Elektuurvoeding '82 digitaal regelen.

Om te beginnen moet ik tot mijn schande toegeven dat ik de "beroemste aller voedingen" zelf nooit gebouwd heb. De reden dat ik er een topic over start, is het feit dat ik al een paar (2, dus :-) ) mails heb ontvangen met de vraag of die voeding digitaal kan gestuurd worden. "Nee" was dan mijn antwoord. P1 in het Elektuur-schema fungeert immers als regelbare weerstand - je stelt met de loper geen spanning in.

Maar het idee bleef in m'n hoofd zitten. En misschien heb ik wel te vroeg "nee" geroepen.
Om uit te leggen hoe het dan (misschien) wel kan, heb ik een sterk-vereenvoudigd schema getekend, waarop enkel de belangrijkste onderdelen van de spanningsregeling terug te vinden zijn:

http://prosje.be/CO/Schemas/ElektuurvoedingEenvoudig.png

De werking is heel wat eenvoudiger dan het originele Elektuur-schema doet vermoeden:
De 723 zorgt voor een stabiele, vaste referentiespanning van 7.15V.
De inverterende ingang v/d opamp ligt aan de GND van het regelgedeelte.
De opamp gaat nu de eindtorren open sturen tot de stroom door P1 gelijk is aan de stroom door R1. Dan is namelijk de spanning op het knooppunt R1/P1 gelijk aan de spanning op de inverterende ingang: 0V tov. GND.

Als we nu de 723 een stabiele 5V laten produceren en daarmee een DAC voeden, bekomen we een stabiele instelbare referentiespanning. P1 vervangen we door een vaste weerstand van 70k, waarmee meteen de maximum uitgangsspanning bepaald wordt: 35V bij een referentiespanning van 5V.
Nu kan de DAC al het werk doen, gestuurd door een µC naar keuze.

Als iemand fouten in mijn gedachtengang of adders onder het gras ontdekt, hoor ik het graag.

Prosper, yop la boum, c'est le roi du macadam (aldus Maurice Chevalier)

Misschien wat makkelijk gedacht, maar kun je die potmeter niet gewoon vervangen door een digitale potmeter.

Maak me niet gek, ik ben al gek.

Ja, als je over een digitale potmeter beschikt die met 35V (en liefst iets meer, om wat reserve te hebben) overweg kan. Had je een bepaald type in gedachten?

Prosper, yop la boum, c'est le roi du macadam (aldus Maurice Chevalier)

Ik zou ook voor een digatale potmeter gaan. Helaas zijn er bijna geen digitale potmeters die hoge spanningen kunnen hebben. Mijn korte zoektocht leverde op:
Maxim: Tot 30 volt
Microchip: Tot 5.5 volt
Intersil: Tot 5 volt

Een DAC is ook een mogelijkheid. Wel meer werk voor de code, maar heeft ook een hogere resolutie.

Denk simpel, doe moeilijk

De AD5290 van Analog Devices kan max. 30 Volt aan, met een resolutie van 256 stappen. Dus uitgaande van een maximum uitgangsspanning van 30V kan deze ingesteld worden met een nauwkeurigheid van 0,117V.

Daarmee wordt het bijv. al moeilijk om exact 3,3V in te stellen. Liever had ik gezien dat de nauwkeurigheid wat hoger kwam te liggen.
Of de max. uitgangsspanning moet beperkt worden tot 25,6V. Daarmee stijgt de nauwkeurigheid naar 0,1V zodat 3,3V wel goed is in te stellen.

Het zou nog mooier zijn wanneer de nauwkeurigheid nog iets groter zou kunnen worden. Kan iemand nagaan of het voorstel van Pros uitvoerbaar is.

[Bericht gewijzigd door Frysk op maandag 14 juli 2008 19:10:00 (13%)

Kom, laten we geen daglicht verknoeien
marcob

Golden Member

@Pros: Je verhaal om de referentie spanning te regelen, zou volgens mij wel eens kunnen werken. Ik loop zelf ook al een hele tijd met de gedachte om de voeding digitaal regelbaar te maken. Zelf gebruik ik het onwerp al een jaar of tien. Dus vond het wel eens tijd voor een verjonging ;-)

Heb een tweede voeding al in onderdelen liggen, dus zal het eens meenemen om de referentie te regelen. Een kijken hoe stabiel de voeding blijft en dergelijke.

People tend to overestimate what can be done in one year and to underestimate what can be done in five or ten years

Ik was ook al aan het overwegen om, voortbouwend op het Elektuur-schema, zoiets te ontwikkelen. Ik denk dat de regeling heel wat rustiger zou zijn dan bij m'n huidige labvoeding.

Voorlopig heb ik dit kladwerk op papier staan voor een hypotetische 50V-voeding:
http://prosje.be/CO/Schemas/50VoltVoeding.png

D'r zit wel een addertje onder 't gras: de GND van het digitaal gedeelte is verbonden met de positieve uitgang. Dat kan problemen geven, als je de voeding via een RS232-lijn wil aansturen.
Een optische scheiding in de RS232-lijn lijkt me dan meer dan wenselijk.

Pros

Prosper, yop la boum, c'est le roi du macadam (aldus Maurice Chevalier)
marcob

Golden Member

Het 'probleem' met de massa had ik al gezien, dat wordt nog een leuke uitdaging. Ik speel ook met de gedachte om de uitlezing ook via een PIC te doen, dan heb je ook het massa probleem.
En dan ook nog de voeding dubbel uitvoeren, dan hebben we een hele leuke uitdaging.

People tend to overestimate what can be done in one year and to underestimate what can be done in five or ten years

Is het niet veel makkelijker om een potmeter aan een servo vast te maken? Een servo is heel makkelijk te besturen.

Huidig project: Hexapod

Nee, dat is niet bruikbaar. Mijn huidige labvoeding (0 ... 32V) kan ik instellen in stapjes van 1mV. Dat lukt nooit met een servo en een potmeter; tenzij je die op 0.0085 graden nauwkeurig kan instellen.

Prosper, yop la boum, c'est le roi du macadam (aldus Maurice Chevalier)

Voor zover ik het Elektuur verhaal uit mijn herinnering haal had deze opzet diverse voordelen waaronder dat het voor de regellus niet uitmaakt welke spanning is ingesteld, het niet doorversterken van ruis op de referentie en zo nog wat.

Het lijkt me dat je de voordelen van deze opzet wel wilt behouden, anders is een andere, eenvoudiger uit te voeren schakeling waarschijnlijk net zo goed.

[edit]
Als je nu eens ipv de potmeter in het E. ontwerp een eenvoudige "5V" elekronische pot neemt aangevuld met de nodige door relais te kiezen serieweerstanden om zo de gewenste bereiken te realiseren ?

[Bericht gewijzigd door Aart op woensdag 16 juli 2008 16:18:53 (21%)

Je bedoelt zoiets:
http://prosje.be/CO/Schemas/ElekVoedingP1.png

Dat lijkt me ook een bruikbare oplossing voor de TS. Ik heb er een zenerdiode bijgeplaatst ter beveiliging. Met alle schakelaars (relais) open is de uitgangsspanning hoog. Als je dan plots naar een lage spanning wil (alle schakelaars gezamelijk sluiten) zou er anders kortstondig een ongemakkelijk hoge spanning op de elektronische potmeter komen te staan.

Prosper, yop la boum, c'est le roi du macadam (aldus Maurice Chevalier)

Idd, zoiets, of binair. Denk om de toleranties, misschien afregelen of wegijken in de software.

Er zal om dezelfde reden als de zener liefst ook wat geclamped moeten worden bij de opamp, maar dat me lijkt niet zo een bezwaar.

Een weerstanden-bank lijkt mij een goede oplossing, maar zoals aart zij zit je weer met tolleranties, hoe werkt zo'n digitale potmeter dan? misschien dat je dit softwarematig kunt maken..

Printje geëtst hebben? mail me! | Even the invisible must be perfect | Ook een Meetsnoeren ophangrekje
Printje geëtst hebben? mail me! | Even the invisible must be perfect | Ook een Meetsnoeren ophangrekje

Ik heb momenteel dit:
http://prosje.be/CO/Schemas/Analoog.png

De spanningsregeling werkt perfect.

De stroombeperking misdraagt zich. De originele Elektuur-aanpak --de uitgang van IC7 laten ingrijpen op de basis van T1-- gaf een 50Hz-rimpel van bijna 100mV op de uitgang. C3 verhogen van 56p naar 100n gaf enige verbetering. Ik laat nu de uitgang van IC7 de uitgangsspanning v/d spannings-DAC naar beneden trekken. De rimpel is nu gezakt tot zo'n 30mA. Nog steeds niet zoals het zijn moet...

Prosper, yop la boum, c'est le roi du macadam (aldus Maurice Chevalier)

Goed initiatief, ik ben er zelf ook ooit aan begonnen maar heb het niet afgemaakt omdat ik hem eigenlijk dubbel wilde uitvoeren met een processor, maar het massa-verhaal werd toen erg lastig...

Over de rimpel: De opzet van de elektuur zou mijn voorkeur hebben, twee regelaars achter elkaar is lastiger qua stabiliteit. Je creert hiermee een tweede orde systeem.

Misschien kan je proberen de oorzaak van de oscillatie te vinden. Je kan proberen of de elektruur-configuratie, ook rimpel heeft wanneer de spanningsregeling niet aangekoppeld is.
Daarnaast:
-Heeft de grootte van je uitgangscapaciteit invloed op de rimpelfrequentie?
-Heb je geprobeerd de gain van de tegenkoppeling in de stroomregeling kleiner te maken? Heeft dit invloed op de rimpel frequentie?

btw: Ik geloof dat elektuur heeft ooit een oplossing met pwm gemaakt. Nummer Januari 2002.
Succes!

Op 7 augustus 2008 16:23:37 schreef JoVi:
-Heeft de grootte van je uitgangscapaciteit invloed op de rimpelfrequentie?

Niet op de frequentie, wel op de aplitude v/d rimpel. Maar ik hou de uitgangs-C liefst klein.

-Heb je geprobeerd de gain van de tegenkoppeling in de stroomregeling kleiner te maken? Heeft dit invloed op de rimpel frequentie?

Een weerstand van 680k tussen uitgang en inverterende ingang van IC7 doet de boel pas echt oscilleren...

Prosper, yop la boum, c'est le roi du macadam (aldus Maurice Chevalier)

Op 7 augustus 2008 16:33:45 schreef pros:
Niet op de frequentie, wel op de aplitude v/d rimpel. Maar ik hou de uitgangs-C liefst klein.

Goed uitgangspunt in mijn ogen.

Een weerstand van 680k tussen uitgang en inverterende ingang van IC7 doet de boel pas echt oscilleren...

Ok. Naar mijn idee is het dan geen oscillatie waarin de regelkring voor de stroom betrokken is.

Waarmee voed je dit circuit? Wellicht een stomme vraag, maar is het geen toevallig geen 100Hz rimpel, afkomstig van de gelijkrichter + condensator?

De netfrequentie zal er ongetwijfeld voor iets tussenzitten. Hoe? Dat is me niet duidelijk.

De opamps krijgen +15V en -5V (gestabiliseerd) uit een eigen trafo. De 5V voor het digitaal deel is weliswaar afgetakt van die +15V, maar het verbruik daarvan is miniem. De achtergrondverlichting v/h LCD en een koel-fan worden uit dezelfde trafo gevoed, maar via een afzonderlijke regelaar.

Het power-deel bestaat uit een 300VA-trafo, een dikke gelijkrichterbrug en 3 elco's van 4700µF. Die verdenk ik niet ernstig. De rimpel op de uitgang doet zich ook voor als de stroombegrenzing op 100mA is ingesteld.

[Edit] De amplitude v/d rimpel neemt toe, naarmate de stroombegrenzing meer moet ingrijpen:
U (ingesteld) = 24V, R = 12R, I max = 1A, rimpel = nihil
U (ingesteld) = 24V, R = 12R, I max = 0.1A, rimpel = ±30mV

Ik zet er maar ± bij, want in zijn laagste bereik, en met kortgesloten probe, toont de scoop al een ruissignaal van ±10mV.

[Bericht gewijzigd door pros op donderdag 7 augustus 2008 18:52:08 (22%)

Prosper, yop la boum, c'est le roi du macadam (aldus Maurice Chevalier)

Zou die stroom DAC misschien liever iets(meer) stroom leveren?
Is het waarschijnlijk ook wat minder gevoelig voor storingen van buitenaf.

Met geld moet je creativiteit bekopen.

De stroom-DAC hoeft helemaal geen stroom te leveren. Enkel een spanning die niet belast wordt; de ingangsimpedantie v/d CA3160 bedraagt immers 1.5TΩ.

Prosper, yop la boum, c'est le roi du macadam (aldus Maurice Chevalier)

Op 7 augustus 2008 20:07:12 schreef pros:
De ingangsimpedantie v/d CA3160 bedraagt immers 1.5TΩ.

De suggestie van Jouke dan ook dat het wellicht verstandig is om de DAC wel een minimale stroom te laten leveren om stabiel te werken. De hoog-impedante ingang pikt misschien 'iets' op.

Je voeding voor de opamps + digitaal vertrouw ik wel, goed ontkoppeld neem ik aan.
Je zou de DACs kunnen vervangen door een weerstandsdeler, om daar uit te sluiten dat daar iets mis gaat.
Wat gebeurt er wanneer je de vermogensvoeding vervangt door een labvoeding? Heb je er dan nog last van?

Overigens is 30 mv over een weerstand van 12R bij 100mA: 3e-2/(12*1e-1) * 1e2 = 2.5%.

2 digitale potentiometers van elk max 30V in serie?
-> ook hogere resolutie

aansturing zal wel wat uitgebreider zijn dan

Op 7 augustus 2008 20:19:34 schreef JoVi:
Wat gebeurt er wanneer je de vermogensvoeding vervangt door een labvoeding? Heb je er dan nog last van?

Dat heb ik meteen getest door een gestabiliseerde spanning van 38V op de +/- pinnen v/d bruggelijkrichter te plaatsen, het maakt geen enkel verschil. Trouwens, dan zou de rimpel toch 100Hz moeten zijn?

Wat de stroom-DAC betreft: dat is een R2R-ladder met 12k7-weerstanden, met op het eind een spanningsdeler om de max. uitgangsspanning (5V) te verlagen tot 1V, en gebufferd met een tantaaltje van 10µF. Daar verwacht ik geen problemen van.
De opamp zelf verdenk ik ook niet. Een 741 gedraagt zich net als een CA3160.

Op zich is die rimpel geen ramp; ik wil een stabiele voeding, geen stabiele spanningsbron. Maar ik zou toch graag de oorzaak te weten komen...

@slenders: de spanningsregeling werk perfect. Die digitale potmeters kunnen dus achterwege blijven. Wodanzijdank!

Prosper, yop la boum, c'est le roi du macadam (aldus Maurice Chevalier)