Labornetzteil mit 2 Quadranten

Der chaotische Hauptfaden

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Fritzler
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Labornetzteil mit 2 Quadranten

Beitrag von Fritzler » Di 14. Jan 2020, 21:13

Der Testaufbau geisterte vor ein paar Jahren schonmal durch den (fertiggestellte) Projekte Thread.
Da dieser meinte schwingen zu müssen, wenn bei einer Ausgangsspannung >25V die Strombegrenzung zuschlägt, muss das noch repariert werden.
Nur war der Aufbau ziemlich verbaut, denn der Schaltplan ist von einem alten HP NT abgekupfert und daher war ich mir sicher, dass da nix passieren wird.
Naja denkste und somit lag das Ganze für ne Weile in der Ecke.
Aber das kennen wir ja alle.

Heute fange ich mit dem Projekt wieder an.
Um mit dem Oszi messen zu können was auf der Platine los ist und zum Wertetauschen des Reglers wurde diese ausgebaut.
Dazu die Vorstufentransistoren, die auch schon Kühlung brauchen.
Dann hab ich das Szenario nachgestellt und es schwingt nicht mehr.
Was zum?
Aber wenn ich so auf die Platine schaue, so habe ich schon ein paar Cs der Regelstufe ausgetauscht.

Bild

Na dann kanns ja weitergehen!
Warum 2 Quadranten?
Weil ich das NT dann auch als E-Last nutzen kann und der Ausgangselko vom NT nicht nur gefüllt, sondern auch entladen werden kann.
Die Überschwinger bei einem Lastabfall sind so, theoretisch, kleiner/weniger/kürzer.
Lade/Entladezyklen von Akkus mit Rest Ah Anzeige lassen sich so auch realisieren.

Wenn man sich den Schaltplan im Anhang anshieht, so sieht das aus wie eine Audioendstufe, nur mit Regelkreis in der Gegenkopplung.

Das soll jetzt ein 2 Kanal 2 Quadranten Labor NT werden.
Dabei soll es möglich sein beide Kanäle zusammenzuschalte zu einem 4 Quadranten Labor NT, dazu muss der Stromshunt aber noch zur Highside wandern.
Damit ließen sich dann auch Kennlinien von Bauteilen aufnehmen?

Die nächsten Schritte sind, dass ich das jetzt wieder zusammenbaue und erstmal voll analog betreibe.
Denn ab diesem Projekt öchte ich dann meine "Universal UI" Platine einsetzen.
Nicht mehr son kleines 240x240px LCD oder text LCD, jetzt mal was ordentliches.
Dateianhänge
analog.pdf
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Matt
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Re: Labornetzteil mit 2 Quadranten

Beitrag von Matt » Di 14. Jan 2020, 21:17

HP 6653A bei mir zuhause ist nicht als E-Last benutzbar. (Kisten ist nicht dafür ausgelegt, hab ausprobiert)
Allerdings hat der schon von dir genannte Merkmale. Der Regelung kann Spannung nach oben und nach unten ziehen.

HP hat das gemacht, mit Ziel: sehr schnelle Regelung.

Servicemanual von ähnliche HP Systemnetzteil
http://ridl.cfd.rit.edu/products/manual ... 32Aser.pdf

Grüss
Matt

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Fritzler
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Re: Labornetzteil mit 2 Quadranten

Beitrag von Fritzler » Di 14. Jan 2020, 21:25

Das von dir genannte hat 35V/15A.
Den Schaltplan hab ich aus nem Kleineren.

Das HP selber kann nicht als E-Last laufen, aber mein Eigenbau dann schon.
Der soll das thermisch überleben.

Den Ausgangsstrom hab ich ja auch erhöht durch mehr Endstufentransistoren und die Ausgangsspannung ist mit 40V auch höher.

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Re: Labornetzteil mit 2 Quadranten

Beitrag von Fritzler » Di 14. Jan 2020, 22:01

Beim HP 6653A haben die sich aber ganz schön ausgelassen!
Die "Audioendstufe" ist nicht mehr da, sondern es wird noch ein zweites Steuersignal extra erzeugt für die Lowside Transistoren.
Die Endstufentransistoren werden nicht direkt von der Vorstufe gesteuert, sondern jeder hat noch einen eigenen Opamp zur Stromeinstellung.
Emitterwiderstände sind wohl zu Oldschool :lol:

Ansonsten ist auch zu sehen, dass pro Highside Transistor ein Lowside verfügbar ist.
Damit ist das Gerät, wie du sagtest, nicht tauglich als E_Last genutzt zu werden.
Bei mir ist das ja symetrisch, also geht das :twisted:

Schaltpläne hier:
https://literature.cdn.keysight.com/lit ... 9-3376.pdf

Regelkreis: S156
Endstufe: S160

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Matt
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Re: Labornetzteil mit 2 Quadranten

Beitrag von Matt » Di 14. Jan 2020, 22:26

Jo, der Kisten ist schon aufwändig gemacht. Den hatte ich auf HAMradio für 40€ geholt und viel geputzt, Sicherung erneuert (einzige Defekte).

Ich hatte nach sichten von Schaltung ausprobiert, wie es verhält, wenn Spannung an Ausgangsbuchse grösser als eingestellte Spannung ist. Da zieht es runter mit irgendwelchere undefinierte Strom (0,6A, ich meinte mich zu erinnern, ohne Einfluss von Strom-Eingabeswert) Sobald Spannung in Soll ist, hört der auf Strom zu ziehen.

HP 6653A müsste Spannung innerhalb 100µs auf 0.1% Abweichung von Einstellwerte ausregelt, das ist mit hohe Leistung schon sehr schnell.

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Re: Labornetzteil mit 2 Quadranten

Beitrag von Bastelbruder » Di 14. Jan 2020, 23:45

Bei jedem Agilent-Netzteil war noch eine CD mit allen Wartungsanleitungen dabei. Sehr interessantes Material! Keysight liefert nur noch BWL-Shice dazu.
Der zusätzliche Shuntregler ist nicht nur zur Beruhigung des Regelkreises, sondern auch speziell zur Verbesserung des Impulsverhaltens bei Unterbrechung der Last.

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ferdimh
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Re: Labornetzteil mit 2 Quadranten

Beitrag von ferdimh » Di 14. Jan 2020, 23:51

Was sich mir ja nicht erschließt, ist das System aus L1-L4 und C4/C5. Diese Bonusphasenverschiebung erscheint mir für den Regelkreis UND für die Transistorlebensdauer ungünstig.
Auch hat ein Emitterfolger mit kapazitiver Last eine negative Eingangsimpedanz.

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Re: Labornetzteil mit 2 Quadranten

Beitrag von Fritzler » Mi 15. Jan 2020, 00:09

L3 und L4 kannste dir wegdenken, das ist die SMD Bestückungsvariante von L1/L2.

In der SImulation hatt ich rausgefunden, dass dadurch das Konstrukt gedämpft wird.
Die Diagramme kann ich morgen mal ranhängen.

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Re: Labornetzteil mit 2 Quadranten

Beitrag von Fritzler » Mi 15. Jan 2020, 20:01

Ein Erkenntnissgewinn ist immer gut, daher jetzt mal das Diagramm.
Rot ist mit den Spulen und grün ohne:
Bild

Das NT wird abwechselnd mit 2A und 12A belastet in der Simulation.
Anhand der Ausschläge ist zu sehen wann die Last in welche Richtung wechselt ;)

Ohne die Spulen wird die Ausregelung träger und bei 12A kann er die Spannung nicht halten.
Der Serienwiderstand der Spulen ist in der Simulation berücksichtigt.
Warum das so ist kann ich mir jedenfalls (auch) nicht erklären, dafür reichen meine Analogkenntnisse nicht.
Vllt hat ja hier jemand eine Idee?

Die Simulation ist in Simetrix, weil ich mit LTSpice bisher nicht wirklich warm geworden bin.
Es gibt aber auch eine kostenlose Version wenn du selber rumspielen willst.
Die Datei bekommste dann.

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Re: Labornetzteil mit 2 Quadranten

Beitrag von Fritzler » Mi 15. Jan 2020, 20:14

Moment! Kommando zurück!
Die Änderung erfolgt durch 0,5R+L || 4,7R zu nurnoch 4,7R.
Dadurch werden die Endstufentransistoren weniger angesteuert.

Die Änderungen durch die Spule sind marginal und diese können eigentlich weggelassen werden:
Bild
VOUT: 10uH
tran7: 5uH
tran8: 3,3uH
tran9: 1uH
tran10: 0uH
tran11: C4/C5 auchnoch weg.

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Re: Labornetzteil mit 2 Quadranten

Beitrag von ferdimh » Mi 15. Jan 2020, 21:46

Das Heikle ander Konstruktion ist im Wesentlichen der sauber "nach Masse" gezeichnete Kondensator, der, wenn er wirklich signifikant wirksam wäre, sein verhalten für eine reale "Masse" deutlich ändern wird.
Da ist irgendein Entschwingdingens, das ausschließlich an unmittelbar benachbarten Pins angeschlossen wird, mit deutlich größerer Wahrscheinlichkeit für einen Realitätsbezug behaftet.

EDIT: Je zentraler die Zweiquadrantenfunktion wird, desto mehr könnte man auch darüber nachdenken, dicke Audioverstärker (TDA7293) als AUsgangsstufe zu verwenden...

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Re: Labornetzteil mit 2 Quadranten

Beitrag von Fritzler » Mi 15. Jan 2020, 22:28

ferdimh hat geschrieben:
Mi 15. Jan 2020, 21:46
Je zentraler die Zweiquadrantenfunktion wird, desto mehr könnte man auch darüber nachdenken, dicke Audioverstärker (TDA7293) als AUsgangsstufe zu verwenden
Irgendwie schon, wenn da nicht deren unterirdische Verlustleistung wäre.
Der genannte TDA7293 kann nur 50W und dann kommt da noch das Derating dazu.
Mit vielen ICs erschlagen wird dann auch wieder teuer (2,90€/Stück).
Die Transistoren sind da noch alternativlos.

Mir gefällt aber immermehr die Schaltung des Nachfolgers.
Aus dem einfachen Grund, dass da nicht solche Tricks verbaut sind.
Aber noch viel mehr, weil die Transistoren einzeln angesteuert sind.
Dieses Design ist daher sehr Modular.
Igor mehr Strom?! -> noch ein Leistungsmmodul ranhängen.
(Nur der 0R verwirrt etwas, muss ich mal gucken ob der laut Stückliste DNP ist)
Bild

Diese Schaltung hat dafür aber wieder den Nachteil, dass die +-15V auf der Ausgangsspoannung rumreiten müssen.
Dafür ist dann aber der Stromshunt automatisch in der Highside, denn die virtuelle Masse entspricht der Ausgangsspannung.
(Wird dann nur beim Messen im Testaufbau etwas eklig)
ferdimh hat geschrieben:
Mi 15. Jan 2020, 21:46
Da ist irgendein Entschwingdingens, das ausschließlich an unmittelbar benachbarten Pins angeschlossen wird, mit deutlich größerer Wahrscheinlichkeit für einen Realitätsbezug behaftet.
Da werd ich nochmal in den Layouts gucken wo der wohnt.

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Re: Labornetzteil mit 2 Quadranten

Beitrag von Matt » Mi 15. Jan 2020, 22:32

Jo, in HP ist diese Modul mit RJ Stecker zusammenverbunden.

Nja, du nihmst kleine Trafo mit 2x 15V Wicklung und 7812/15, fertig.

Messung, nihmst du dann halt Differenzverstärker (oki oki, das ist immernoch ne Luxus) oder Mathematik von DSO nutzen (differentielle Messung)

DNP interpertiere ich als "do not place"

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Re: Labornetzteil mit 2 Quadranten

Beitrag von Fritzler » Mi 15. Jan 2020, 23:56

Jap das ist die passende Definition von dnp ;)

Die +-15V erzeugen ist ja nicht das Problem, sondern das Rummessen im NT wenn alles die Ausgangsspannung als Referenz nimmt.
Das kommt zwar aus einem Trafo und einfach den Ausgang mit Erde verbinden sollte etwas Sicherheit für das Oszi bringen.
Das Last GND ist dann eben V- :mrgreen:

Nun zum mystery C.

Im Originalschatplan ist das C126:
Bild

Nur ist auf dem PCB alles wild verteilt, also daraus gibts keinen Erkenntnissgewinn:
Bild

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Re: Labornetzteil mit 2 Quadranten

Beitrag von Fritzler » Sa 18. Jan 2020, 15:51

Da hab ich mir mal eine kleine Box gefrickelt.
Bisher ist nichts weiter drin als ein FET, der per Signalgen durschaltbar ist.
Die anderen Klemmen bekommen noch einen Stromwandler mit Messverstärker fürs Oszi: +-15A -> +-15V.
Muss ich dann eigentlich einen Tastkopf simulieren oder kann ich direkt den OPV Ausgang aufs BNC werfen?
Der Stromsensor hat eine Bandbreite von 100kHz, also auch nix weltbewegendes.
Bild

Damit dann mal nachgesehen wie die bisherige Schaltung so performt.
Es wird umgeschalten zwischen 0A und 2A bei 10V.

Gelb ist der Signalgen Ausgang und blau der NT Ausgang:
Bild
Das sieht jetzt aber nicht so schön aus.
Beim Lastabfall rastet der Regler gut aus und auch beim Lasteinschalten gehts ertmal um 1,5V nach unten :shock:
Aber wenigstens ist nach 30µs voll ausgeregelt.

Also mal reinzoomen beim Lasteinschalten:
Bild
Hmm, es zappelt für 200ns, das kann nicht der Regler sein, sondern irgendwas induktives auf der Leitung?

Beim Lastabfall schwingt es dann so richtig schön:
Bild

Die Strombegrenzung hab ich mir auch mal angesehen, aber mangels Stromsensor ersteinmal nur den Spannungsverlauf.
Je nachdem auf welche Stromstärke ich die Strombegrenzung einstelle fängt doese früher oder später an zu wirken?!
Die Endspannung sollte eigentlich nur niedriger liegen.
Bild
Bild
Zudem ist die Strombegerenzung sacklahm, da brauchts eine Verbesserung.
Der langsame/vorsichtige Anstieg gefällt mir aber.

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