Hallo,
ich habe eine Schaltung, bei der mittels eines LM317 die Primärspannung
für einen kleinen HV-Übertrager eingestellt wird. Bei der Inbetriebnahme
habe ich leider festgestellt, dass die Ausgangsspannung beim Variieren
der Versorgungsspannung (Line Step 24 V +/- 10%) um ca. 500 ppm/V
schwankt. Mittelfristig regelt der LM317 das weg, aber so lange sich die
Eingangsspannung ändert, habe ich unschöne Überschwinger.
Den äßeren Regelkreis habe ich aufgetrennt und direkt am ADJ-Pin eine
feste Referenz über Koaxkabel eingespeist. Gleiches Ergebnis! Ebenfalls
wenig Verbesserung beim Vergrößern der Kapazitäten am Ein- und Ausgangs
des LM317. GND-Netz habe ich auch probeweise aufgetrennt und
niederimpedant an einem Punkt zusammengefasst. Ebenfalls verschiedene
Kondensatoren am ADJ-Pin ausprobiert.
Ich habe daher stark den LM317 selbst in Verdacht. Die gemessenen 500
ppm/V decken sich sehr gut mit der Datenblatt-Angabe von bis zu 0,07 %/V
entspr. 700 ppm/V.
Die Streckenverstärkung beträgt ca. 250 V/V, ich habe ausgerechnet, dass
eine Spannungsänderung um gerade mal 20 bis 30 mV am Ausgang des LM317
ausreicht, um mir diese Abweichung zu erzeugen. Diese wenigen 10 mV kann
ich auf dem Scope erahnen.
Andererseits werden diese 20 bis 30 mV typischer Weise erzeugt wenn sich
die Eingangsspannung des LM317 um 2,4 V ändert. Kommt also auch hin.
Offensichtlich unterdrückt er die dynamischen Spannungssprünge
unzureichend. Der LM317 hat aber gerade mal 63 dB.
Um die Spezifikation zu erfüllen brauche ich eine PSRR von 87 dB oder
besser.
Es ist nicht tolerierbar, wenn jedes Mal, wenn irgendwo ein Relais
umschaltet oder ein Motor anläuft, man es auf dem Signal sieht.
Ich habe aber keinen LT3085 (90 dB) zur Hand und würde ungern so einen
Exoten einpflegen.
Meine Frage darum: Kann ich einfach 2 Linearregler kaskadieren? So
könnte man mit dem ersten Vorregler die Versorgungssprünge weitestgehend
glattbügeln auf eben besagte 20 bis 30 mV und daraus dann den zweiten
Regler als eigentliches Stellglied versorgen. Die Steps sollten dann
doch um weitere 63 dB also auf ca. 20 µV abgedämpft worden sein, womit
sie praktisch im Rauschen untergehen und nicht mehr störend in
Erscheinung treten.
Geht das, oder beeinflussen sich die Regler gegenseitig und machen pöhse
Dinge?
Evtl. wird es mit der Drop-Spannung eng, aber dann muss ich eben LDOs
nehmen, z.B. 2x LM1086, dieser hat zwar nur 54 dB PSSR aber bei der
Kaskadierung sollte man doch locker auf über 100 dB kommen, oder?
Könnte das so funktionieren oder hab ich einen groben Denkfehler drin?
Sonst weiß ich nicht, wie ich die Störimpulse auf der Versorgung von dem
empfindlichen Ausgangssignal fernhalten soll.
Beste Grüße, Marek
P.S. der Wirkungsgrad ist nebensächlich, bzw. ich habe genug Marge zur
Spec. P_out max = 1,5 W
Wenn ein Regler schon einen Überschwinger zeigt, dann befürchte ich
fast, daß der zweite Regler, der dann diese Überschwinger abbekommt,
dann möglicherweise noch schlimmer auf diese Überschwinger reagiert.
Das sind leider Regelschaltungen, die am liebsten schwingen würden ...
Du könntest es aber vielleicht versuchen, einen weniger genauen
Spannungsregler vorzuschalten, der durch seine geringere innere
Verstärkung praktisch nicht zum Überschwingen neigt. Das einfachste wäre
einfach ein Längstransistor+ZDiode, die für den LM317 eine
vorstabilisierte Spannung liefern, und vermutlich kaum zu
Regelschwingungen neigen dürften.
Die andere Frage wäre natürlich auch noch die Stabilität gegenüber
Lastschwankungen - das wird nicht durch den Vorregler beeinflußt.
Nabend und danke fürs Lesen.
Ja, so ist das leider mit dem LM317. Auf Änderungen der Eingangsspannung
reagiert er auch kurz dynamisch am Ausgang.
Leider kann ich das in dieser Anwenung nicht gebrauchen, bzw. habe eine
strenge Spezifikation.
Ich werde das mal mit den 2 Reglern probieren, evtl. niederohmig Koppeln
oder tatsächlich das mit der Z-Diode, aber ob die Schaltung so hart ist,
dass sie mir die 25 dB bringt ist halt die Frage.
Beste Grüßem Marek
Ich sehe da kein Problem, 2 Regler hintereinander zu schalten. Kann mich
jedoch auch täuschen.
Habe schon des öfteren 2 Regler hintereinander geschaltet und damit gute
Ergebnisser erzielt. Habe aber nie genau im wissenschaftlichen Sinne
überprüft, ob wirklich die Ripple Rejection Ratio verdoppelt wird.
Im Datenblatt von National Instruments sind typisch 80dB also Faktor
1000 angebene (wenn ein Kondensator im Rückkopplungspfad verbaut ist).
http://www.ee.buffalo.edu/courses/elab/LM117.pdf
Bei einer sinusförmigen Schwankung mit 120Hz um einen Volt am Eingang
sind also am Ausgang noch 1mV zu erkennen (messbare mit dem
Oszilloskop). Wenn ich 2 Regler in Reihe schalte sind diese 1mV meist
nicht mehr zu sehen.
Ich würde noch beachten, dass die Ripple Rejection bei hohen Frequenzen
abnimmt. Ggf. einen RC Tiefpass vor dem Regler vorsehen.
Bei einem LC Tiefpass würde ggf. die parasitäre Kapazität der Spule
hochfrequente Signale durchlassen.
Edit: Das schlechte reagierenn auf hohe Frequenzen sieht man auch gut in
dem von dir geposteten Bild aus dem Datenblatt.
Da der LM317 nicht so gut ist bei der Dynamik, sollte der andere Regler
dafür wenigstens bei der Dynamik besser sein. So lange die Kapazität
zwischen den Reglern im erlaubten Bereich liegt, also groß genug für den
2. Regler und zulässig für den 1. Regler sollte es da eigentlich keine
Probleme geben.
Die ganz schnellen Transienten kann man auch passiv per LC Filter
unterdrücken im HF Bereich ist das oft die bessere Wahl als ein
Elektronischer Regler. Nach 10 µs ist ja auch der LM317 nicht mehr so
schlecht.
Hallo Marek.
> Meine Frage darum: Kann ich einfach 2 Linearregler kaskadieren? So> könnte man mit dem ersten Vorregler die Versorgungssprünge weitestgehend> glattbügeln auf eben besagte 20 bis 30 mV und daraus dann den zweiten> Regler als eigentliches Stellglied versorgen.
Grundsätzlich ja. Aber hast Du es schon mal im guten mit einer
Vorsiebung, sprich RC oder LC vor dem LM317 probiert? Du könntest auch
eine Dioden/Kondesatorkombination verwenden, aber dann wird das
Ansteigen der Spannung nicht mehr unterdrückt. Dafür aber das Abfallen,
wenn irgendwas mal kurz Deine 24V so richtig belastet.
> Geht das, oder beeinflussen sich die Regler gegenseitig und machen pöhse> Dinge?
Wenn die Kreise gut von einander entkoppelt sind eigentlich nicht. Aber
beachte die Hinweise meiner Vorschreiber oben. Und ungewollte
Rückkopplungen erkennt man immer erst wenn sie auftreten.
Das Problem scheint zu sein, dass der LM317 bei schnellen Änderungen als
Differenzierglied arbeitet.....Aber gerade im Zwischenkreis sollte gut
zu Sieben sein.
> Evtl. wird es mit der Drop-Spannung eng, aber dann muss ich eben LDOs> nehmen, z.B. 2x LM1086, dieser hat zwar nur 54 dB PSSR aber bei der> Kaskadierung sollte man doch locker auf über 100 dB kommen, oder?
Keine Ahnung, welche Spannung Du letztlich benötigst. Aber bei 24V - 10%
bist Du bei 21,6V, sagen wir grob 21,5V mit Reserve. Ein 317 braucht 3V
zum Regeln, also insgesammt 6V (ok, das Diagramm im Datenblatt sagt 2,5V
pro Regler, aber der Rest ist halt Reserve). Also hättest Du 21,5V - 6V
= 15,5V über. Du must wissen, was Du brauchst.....ausserdem musst Du,
Spannung hoch genug vorausgesetzt, ja nicht beide Regler als LowDrop
Ausführung nehmen.
>> Könnte das so funktionieren oder hab ich einen groben Denkfehler drin?
Nein, kein grober. ;O)
Der Teufel kann aber im Detail sitzen. Z.B. ungewollte kapazitive
Verkopplung durch das Design....
> Sonst weiß ich nicht, wie ich die Störimpulse auf der Versorgung von dem> empfindlichen Ausgangssignal fernhalten soll.
Nun....mehr Siebkapazität im Eingang?
> P.S. der Wirkungsgrad ist nebensächlich, bzw. ich habe genug Marge zur> Spec. P_out max = 1,5 W
Das hab ich auch mal gesagt: Wirkungsgrad ist Nebensache.....elektrische
Leistung war auch genug da, aber wie sollte ich die Wärme wegbringen?
;O)
Es geht nicht nur ums "durchbrennen", im Datenblatt siehst Du den
Temperaturgang der Referenzspannung. Nicht das Du zwar den Ripple los
bist, Dir das Teil aber wegen der Erwärmung wegdriftet.....trozdem
erwarte ich das Problem in Deinen Falle nicht. Wenn Du mit einem Regler
kein Problem hast, wirst Du noch weniger ein Problem haben, wenn Du die
Verlusteistung auf zwei Reglern verteilst. Die Wärmespreizung wird
dadurch besser.
Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic
http:www.dl0dg.de
Bernd Wiebus schrieb:>> P.S. der Wirkungsgrad ist nebensächlich, bzw. ich habe genug Marge zur>> Spec. P_out max = 1,5 W>> Das hab ich auch mal gesagt: Wirkungsgrad ist Nebensache.....elektrische> Leistung war auch genug da, aber wie sollte ich die Wärme wegbringen?> ;O)>> Es geht nicht nur ums "durchbrennen", im Datenblatt siehst Du den> Temperaturgang der Referenzspannung. Nicht das Du zwar den Ripple los> bist, Dir das Teil aber wegen der Erwärmung wegdriftet
Aber genau dann sind zwei getrennt Regler sogar ein Vorteil. Sinnvoll
ist es, den ersten regler so einzustellen, dass dieser den größten Teil
der Verluste abbekommt. Der zweite Regeler, der sehr genau regeln soll,
wird dann fast nicht mehr warm.
Der Wirkungsgrad insgesamt bleibt immer gleich, egal ob mit einem oder
mit zwei Reglern.
Marek N. schrieb:> Ich werde das mal mit den 2 Reglern probieren,....
Und? Neue, interessante Erkenntnisse? Wäre schön, mal einen
abschließenden (?) Bericht von Dir zu hören...
Grüße Michael
Guten Morgen,
ja habs ausprobiert, aber stellt mich so nicht zu frieden. Ist
offensichtlich nicht (nur) der Spannungsregler.
Habe dann eine separate Schaltung mit 2x LM1086 aufgebaut mit Kupferband
als Versorgungsschienen: Gleiches Ergebnis, leider.
Die Eingangsspannung macht einen Step um 2,4 V in ca. 5 ms. Dabei
verändert sich die Spannung linear mit der Zeit. Folge: während dieser
gesamten Zeit verschiebt sich das Potenzial am Ausgang des ersten LDOs,
so als ob er differentielles Verhalten hätte. Ich sehe also einen
rechteckigen Step von ca. 10 mV, während sich die Eingangsspannung
verändert. Messe ich am Ausgang des zweiten Reglers, sehe ich diesen
Step aber ebenfalls mit 10 mV und gleicher Form. Ich hätte hier
eigentlich nur kurze Nadelimpulse erwartet durch den D-Anteil.
Offensichtlich habe ich doch eine GND-Verschleppung, evtl. sogar über PE
zwsichen Netzteil und Scope. Werde das am Montag mal potentzialfrei mit
nem Batterie-Scope messen.
Es ist definitiv kein Artefakt, denn ich sehe diesen Step auch auf der
Hochspannung skaliert mit der Streckenverstärkung.
Beste Grüße, Marek
Marek N. schrieb:> Die Eingangsspannung macht einen Step um 2,4 V in ca. 5 ms. Dabei> verändert sich die Spannung linear mit der Zeit. Folge: während dieser> gesamten Zeit verschiebt sich das Potenzial am Ausgang des ersten LDOs,> so als ob er differentielles Verhalten hätte. Ich sehe also einen> rechteckigen Step von ca. 10 mV, während sich die Eingangsspannung> verändert.
Das hört sich mich nach einem Masse-Problem an. Durch die Änderung der
Eingangsspannung fließt ein Strom in den Eingangs-Elko (I = C * du/dt).
Dieser Strom erzeugt auf der Masseleitung einen Spannungabfall von 10
mV.
Wenn die Ausgangsspannung auf die gleiche Masse bezogen ist, siehst du
dort diese 10 mV als Fehler. Für so eine Messung ist es entscheidend, wo
die Masse für die Messung angeklemmt ist.
Um das herauszufinden, könntest du für einen Test mal die Kapazität des
Eingangs-Elkos verdoppeln (einen zweiten, baugleichen Elko dazulöten).
Wenn meine Theorie stimmt, dann müsste bei gleichem du/dt am Eingang der
Fehler am Ausgang doppelt so groß werden.
@ Johannes E. (cpt_nemo)
>Das hört sich mich nach einem Masse-Problem an.
Könnte sein.
>Wenn die Ausgangsspannung auf die gleiche Masse bezogen ist, siehst du>dort diese 10 mV als Fehler. Für so eine Messung ist es entscheidend, wo>die Masse für die Messung angeklemmt ist.
richtig. Sternförmige Masse- und VCC Führung.
>Wenn meine Theorie stimmt, dann müsste bei gleichem du/dt am Eingang der>Fehler am Ausgang doppelt so groß werden.
Alternativ sollt er aber auch eine wirklich sternförmige Verdrahtung
herstellen.
Hallo,
ich hatte heute leider nicht viel Zeit, mich mit dem Problem zu
beschäftigen. Konnte nur am Nachmittag ein paar Messungen machen mit dem
potenzialfreien Scope. Dabei konnte ich fesstellen, dass es nicht die
LDOs sind, die diese Transienten verursachen, sondern es tatschälich nur
auftritt, wenn das Scope am Netz hängt.
Ich werde morgen (wenn ich dazu komme) mal einige Versuche mit dem
Trenntrafo machen und versuchen, die theoretisch erwarteten Schwankungen
um µV hinter dem zweiten Regulator sichtbar zu machen.
Anbei mein Protokoll.
Beste Grüße, Marek
> Leider kann ich das in dieser Anwenung nicht gebrauchen,> bzw. habe eine strenge Spezifikation.
Nimm nur einen LM317, aber einen grösseren Elko
am Ausgang des LM317, z.B. 100uF.
Dann regelt er zwar Belastungsänderungen am Ausgang
nicht mehr so gut weg, aber Eingangsspannungsänderungen.
Ob das dann deine Anforderungen erfüllt, sei dahingestellt.
LowDrop Regler sind jedenfalls üblicherweise schlimmer.
Bei der Methode durch einen wesentlich größeren Elko erreicht man
allerdings schnell eine unwirtschaftliche Grenze. Es bleibt dann einfach
eine Restwelligkeit vorhanden! Das habe ich nämlich schon in der Praxis
hinter mir.
Hallo,
ich konnte heute in Ruhe messen und mich Schritt für Schritt der
Grasnarbe nähern. Anbei das Resultat: Ausgangsstabilität besser als 100
µV für einen Eingangsspannungsstep von 4,8 V praktisch transientenfrei.
Habe zwei kaskadierte LM1086 genommen und musste aber die Kapazitäten
verringern, da die mir sonst übelste Transienten verursacht hatten, beim
Steppen der Eingangsspannung.
Die abklingende Kurve kommt durch die lange Zeitkonstante des
Messverstärkers zustande, dieser hat bei AC-Kopplung eine untere
Grenzfrequenz von 0,03 Hz. Gemessen wurde differentiell und
potenzialfrei mit dem Stanford SR560:
http://www.thinksrs.com/products/SR560.htm
Morgen werde ich noch verifiziren, dass der Regler praktisch sofort
nachregelt. Der Pre-Regulator macht knapp 150 mV Änderung am Ausgang bei
4,8 V am Eingang. Das müsste noch DC-gekoppelt auf dem Scope sichtbar
sein.
Leider ist der LM317 nicht ausreichend, dieser hat typ. 200 ppm/V ich
brauch aber besser als 41 ppm/V.
Tja, als nächstes kommt dann die Load-Regulation, da freu ich mich auch
schon drauf ;-)
Beste Grüße, Marek
Was heißt bei dir sofort? Diese ganzen integrierten Regler haben alle
eine Regelbandbreite von 10KHz bis 100KHz. Es gibt noch ein paar Exoten
die schneller sind, z.B. DDR-Terminierer (Hach, das ist ja ein geiles
Wort für einen aus der DDR rausgeschmissenen).
Warum die übrigens alle diese typische Bandbreite haben, bekam ich
bislang nicht raus. Gerüchten nach, soll der erste integrierte
Spannungsregler aus einem uA741 OpAmp entstanden sein.
Tendenziell sind die Regler mit höheren Iq schneller.
Hallo,
entschuldigung, mit "sofort" meinte ich, die einige zehn µs aus dem
Datenblatt. Ich hatte zunächst den langen Einschwinger dem
Spannungsregler zugeschrieben, der sich mit den Elkos schwer tun könnte.
Aber bei dem Stanford kann man die Grenzfrequenzen und Bandbreiten
varieren und dann habe ich gesehen, dass sich die Zeitkonstante ändert.
Prinzipiell ist mir die Geschwindigeit des Spannungsreglers nicht so
wichtig, sondern nur, dass dass sich der Ausgang nicht ändert, wenn die
Eingangsspannung wackelt.
An sonsten wirds bestimmt noch genügend Überraschungen geben.
Beste Grüße, Marek
