LTSpice LT3080 Verständnisfrage - Müll am Ausgang?

[L. N. (derneumann)]

Hallo zusammen!

Eins vorweg, ich habe bisher noch nie LTSpice benutzt und wollte nur mal 
etwas drin herumklicken und herumexperimentieren, einfach weil es mich 
interessiert.

Durchaus möchte ich mir irgendwann ein kleines Netzteil mit dem LT3080 
basteln, daher habe ich das gleich als "praxisnahes" Beispiel genommen 
und hier begonnen eine Schaltung zu machen die einen AVR PWM Ausgang 
(Arduino Framework) simulieren soll, der mit RC Filtern geglättet und 
dann zum Steuern eines LT3080 Set Pins genutzt wird. Klar könnte ich 
einen D/A Wandler nehmen, und werde ich vermutlich auch tun, wenn es 
soweit ist. Dennoch interessiert mich, worauf ich hier gestoßen bin.

Wenn die Spannung V2 auf z.B. 24V liegt, sehe ich am Output des LT3080 
nur -28V (ltspice.png).
Setze ich die Spannung auf z.B. 26V, stimmt der Output (ltspice2.png).

- Grün ist direkt am Set Pin gemessen, also am Ausgang der kompletten 
Opamp Schaltung.
- Blau ist direkt vor dem Opamp, nach der ganzen Filterung.
- Rot ist am Ausgang des LT3080 gemessen.

Ich hab auch eine Last von 100mA am LT3080 drauf (Holzhammermethode), da 
der ja laut Datenblatt eine minimale Last zum Regeln braucht. Klar sind 
100mA viel mehr als notwendig, aber das kann doch nicht der Grund sein, 
oder?

Auch ist mir klar bzw. gehe ich davon aus, dass die RC Filter eigenartig 
dimensioniert sind. Ich kenn mich halt null aus und hab mit den Werten 
gespielt, bis der Ripple gering war (wird durch den Opamp ja noch 
verstärkt). Ich nehme an, die lange Zeit aufgrund der Filter bis die 
Zielspannung erreicht wird macht die Regelung dann etwas träge.

Aber kann das der Grund für die -28V am Ausgang sein?? Könnte ich mir 
nicht erklären...

Anbei auch noch das asc File, damit Testwillige das nicht erst nachmalen 
müssen.

Danke schonmal für die fremdinduzierte Epiphanie!
Gruß
LN

[Thomas E. (picalic)]

Servus,

das hängt wohl damit zusammen, daß der "Set"-Eingang nicht zum Anlegen 
einer großen Spannung gegenüber OUT konstruiert ist, bzw. eine negative 
Speisung am Ausgang des IC nicht erlaubt ist. Das kann man dem 
Datenblatt schon bei den Absolute Maximum Ratings entnehmen: "SET Pin 
Voltage (Relative to OUT).. ±0.3V"
Das reale IC würde beim Anlegen einer negativen Spannung an OUT (was 
hier über die Stromquelle passiert, die das irreführende Schaltzeichen 
eines veränderlichen Widerstands hat) vielleicht zerstört werden.

Wenn Du die Stromquelle verzögert einschaltest (z.B. mit PWL(0 0 10m 
0.1)), sieht es anders aus.

[L. N. (derneumann)]

Oh ich dachte das Ding verbrennt die 100mA, stattdessen werden sie in 
den LT3080 gefüttert?
Bin gerade nicht zu Hause, kann also deinen Vorschlag mit der 
Verzögerung momentan nicht einarbeiten - warum aber macht das einen 
Unterschied?
Wäre es dann nicht sinnvoller, einfach einen Widerstand mit ein paar 
Hundert Ohm statt der Stromquelle einzusetzen?

Gruß

[Andrew T. (marsufant)]

L. N. schrieb:

> dann zum Steuern eines LT3080 Set Pins genutzt wird.

DerSET Pin erwartet eine Strom-Steuerung, nicht wie Du es machst eine 
Spannungsansteuerung.

K
>
> Ich hab auch eine Last von 100mA am LT3080 drauf (Holzhammermethode), da
> der ja laut Datenblatt eine minimale Last zum Regeln braucht.

0.5 mA genügen als "Grundlast", und wenn ich Deine Schaltung mit Strom- 
Statt Spannungssteurung aufbaue funktioniert sie hier im Labor.

> aber das kann doch nicht der Grund sein,
> oder?

Grund: s.o.
>

>
> Danke schonmal für die fremdinduzierte Epiphanie!

https://neueswort.de/epiphanie/

Datenblatt richtig lesen erfordert keine Gottgleichheit.
Erde Dich.

[L. N. (derneumann)]

Andrew T. schrieb:
> DerSET Pin erwartet eine Strom-Steuerung, nicht wie Du es machst eine
> Spannungsansteuerung.

Ich habe hier "ein bisschen" abgeschaut:
http://www.eevblog.com/files/uSupplyBenchRevC.pdf

Ist das nicht auch eine Spannungssteuerung? Hat in den Videos von Dave 
einwandfrei funktioniert.
Ich habe eigentlich nur die Strombegrenzung weggelassen...


Andrew T. schrieb:
> 0.5 mA genügen als "Grundlast"

L. N. schrieb:
> Klar sind
> 100mA viel mehr als notwendig, aber das kann doch nicht der Grund sein,
> oder?

Andrew T. schrieb:
> https://neueswort.de/epiphanie/
>
> Datenblatt richtig lesen erfordert keine Gottgleichheit.
> Erde Dich.

Ich bezog mich auf den weiteren Sinn "bzw. im weiteren Sinne ein 
(Erweckungs-) Moment von besonderer Tragweite." ;-)

Lesen und verstehen sind zwei Dinge. Lesen kann ich Latein auch, mit dem 
Verstehen haperts dann :)

[Michael B. (laberkopp)]

L. N. schrieb:
> Ich hab auch eine Last von 100mA am LT3080 drauf

Wo denn, sehe ich nicht.

[Thomas E. (picalic)]

Wenn man mal etwas genauer in's Datenblatt schaut (hatte es vor meiner 
Antwort oben auch nur kurz überflogen), sieht es so aus, als würden die 
in ihren Applikationsbeispielen aber teilweise auch eine 
Spannungssteuerung verwenden. Außerdem habe ich noch gefunden, daß 
zwischen OUT und SET im "echten" IC wohl eigentlich Klemmdioden sein 
sollten, die im Simulationsmodell offensichtlich fehlen. Daß der Ausgang 
durch die -100mA auf -28V geht, obwohl SET auf >0V liegt, dürfte also im 
RL tatsächlich nicht auftreten.

[L. N. (derneumann)]

Thomas E. schrieb:
> Daß der Ausgang
> durch die -100mA auf -28V geht, obwohl SET auf >0V liegt, dürfte also im
> RL tatsächlich nicht auftreten.

Danke! Ich verstehe noch nicht ganz was die Stromquelle macht, und auch 
nicht was die -100mA die du eben erwähnt hast, bedeuten.

Kann ich das Ding nun als 100 mA Last verstehen, oder wäre es in diesem 
Fall zu Simulationszwecken besser, einfach einen Widerstand reinzugeben?

Mir wurde irgendwann gesagt, dass quasi alle Linearspannungsregler mehr 
oder weniger gleich arbeiten und quasi alle mit einer Spannung am 
Set/Adj Pin gesteuert werden können, wie ich es in meiner Schaltung 
gemacht habe - auch der LM317 z.B... Ist das nicht so?

[Thomas E. (picalic)]

L. N. schrieb:
> Danke! Ich verstehe noch nicht ganz was die Stromquelle macht, und auch
> nicht was die -100mA die du eben erwähnt hast, bedeuten.

Sowohl das Schaltsymbol, als auch die Bezeichnung "Load" ist für dieses 
Bauteil etwas irreführend - es ist schließlich nichts anderes, als die 
normale (ideale!) Stromquelle(I), die man sonst als "Current" aus der 
LTSpice Bauteile-Bibliothek auswählt.

L. N. schrieb:
> Kann ich das Ding nun als 100 mA Last verstehen, oder wäre es in diesem
> Fall zu Simulationszwecken besser, einfach einen Widerstand reinzugeben?

Ja, ein Widerstand ist hier deutlich einfacher und hat keine 
unerwarteten "Nebenwirkungen". Und hier muss ja auch kein genau 
definierter, konstanter  Laststrom eingehalten werden.

L. N. schrieb:
> Mir wurde irgendwann gesagt, dass quasi alle Linearspannungsregler mehr
> oder weniger gleich arbeiten...
Das kann man sicher nicht pauschalisieren. Wir kennen ja die 
Innenschaltung der Bauteile im allgemeinen nicht bzw. die Hersteller 
veröffentlichen sie nicht. Es gibt ja auch Operationsverstärker, die 
komische Sachen machen, wenn Spezifikationen wie maximale 
Differenz-Eingangsspannung o.ä. grob verletzt werden, solch ein Effekt 
wird hier vermutlich auch vorliegen. Und der "echte" LT3080 hat sicher 
nicht ohne Grund Klemmdioden zwischen SET und OUT - k.A., warum die im 
Simulationsmodell fehlen.

[Andrew T. (marsufant)]

L. N. schrieb:

> Mir wurde irgendwann gesagt, dass quasi alle Linearspannungsregler mehr
> oder weniger gleich arbeiten und quasi alle mit einer Spannung am
> Set/Adj Pin gesteuert werden können, wie ich es in meiner Schaltung
> gemacht habe - auch der LM317 z.B... Ist das nicht so?

Ist beim L3080 Konzept deutlich anders als beim LM317/78xx,
hier ist es gut beschrieben:

https://www.youtube.com/watch?v=5FShj_wG1Mc

http://www.diyaudio.com/forums/power-supplies/309582-lm317-lt3080-ltspice-journey.html

[L. N. (derneumann)]

Andrew T. schrieb:
> L. N. schrieb:
>
>> Mir wurde irgendwann gesagt, dass quasi alle Linearspannungsregler mehr
>> oder weniger gleich arbeiten und quasi alle mit einer Spannung am
>> Set/Adj Pin gesteuert werden können, wie ich es in meiner Schaltung
>> gemacht habe - auch der LM317 z.B... Ist das nicht so?
>
> Ist beim L3080 Konzept deutlich anders als beim LM317/78xx,
> hier ist es gut beschrieben:
>
> https://www.youtube.com/watch?v=5FShj_wG1Mc
>
> 
http://www.diyaudio.com/forums/power-supplies/309582-lm317-lt3080-ltspice-journey.html

danke, da hat sich jemand in die innereien des lt3080 eingegraben, von 
diesen erfahrungen und erkenntnissen kann ich sicher profitieren!
werde mir das ein der einen oder anderen ruhigen stunde zu gemüte 
führen.

[Thomas E. (picalic)]

Thomas E. schrieb:
> Differenz-Eingangsspannung o.ä. grob verletzt werden, solch ein Effekt
> wird hier vermutlich auch vorliegen.

Nee, ist doch anders! Habe inzwischen herausgefunden, warum die Spannung 
mit der 100mA Stromquelle auf -28 fest hängt: der LT3080 hat eine 
interne Strombegrenzung, abhängig von der Differenzspannung zwischen IN 
und OUT. Bei angelegten +24 am Eingang und -28V am Ausgang schlägt die 
Strombegrenzung mit deutlich unter 100mA zu (mal abgesehen von der 
Überschreitung der 40V Abs. Max. Voltage).

[L. N. (derneumann)]

Thomas E. schrieb:
> Thomas E. schrieb:
>> Differenz-Eingangsspannung o.ä. grob verletzt werden, solch ein Effekt
>> wird hier vermutlich auch vorliegen.
>
> Nee, ist doch anders! Habe inzwischen herausgefunden, warum die Spannung
> mit der 100mA Stromquelle auf -28 fest hängt: der LT3080 hat eine
> interne Strombegrenzung, abhängig von der Differenzspannung zwischen IN
> und OUT. Bei angelegten +24 am Eingang und -28V am Ausgang schlägt die
> Strombegrenzung mit deutlich unter 100mA zu (mal abgesehen von der
> Überschreitung der 40V Abs. Max. Voltage).

Oh, das macht Sinn - aber wo kommen die -28V her, von der 100mA 
Stromquelle?

Habe sie nun jedenfalls durch einen einfachen Widerstand ersetzt. Bei 
V2=27V und R10 (Lastwiderstand) = 85 Ohm simuliert sich LTSpice einen 
Wolf (= wird nie fertig). Eine Idee, woran das liegen kann? Es erscheint 
dann nicht mal das Fenster mit der graphischen Darstellung der 
simulierten Ergebnisse, sieht dann aus wie im Screenshot.

Laut ohmschem Gesetz sollten da an die 300mA verbraten werden. Nachdem 
die Vin/Vout Differenz gegen Null gehen sollte, kann das doch nicht an 
einer Überlastung des LT3080 liegen (wird sowas überhaupt in der 
Simulation berücksichtigt?), oder?

Wenn ich R10 höher wähle, z.B. 500 Ohm, ist die Simulation sofort 
fertig.

[Thomas E. (picalic)]

L. N. schrieb:
> simuliert sich LTSpice einen
> Wolf (= wird nie fertig).

Da solltest Du evtl. mal an den Startbedingungen schrauben, also z.B. 
"Start external DC supply voltages at 0V" => .tran 0 600m 0m startup

[Helmut S. (helmuts)]

Hallo LN,

das Problem ist, dass eine ideale Load(Stromquelle) immer den Strom 
zieht egal ob dabei "unmögliche" Spannungen entstehen. Der Simulator 
startet damit in einem sinnlosen Bereich und wenn dort auch noch eine 
Lösung möglich ist, dann bleibt der in dem Bereich hängen.


Mach aus der "idealen active load" eine reale "active load". Die reale 
active load zieht 0mA bei 0V und erst bei 1V erreicht sie den gesetzten 
Stromwert.


Dazu einfach die Option "This is an active Load" in der Load setzen - 
Rechtslick auf das Symbol im Schaltplan, dann Option anhaken.
An der active load erscheint dann "load". Siehe Anhang.
Nach dieser Änderung gibt es ein sinnvolles Ergebnis.

Gruß
Helmut

[L. N. (derneumann)]

Hallo Helmut,
Hallo Thomas,

vielen Dank, sehr cool :-)

Habe nun wieder etwas an der Simulation geschraubt und bin auf etwas 
neues gestoßen. Wenn ich direkt am Ausgang des LT1014 messe, scheint 
dort die Spannung gewaltig zu oszillieren, sofern am Set Pin des LT3080 
ein 22µF Kondensator sitzt. Ich hab ehrlich kaum Ahnung von der Materie, 
könnte es sein, dass da der Opamp gegen die Kapazität des Kondensators 
kämpft? Stört das? Dave Jones hat in seiner Schematic auch genau dort 
einen 22µF Kondensator.
Wenn ich den Kondensator entferne, sind die Störungen komplett weg.

Laut Datenblatt kann man dort einen 1µF Kondensator platzieren, da ist 
aber auch die Rede vom Voltage Setting Resistor, den ich hier ja nicht 
habe.

>For improvement in transient performance, place a capacitor across the >voltage 
setting resistor. Capacitors up to 1µF can be used. This bypass >capacitor reduces 
system noise as well, but start-up time is proportional >to the time constant of 
the voltage setting resistor (RSET in Figure 1) >and SET pin bypass capacitor.

ltspice4.png: ohne Kondensator
ltspice5.png: mit Kondensator

Grün ist direkt am Ausgang des LT1040 gemessen
Blau ist am Set Pin gemessen

Gezeichnet,
der Wissbegierige ;-)

edit: scusi, mir ist nicht aufgefallen, dass das dämliche snipping tool 
plötzlich JPGs speichert anstatt PNGs.

[Helmut S. (helmuts)]

Wenn man so eine kapazitive Last hat und dann eine Gegenkopplung macht, 
dann speist eine Signal mit starker Phasenverschiebung zurück. Dafür ist 
der Opamp nicht ausgelegt. Die einzige Möglichkeit ist dann ein 
zusätzlicher C zwischen Opamp-Ausgang und minuseing. Siehe Bild.

Ich musste den Alternate Solevr bemühen, damit die Schaltung 
knovergiert. Ich habe dann auch noch bei .tran erst ab 200ms speichern 
lassen um bequemer die Schwingung besser zu sehen.
Die Änderung in .tran sollte man vielleicht besser wieder ändern und das 
"speichern ab" auf 0ms zurücksetzen.

PS: Satt 22uF reichen auch 0.1uF. Dann wird der Kompensations-C6 
vielleicht noch 10nF.

[L. N. (derneumann)]

Helmut S. schrieb:
> Wenn man so eine kapazitive Last hat und dann eine Gegenkopplung macht,
> dann speist eine Signal mit starker Phasenverschiebung zurück. Dafür ist
> der Opamp nicht ausgelegt. Die einzige Möglichkeit ist dann ein
> zusätzlicher C zwischen Opamp-Ausgang und minuseing. Siehe Bild.
>
> Ich musste den Alternate Solevr bemühen, damit die Schaltung
> knovergiert. Ich habe dann auch noch bei .tran erst ab 200ms speichern
> lassen um bequemer die Schwingung besser zu sehen.
> Die Änderung in .tran sollte man vielleicht besser wieder ändern und das
> "speichern ab" auf 0ms zurücksetzen.
>
> PS: Satt 22uF reichen auch 0.1uF. Dann wird der Kompensations-C6
> vielleicht noch 10nF.

Achtung, ich habe mittlerweile den LT1014 drin, nicht mehr den AD8065.
Direkt nachdem ich deinen Vorschlag eingebaut habe, hat meine Kurve so 
ausgesehen wie auf deinem Screenshot, kein alternativer Solver oder 
sonstige Einstellungen bei mir notwendig...?

Jedenfalls: Ist es überhaupt eine gute Idee, so einen großen Kondensator 
dort zu platzieren? Ich hab es nun mit 470n probiert und hatte dann nur 
mehr minimale Schwingungen nur am Anfang, ohne zusätzlichen C zwischen 
Opamp Ausgang und invertierendem Eingang. Mit 1uF gabs schon noch 
einiges an Wellen. Die Ausgangsspannung scheint ja in jedem Fall in 
Ordnung zu sein - denn am Set Pin kommt (scheinbar wegen R7 und R8?) 
immer ein sauberes Signal an.

Das Beheben der Schwingungen mit dem zusätzlichen C fand ich 
faszinierend aber wenn es möglich wäre die Ursache zu entfernen (ohne 
negative Folgen für diese Anwendung) wäre mir das natürlich lieber, ganz 
zu schweigen vom Overshoot den man schon auf deinem Screenshot sieht und 
der viel längeren Zeit bis die Zielspannung erreicht wurde...

[Helmut S. (helmuts)]

> Das Beheben der Schwingungen mit dem zusätzlichen C fand ich
faszinierend

Tipp des Tages:
Auf jeden Fall im Layout so einen Kompensations-C vorsehen.
Das ist übrigens die Standardmethode, wenn man Signale zurückkoppelt die 
eine Phasenverschiebung haben.

[L. N. (derneumann)]

Helmut S. schrieb:
>> Das Beheben der Schwingungen mit dem zusätzlichen C fand ich
> faszinierend
>
> Tipp des Tages:
> Auf jeden Fall im Layout so einen Kompensations-C vorsehen.
> Das ist übrigens die Standardmethode, wenn man Signale zurückkoppelt die
> eine Phasenverschiebung haben.

Kommt die Phasenverschiebung ausschließlich von dem C am Set Pin und 
wenn ja - könnte man den dann einfach weglassen?

Falls trotzdem ein Kompensations-C notwendig ist, wie dimensioniere ich 
den?

Danke, dass du dir die Zeit nimmst! Analogtechnik finde ich 
hochinteressant, manche Dinge begreife ich sehr schnell und manches 
müsste mir man mit Lego Steinen aufbauen und mit Buntstiften aufmalen. 
Das kommt davon, wenn man die falsche Ausbildung wählt...

[Helmut S. (helmuts)]

> Kommt die Phasenverschiebung ausschließlich von dem C am Set Pin und
wenn ja - könnte man den dann einfach weglassen?

Ja. Die 1,1kOhm in Serie und der C(22uF) nach Masse bewirken eine 
nacheilende Phasenverschiebung.

> Falls trotzdem ein Kompensations-C notwendig ist, wie dimensioniere ich
den?

Am besten die Sprungantwort anschauen und dann für den Kompensations-C 
noch etwas Reserve (größeres C) einbauen.

[L. N. (derneumann)]

Helmut S. schrieb:
>> Kommt die Phasenverschiebung ausschließlich von dem C am Set Pin und
> wenn ja - könnte man den dann einfach weglassen?
>
> Ja. Die 1,1kOhm in Serie und der C(22uF) nach Masse bewirken eine
> nacheilende Phasenverschiebung.

verstehe, danke!

>> Falls trotzdem ein Kompensations-C notwendig ist, wie dimensioniere ich
> den?
>
> Am besten die Sprungantwort anschauen und dann für den Kompensations-C
> noch etwas Reserve (größeres C) einbauen.

Was hältst du von der Schaltung im Anhang? Signal ist nun sehr sauber...

[Helmut S. (helmuts)]

> Was hältst du von der Schaltung im Anhang? Signal ist nun sehr sauber...

Im Prinzip OK.

1. Beachte die Verlustleistung.
Pmax = 30V*0,05A = 1,5W. Denk daran wie du das kühlen willst.
Wähle eine gut kühlbare Bauform.

2. Beachte den maximalen Strom falls du mehr als 0,1A möchtest.
Siehe die Kurve auf Seite 6, Imax(Vin-Vout).
http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/3080fc.pdf

[Thomas E. (picalic)]

Servus,

alternativ kann man auch den fetten 22µ-Kondensator über einen 
Widerstand vom OP-Ausgang entkoppeln, dann muss man diesen nicht in der 
Bandbreite begrenzen und man bekommt keine Überschwinger.