic) en een eindje verder een 100 uF (o.i.d.) elco. De grotere elco's komen niet op het bord. Dit lijkt op het eerste gezicht onhandig door de langere draden, maar ik wou voor een project chassis mount elco's gebruiken die nogal groot zijn. Bovendien kun je alles behoorlijk kort houden door de goede kastopstelling: de print is 5x5cm dus die kan je gewoon bovenop de elco zetten.

Hallo Blackdog,

Ik heb het schema nagetekend. Ik heb het circuit rondom de IRFP2907 mosfet weggelaten, het circuit genaamd "power off glitch protection" zit er wel in. Was dit de bedoeling?

M'n lijstje opamps heb ik ook nog bijgewerkt.

blackdog

Golden Member

Hi necessaryevil,

Ik zie net pas je opmerkingen omdat mijn mail adres 2 dagen offline was door een grote storing op de mailserver van mijn provider...

Ik kijk later vandaag even naar jouw versie van het schema :-)

Gegroet,
Blackdog

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Oke, nog een paar kleine aanpassingen om duidelijk aan te geven wat niet op de print komt. Nog een vraag. Welke ferrietkralen heb je in gedachten? Is het type kritisch?

Opmerkingen:

  • blauw = met footprint. Zwart = zonder, komt dus niet op de print
  • Ik ben best wel eigenwijs geweest en ik heb twee 1µF keramische condensatoren gebruikt voor de ontkoppeling van de NE5532. Dit in plaats van de twee 4,7µF elco's.
  • De gelijkrichters en elco's zitten niet op de print om AC verweg te houden
  • Omdat de elco's niet op de print zitten heb ik "C3B en C4B" toegevoegd (bij de LT1021)
  • Ik heb geen elco toegevoegd bij de "hoofdvoeding", ik neem aan dat C10 deze taak al heeft.
blackdog

Golden Member

Hi necessaryevil,

Nog steeds te weinig tijd, alleen nu even tijdens de lunch...

De ferrietkraal zou ik er een nemen met een nemen met een redelijk hoge impedantie rond de 100Mhz.
Type nummers heb ik nog niet uitgezocht voor de ferriet kralen.

Je schema kan ik niet goed lezen, stuur mij desnoods via e-mail een grote versie...

Daarna kijk ik voor je hoe je wijzigingen de performance kunnen aantasten.

Gegroet,
Blackdog

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Ik doe het even met een linkje naar dezelfde afbeelding. Je kunt zoomen door op control te drukken
en tegelijkertijd te scrollen. Hij blijft gewoon scherp.

//edit
Ik heb 'm ook nog even naar je mail gestuurd.