ontwerp labvoeding

Tip @ schema: Scheidt hoofdstroom en stuurstroomcircuit en teken opamps niet recht op. D2 kan in serie met Q1, C5 is idd slecht voor het regelgedrag.

[Bericht gewijzigd door Henry S. op zondag 3 juni 2007 17:15:50 ]

Vanavond of morgen zal ik proberen het schema duidelijker te tekenen met je tips, Henry.
C5 is dus nog een punt om op te letten: Een te grote waarde zorgt ervoor dat de ontlaadtijd te groot is, een te kleine waarde vermindert ruis minder goed. Ik kan sowiso R3 nog wat verkleinen om de ontlaadtijd te verkorten. Ook zal ik C5 weer verkleinen.

Als ik D2 in serie met Q1 zet, verminderen dat ook niet de prestaties van de stroomregeling? Als ik de LED aan de basis van Q1 zet gaat deze tor volledig in verzadiging, waardoor de tor minder snel kan schakelen. Of maak ik ergens een redenatiefout?
Als R16 bijna helemaal naar beneden is gedraaid en ik zet de LED in de collector van de transistor, dan werkt de stroombegrenzing toch niet meer goed, omdat de spanning niet meer kan dalen?

[Bericht gewijzigd door atom op zondag 3 juni 2007 17:46:19 ]

Wat is je Vin min ?

Ouderwetse 7805 trekt dacht ik 10ma, samen met 1ma die je gebruikt * 560 ohm wordt dat ruim 6V. dus kom ik op minimaal 18V.

Kan je niet beter een 7805 vinden die je Vin max trekt? Scheelt ook weer twee componenten?

Is het niet een idee om nog een 10uF condensator over de uitgang te zetten voor de demping van de snelle uitgangs belasting dipjes?

Is het niet een idee om nog een 100nF // 10uF condensator paartje over de ingang te zetten?

Als ik me niet vergis gaat je "stroomberenzing aan" ledje niet werken. Stel je spanning staat op 10V, de stroom op 1A en je sluit een 2 ohm weerstand aan. Dan krijg je dus Vout= 2V. De spanning over C5 is dus 0.54 volt. De spanning over de loper van R16 wordt 2.7V voor 10V uitgangsspanning. De stroom door R3 is dan 0.46 mA. De versterking van Q1 is (minimaal) 200, dus door de basis van Q1 loopt rond de 2.3 uA. De spanning over z'n basis weerstand wordt dus rond de 23 mV. Pak hem beet 0.623V aan de uitgang van IC2. Niet genoeg voor het ledje.

Oh. Reken ook eens door wat er gebeurt als je transitor Q1 in verzadiging wordt gestuurd. Bij een stroombegrenzing van 2A gaat het goed. Dan trekt ie C5 helemaal leeg en Vuit- wordt net als de top van C5 0.2V t.o.v. de aarde.

Met een gewenste stroombegrenzing van 0.5A komt er volgens mij nog steeds 0.2V op Vuit- te staan, oftewel 2A uitgangsstroom. De opamp IC2 ziet van "dat is veel te veel", maar het lukt niet om Q1 voldoende uit te sturen om de spanning laag genoeg te krijgen. Hmmmm. Is het een idee om daar een MOSFET voor te nemen? Ben je van dat gezeik af!

Zoals reeds duidelijk heb je "gezeik" als je de shuntweerstand in je GND leiding zet. Heeft er iemand ervaring met dit in de V+ leiding doen? Er zijn volgens mij Opams te vinden waarbij de ingang best rond de voeding mag liggen. Anders moet je een weerstandsdeler maken, en de onnauwkeurigheid daarin, tezamen met de offsetspanning van de opamp vertaalt zich in een lastig af te regelen stroombegrenzing.

Ik heb de indruk dat er een opamp in de stroombegrenzing uitgespaard kan worden, als je de versterking af laat hangen van je stroombegrenzings potmeter.

[edit] Henry's suggestie over D2 in serie met Q1 snap ik ook niet. In de basis gaat ie niet aan bij 0.23 uA. Dat zie je eventueel alleen in het pikke donker. In de emitter of collector vererger je het probleem met dat je geen kleine stroombegrenzing kan instellen.

Op 3 juni 2007 17:15:18 schreef Henry S.:
C5 is idd slecht voor het regelgedrag.

Ik kreeg met een soortgelijke opzet oscillaties als de stroombegrenzing ingreep. Door C5 te vergroten verdween dit gedrag. Nu blijft er --als de stroombegrenzing actief is-- enkel een rimpel van 0.05V over, die duidelijk afkomstig is van de spanning over de buffer-elko's.

Op 3 juni 2007 17:41:00 schreef atom:
[...]
Als ik D2 in serie met Q1 zet, verminderen dat ook niet de prestaties van de stroomregeling? Als ik de LED aan de basis van Q1 zet gaat deze tor volledig in verzadiging, waardoor de tor minder snel kan schakelen. Of maak ik ergens een redenatiefout?

Nee, dat klopt, i stand corrected.
Maar je aanname is niet 100%, zie rew.

@rew: Shunt in de pos of neg leiding, ik heb beiden gebruikt, in de pos leiding zal deze een drop veroorzaken die afhankelijk is van de belasting, maar dat is weer te omzeilen om deze binnen de regeling te houden.
In de neg leiding kan dat niet en zal je altijd een drop houden.

CA3140's zijn btw rail-to-rail.

R4 staat btw wel verkeerd getekend en moet na het regelgedeelte, dus rechts van R2 komen, anders staat je gnd referentie te dansen op de belasting.

Zoals reeds duidelijk heb je "gezeik" als je de shuntweerstand in je GND leiding zet. Heeft er iemand ervaring met dit in de V+ leiding doen?

Zoek eens op "high side current monitor"

Op 3 juni 2007 17:47:50 schreef pros:
[...]
Ik kreeg met een soortgelijke opzet oscillaties als de stroombegrenzing ingreep. Door C5 te vergroten verdween dit gedrag. Nu blijft er --als de stroombegrenzing actief is-- enkel een rimpel van 0.05V over, die duidelijk afkomstig is van de spanning over de buffer-elko's.

Ik heb in m'n schema wat compensatie c's:

http://plaatjes.kg-uitdaging.nl/2010.jpg

Disclaimer: Dit schema is oud.

Op 3 juni 2007 17:41:00 schreef atom:
Vanavond of morgen zal ik proberen het schema duidelijker te tekenen met je tips, Henry.
C5 is dus nog een punt om op te letten: Een te grote waarde zorgt ervoor dat de ontlaadtijd te groot is, een te kleine waarde vermindert ruis minder goed.

Ruis ?

in principe moet je daar iets van 0.1u of kleiner kunnen neerzetten.
Waarschijnlijk is het geen ruis wat je ziet maar staat het ding te oscilleren.

Je zult waarschijnlijk de opampjes wat moeten dempen, een 100p C-tje eroverheen.

Kijk hier eens voor een voorbeeld :
http://www.elv-downloads.de/service/manuals/22532_Universelle_Netzteil…

-edit-

henry was me voor ( hoewel mijn ELV constructie wat overzichtelijker is )

moet R4 niet tussen R2 en C5 ? Dan wordt die spanningsval gecorrigeerd bij toenemende belasting, maar "zweeft" je ref niet.

Sine heeft mij ooit eens de tip aangebracht om de regel opamps met een bvb +-15V te voeden rond de uitgangsspanning, en dat omdat opamps vaak niet meer dan 40à44V willen zien als voedingsspanning. Als je de voeding 0-20 gaat bouwen heb je dat probleem nog niet. Met 0-35V zit je wel al dichter tegen de grenzen van de opamps...

Misschien een ceetje van 100n over R2 om je spanningsregeling te vrijwaren van reactie op ruis ?

Op 3 juni 2007 17:06:12 schreef atom:
Ik zie nu dat ik dat idd verkeerd gedaan heb. Ik heb het aangepast, en ter beveiliging meteen een diode toegevoegd.

[afbeelding]

je stroommeting is verkeerd. nu meet je de stroom van de voeding zelf oo mee.
die sense weerstand moet vlak aan de uitgang staan.

ene ca3140 heeft ene cut-off input.
smijt die bc550 weg. je kan de ene opamp rechtstreeks de andere laten sturen ( ik dacht dat het pin 5 was van die 3140.

voordele van die cutoof is dat die 'geleidelijk gaat'

jouw stroom regeling is veel te 'hard'

Op 4 juni 2007 16:17:01 schreef free_electron:
[...]
ene ca3140 heeft ene cut-off input.
smijt die bc550 weg. je kan de ene opamp rechtstreeks de andere laten sturen ( ik dacht dat het pin 5 was van die 3140.

voordele van die cutoof is dat die 'geleidelijk gaat'

Pin 8, zie m'n schema.

Ik heb nav jullie opmerkingen het volgende aangepast:
- Sense weerstand na het regelgedeelte. Ik snap nu waarom het mis gaat als ik deze meetweerstand voor of in het regelgedeelte zet.
- Stroombegrenzing maakt nu gebruik van de strobe ingang van de Ca3140 (pin 8), hierdoor kon R3 verwijderd worden. Van ic2 heb ik de + en - omgedraaid om de stroombegrenzing correct te laten functioneren.
- In het schema de hoofdstromen duidelijk naar voren laten komen.
- stroom begrenzing LED aangepast. Ik zag net dat dit niet goed gaat werken omdat de ca3140 maar 1mA kan sinken. Hier ga ik nog een PNP transistor voor gebruiken.
- 100pF capactiteit over IC3 gezet
- 100nF capaciteit over R2

Kan ik de emiterweerstanden veilig verkleinen naar 0.1 ohm ipv 0.22 ohm? .1 ohm leek mij zelf erg weinig om de stroom tussen de 2 torren goed te verdelen, maar omdat Henry .1 ohm in zijn schema gebruikte neem ik aan dat dit ook voldoende is?

Schema:

[Bericht gewijzigd door atom op dinsdag 5 juni 2007 00:28:42 ]

Weer een update...

Ik heb de meetweerstand achter de emitterweerstanden gezet, zodat de meetweerstand geen invloed heeft op de uitgangsspanning, als er opeens meer stroom geleverd moet worden. Dit heb ik gedaan met een differentieelversterker.

Ook heb ik de LED aangestuurd. De huidige oplossing is niet echt elegant (de voeding direct vanaf de afgevlakte trafo spanning halen), maar ik vroeg me af of de basis vd tor het wel leuk zou vinden als ik daar meer dan 20Volt op zou zetten (voedingspanning opamp), terwijl op de emitter 5 Volt staat. Dus heb ik het maar zo gedaan. Ik kwam namelijk niet echt tot een goede oplossing met een zener en dit zou ook moeten werken.

Nog opmerkingen?

Ube is 0,7V, dus denk om Ubc en R12!

Maar waarom kan je dat niet voeden met 5V of 12V?
Wat is de voeding van de opamps?

[Bericht gewijzigd door Henry S. op zaterdag 9 juni 2007 04:04:15 ]

Je zou je stroom ook over R10 of R7 kunnen meten, dan kun je R3 weer weglaten. Je moet dan wel weer de versterking van IC4 of waarde van R11 aanpassen.

En heb je rekening gehouden met de spanning op de + ingang van IC4? Als je die niet met de hoofdspanning voedt gaat het met deze R5/R8 niet goed werken bij hoge spanningen.

Ik vroeg me af of de PNP transistor het wel leuk zou vinden als er op de emitter +5Volt staat en op de basis een grotere spanning. De PN junctie tussen basis en emitter staat in sper, maar dat is niet het geval met de junctie tussen basis en collector.
De opamps voed ik met de afgevlakte trafo spanning; ongeveer 20-25 Volt. Als ik de emitter aansluit op 5 Volt, is de spanning op de basis van de PNP dus hoger dan de emitterspanning. Volgens mij gaat dat niet goed, of heb ik het mis?

Ik zie nu dat ik beter ook een weerstand tussen basis en emitter kan zetten.

Ik heb ervoor gekozen om de stroom over een aparte weerstand te meten. Als een 2N3005 meer geleidt dan de andere (afwijking emitterweerstand), is de stroommeting minder betrouwbaar dan in de huidige versie.

[Bericht gewijzigd door atom op zaterdag 9 juni 2007 13:37:15 ]

Dan zet je een diode van de emitter naar de basis, zo dat deze geleidt als de tor dicht is: nooit meer dan -0.7 V over de basis.

Edit:
Maar wat is de functie van D2? Branden als de stroom wordt begrensd? Nu doe ie het omgekeerde. Maar daar gaat het niet om.
Nog wel een kleine kanttekeing bij het bovenstaande. Als je dit doet ga je de 5V lijn "optillen". Hiervoor gaat je 7805 compenseren, maar dan moet de belasting in verhouding groter zijn dan het vermogen van de verhogende bron. Die bron is nu IC2 en de impedantie R12. De belasting is niet meer dan wat potmeters. Ik zou R12 dus verhogen, die 557 versterkt minimaal 400x volgens de datasheet.
En wat ga je nu op die emitter zetten? 5V of je trafospanning. Want het laatste staat in je tekening.

[Bericht gewijzigd door Goeievraag op zaterdag 9 juni 2007 15:27:20 ]

Het 5 Volt verhaal was vooral een reactie op Henry.

Ik merk nu op dat er een fout in mn schema zit. Als de spanning over R3 groter is dan een ingestelde spanning zou de stroombegrenzing in werking moeten treden. Het tegenovergesteld gebeurt nu. Ik moet de + en - ingang van ic 2 dus omdraaien. Dan schakelt de tor ook goed.
Ik heb net nog eens in mn componentenbak gekeken. De bc557 wordt een B type, ipc een C.

Het werken met PNP transistor was nog vrij nieuw voor mij. Na enige zelfstudie kwam ik erachter dat het nog steeds niet klopt:
- Als Vin 25 Volt is, dan zou de basisstroom 24.3/10k=2.4mA zijn. Hfe is 220-475, dus zou de collectrostroom veel te groot worden! Die 10k had ik ook maar zomaar gepakt, omdat dit meestal goed gaat (bij lage spanningen...)
- R17 is niet noodzakelijk, maar verhoogt de stabiliteit van het geheel. R17 wordt vaak 10x R12 gekozen en had ik eerst heel vaag en verkeerd berekend.

Voor R12 heb ik nu de volgende waarde genomen:
Vin=25Volt, Vbasis=24.3Volt
Ic=20mA. De minimale hfe is 220 --> ib=0.02/220=91uA
R12=24.3V/91uA=267k -->270k

Op wat voor voltage moet de uitgang van IC2 staan om de stroom te begrenzen? Stel dat je de stroom begrenst op 1A. Gaat ie dan meteen op GND staan? Ik neem aan dat als je ingang 8 van IC1 naar gnd trekt de schakeling minder spanning gaat geven. Als ie op 15V uitgangs spanning staat afgeregeld, en 1A max stroom, en je belast hem zodanig dat als de spanning naar 14V zakt, er maar 1A overblijft, ook dan wil je "overstroom" ledje aanhebben. Dus 23.4 volt over je bassis weerstand is wat overdreven.

Zolang de stroom regeling: "MEER STROOM" roept (maar de schakeling dus de spanning begrenst) moet je ledje uit. Verder moet ie eigenlijk meteen aan.

Kortom, als je daar een 10k basis weerstand inzet is dat volgens mij beter. De tor zal dan bij 24V over de 10k weerstand dus 2.4ma basisstroom krijgen. Maal 220 is 500ma collector stroom. Hier gaat hij z'n best voor doen. Maar dat lukt niet. Dit heet "verzadiging". de Collector-Emitter spanningsval is ongeveer 0.2V en de stroom wordt door het ledje en z'n serieweerstand begrensd tot wat je door je ledje wilt hebben (in dit geval 20V/2k = ongeveer 10ma).

Ik heb het aangepast. Ik verwacht dat als de stroombegrenzing actief is, de LED heel snel aan en uit gezet zal worden. Omdat de transistor in verzadiging is, zal de LED vaker aan dan uit zijn en dit knipperen zal ws sneller gaan dan 60hz. Dus het oog denkt dat de LED constant brandt.

Verder heb ik D4 toegevoegd. Als de uitgang van IC2 hoog was, had dit invloed op IC3. Dit is uiteraard niet de bedoeling.

Ik heb verder nog een vraag: In het boek 'the art of electronics' staat een voeding beschreven die vrij veel lijkt op dit ontwerp. Daar is een load van 100mA voor de eindtorren geplaatst, om de performance van de voeding te behouden bij een lage uitgangsspanning en stroom. De pass-transistoren (IRF 430 mosfet's) blijven dan goed in hun active region. Ook in het schema van Henry, dat hij op pagina 1 postte, staat zo'n vaste belasting.
In bijvoorbeeld de bekende labvoeding uit de elektuur van dec 1982 is er echter geen standaard load aanwezig (muv een 4k7 weerstand). Dit bracht me aan het twijfelen over de noodzaak hiervan. Kunnen jullie me helpen?

Is volgens mij een bleeder.

@Sine: Even de bron van m'n schema opgezocht, het is orgineel eentje met thyristor en mosfet. (86018)

Ok. Ik wist niet dat jouw schema oorspronkelijk ook bedoelt was voor MOSFET's. Dat verklaart de zeer grote gelijkenissen tussen jouw schema en die uit the art of electronics.
Ik heb net nog eens wat BJT en MOSFET literatuur nagelezen, maar zie dat bij gebruik van BJT's zo'n grote load (bleeder) niet noodzakelijk is, maar bij MOSFETS wel (om de mosfet's in saturatie te houden).

Binnenkort ga ik onderdelen bestellen, zodat ik kan beginnen met de bouw van dit ontwerp.

Op 13 juni 2007 23:32:32 schreef atom:
Ok. Ik wist niet dat jouw schema oorspronkelijk ook bedoelt was voor MOSFET's. Dat verklaart de zeer grote gelijkenissen tussen jouw schema en die uit the art of electronics.

Nee BJT, de thyristor/mosfet regeling is een door Sine vervloekte voorregeling om de dissipatie te verlagen, al is dit net een andere voorregeling. Je gaat namelijk je ingangsspanning verlagen door te hakken, met veel rommel tot gevolg, wat weer gefilterd moet worden.

Van de print afgezaagd en ritueel verbrand heb ik dat

Mwoehahahaa zal ze leren...

( hoewel in "mijn" schema bdv95's zitten )

[Bericht gewijzigd door Sine op donderdag 14 juni 2007 01:28:09 ]