Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Frage zu Nixie-Stromversorgung aus Artikel


von Hannes H. (mui)


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Hallo Zusammen,

ich möchte eine Nixieuhr bauen und verwende zur Erzegung der 170V die 
Schaltung aus dem Artikel: 
http://www.mikrocontroller.net/articles/Stepup_f%C3%BCr_Nixier%C3%B6hren 
. Ich habe 6 Stück NI-8 mit jeweils 2,5mA Anodenstrom. Das Netzteil muss 
also einen Strom zwischen 2,5 und ~15mA zur Verfügung stellen können.

Ich habe die Schaltung aus dem Artikel aufgebaut und auf dem Meßgerät 
werden mir auch immer im Mittel 170V angezeigt. Auf dem Oszi habe ich 
aber eine Sägezahnausgangsspannung, die zwischen 150 und 200V schwankt. 
Das sieht man auch wenn man eine einzelne Nixie ansteuert (flimmern).

Schaden diese Schwankungen den Nixies? Und kann ich das irgendwie 
verhindern? Abweichend zur Schaltung habe ich statt der MUR8100 eine 
MUR240 bzw, eine BA159 probiert, außerdem habe ich statt dem IRF830 
einen IRF740 verwendet. Außerdem ist die Diode am Transistor keine 
1N4007 sondern eine 1N5819 (ich bin der Meinung eine 1N4007 ist da zu 
langsam?!).

Hat jemand einen Tip, was das Problem sein könnte?

VG,
mui

von Falk B. (falk)


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@ Hannes H. (mui)

>http://www.mikrocontroller.net/articles/Stepup_f%C...

Da hat der "Autor" mal wieder schlecht kopiert. D3 muss eine schnelle 
Schaltopdiode sein, eine 1N4007 ist schnarchlangsam. 1N4148 ist knapp, 
besser eine mit 0,5A Nennstrom oder höher.

>werden mir auch immer im Mittel 170V angezeigt. Auf dem Oszi habe ich
>aber eine Sägezahnausgangsspannung, die zwischen 150 und 200V schwankt.
>Das sieht man auch wenn man eine einzelne Nixie ansteuert (flimmern).

Logisch. Dein Spannungsregler ist arg instabil.

>Schaden diese Schwankungen den Nixies?

Wahrscheinlich nicht, schön ist es aber auch nicht.

>Und kann ich das irgendwie verhindern?

Schaltung stabil machen. ;-)

> Abweichend zur Schaltung habe ich statt der MUR8100 eine
>MUR240 bzw, eine BA159 probiert,

Sind beide OK.

> außerdem habe ich statt dem IRF830
>einen IRF740 verwendet.

Ist OK.


> Außerdem ist die Diode am Transistor keine
>1N4007 sondern eine 1N5819 (ich bin der Meinung eine 1N4007 ist da zu
>langsam?!).

Richtig!

>Hat jemand einen Tip, was das Problem sein könnte?

Deine Spule hat möglicherweise einen zu kleinen Sättigungsstrom. (Wobei 
dann die Spannung nur einbricht, aber nicht sägezahnartig schwingt)
Welche Frequenz hat der Sägezahn? Kannst du einen Screenshot posten?
Es kann auch ein unglücklicher Aufbau sein, und dir eine Störung in 
kritische Punkte einspucken, z.B. Pin 5 voM MC34063. Poste auch davon 
ein Bild unter Beachtung der Bildformate.

von Hannes H. (mui)


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Oh, Antwort vom Urheber persönlich ;-)

Ich habe folgende Spule verwendet: 
http://www.reichelt.de/Fest-Induktivitaeten-radial/L-09HCP-56-/3/index.html?&ACTION=3&LA=2&ARTICLE=138663&GROUPID=3180&artnr=L-09HCP+56%C2%B5

• Toleranz: ± 20 %
• Ø 12,5 x 10,8 mm
• Raster: 7 mm
• DCR max : 0,062 Ohm
• Isat : 2,8 A

Geht die?

Screenshot kann ich nachher einstellen, bin noch unterwegs. Der Sägezähn 
ist aber im ms-Bereich, man kann das Pulsen also deutlich sehen. Aufbau 
ist (noch) auf einem Steckbrett, klar macht es das wahrscheinlich nicht 
besser.
Bilder reiche ich wie gesagt nach.

Danke und viele Grüße

von Falk B. (falk)


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@ Hannes H. (mui)

>Geht die?

Ist OK.

>Screenshot kann ich nachher einstellen, bin noch unterwegs. Der Sägezähn
>ist aber im ms-Bereich, man kann das Pulsen also deutlich sehen.

Dann ist es ein Problem der Regelung.

> Aufbau
>ist (noch) auf einem Steckbrett, klar macht es das wahrscheinlich nicht
>besser.

Hmmm. Wackelkontakte etc.

von Hannes H. (mui)


Angehängte Dateien:

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So, im Anhang Bilder vom Steckbrettaufbau und Screenshots vom Oszi.

dso_ss zeigt die schaltung bei einer Last von 15mA
dso_ss1 ist die Schaltung bei einem Strom von 2,5 mA (Nixie)
dso_ss2 ist die Schaltung im Leerlauf, ohne Last

An sich ein konstantes Verhalten, nur leider etwas wellig :-)

von Falk B. (falk)


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Im Groben sieht es OK aus. Aber ich vermisse ein Masseverbindung 
zwischen der oberen Massezeile und der unteren. Ausserdem ist C8 
HF-technisch sehr ungünstig angebunden, der muss direkt an den MC34063 
angebunden werden. NAH!

http://www.mikrocontroller.net/articles/Kondensator#Entkoppelkondensator

Ist C5 ausreichend spannungsfest? 250V muss der mindestens aushalten.

Ist dein Poti wirklich mit Masse verbunden?

von Hannes H. (mui)


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HalloFalk,

danke für deine Hinweise. Die Masseverbindung zwischen den beiden 
Schienen ist da, nur auf dem Bild abgeschnitten. Habe aber nochmal eine 
direkt in der Nähe gelegt. C8 (ich glaube im Schaltbild heisst der C6) 
ist jetzt direkt über dem IC. Sind das eigentlich wirklich 100µF? Nicht 
100nF?
C5 kann 350V und das Poti ist an Masse. Eben nochmal geprüft.
Leider keine Veränderung zu erkennen.
Habe eben noch eine Messung gemacht, der MC arbeitet immer im 
diskontinuierlichen Betrieb. Ist das so gedacht?

von Hannes H. (mui)


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Okay, Nachtrag: Ich hab einen ganz schlimmen Verdacht: Ist das hier 
wirklich ein Low-ESR-Elko? 
http://www.reichelt.de/RAD-4-7-350/3/index.html?&ACTION=3&LA=446&ARTICLE=15136&artnr=RAD+4%2C7%2F350&SEARCH=RAD+4%2C7%2F350

Und wenn nein, würde das den Fehler erklären?

von Axel R. (Gast)


Angehängte Dateien:

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Darf ich mich mal einmischen?
Ich habe eben bei schmitt walter auf der seite mal die Eckdaten 
eingegeben.
12V rein, 170 raus.
Strom 35mA, Freq. 100Khz.
Da kommen statt 56 uH, 560 uH raus...

Lückender Betrieb hiesst meistens, Spule zu wenig Induktivität. Schafft 
der Schaltkreis das kleine Tastverhältnis überhaupt?

(aus der Hilfe http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/aww_hilfe.html )
Ua=Ue x T/(T-t1)

Das sind ja dann schon sportliche Werte, wenn mit dieser Topologie solch 
hohe Spannungen erzeugt werden sollen.

Gruß
Axelr.

von Falk B. (falk)


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@Hannes H. (mui)

>ist jetzt direkt über dem IC. Sind das eigentlich wirklich 100µF?

Ja.

>Nicht 100nF?

Nein. Kann man aber ur Sicherheit nochmal parallel schalten.

>Habe eben noch eine Messung gemacht, der MC arbeitet immer im
>diskontinuierlichen Betrieb. Ist das so gedacht?

Ja, der arbeitet fast IMMER so.

>Okay, Nachtrag: Ich hab einen ganz schlimmen Verdacht: Ist das hier
>wirklich ein Low-ESR-Elko?
>http://www.reichelt.de/RAD-4-7-350/3/index.html?&A...


>Und wenn nein, würde das den Fehler erklären?

Nein, die Schaltung läuft auch mit einem normalen Elko.

von Falk B. (falk)


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@ Axel R. (axelr)

>Darf ich mich mal einmischen?

Nö ;-)

>Da kommen statt 56 uH, 560 uH raus...

Ist hier nicht relevant.

>Lückender Betrieb hiesst meistens, Spule zu wenig Induktivität. Schafft
>der Schaltkreis das kleine Tastverhältnis überhaupt?

Nö, muss er auch nicht im lückenden Betrieb.

>Das sind ja dann schon sportliche Werte, wenn mit dieser Topologie solch
>hohe Spannungen erzeugt werden sollen.

Die Schaltung funktioniert aber, auch wenn die Topologie dafür nicht 
optimal ist.

von Axel R. (Gast)


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???
Fällt mir nichts zu ein, bin raus
Axelr.

von Hannes H. (mui)


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So, ich habe jetzt nochmal alles Mögliche probiert. C6 am Eingang hatte 
220µF statt 100, aber das hat an sich auch nichts geändert.
Den Kondensator am Ausgang habe ich auch nochmal durch einen Low-ESR 
ersetzt. Mit C1 und der Spule habe ich auch rumexperimentiert, die 56µH 
scheinen schon am Besten zu sein. Ich bekomme jetzt eigentlich mehr oder 
weniger immer das Ergebnis im Anhang. Die Periode verlängert sich bei 
geringerem Strom, aber das sollte ja normal sein.

Noch eine Idee, was ich noch probieren könnte? Wofür ist eigentlich D2 
am Eingang, Verpolschutz?

EDIT: Auf dem Screenshot ist nur der Wechselanteil zu sehen.

: Bearbeitet durch User
von Paul Baumann (Gast)


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Die Drossel kommt mir mit ihren 56µH auch ein bisschen klein vor...
Ich habe hier 100µH als Drossel drin und 4 Röhren mit je 2,5 mA Anoden-
strom und 170 Volt Anodenspannung dran. Der bipolare Transistor ist ein
BC327 und die Diode an ihm dran eine 1N4148. Der "Ausgangskondensator"
hat hier 2,2µF.

Das geht prima, niemand der Beteiligten wird merklich warm.

MfG Paul

von Hannes H. (mui)


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Ja, wenn ich deine Konfiguration ausprobiere ändert sich an dem 
Oszi-Bild nicht viel. Die Spannung (am DMM angezeigt) ist ja auch 
stabil, aber es gibt halt schon Spannungsschwankungen im Bereich von 
20V. Im Mittel bin ich ja bei 170V. Wenn der Sägezahn den Nixies nicht 
schadet, würde ich es jetzt auch fast so lassen, wie es ist.
Hast du dir schonmal deine 170V auf dem Oszi angeschaut oder nur mit 
Multimeter gemessen?

Paul Baumann schrieb:
> Die Drossel kommt mir mit ihren 56µH auch ein bisschen klein vor...
> Ich habe hier 100µH als Drossel drin und 4 Röhren mit je 2,5 mA Anoden-
> strom und 170 Volt Anodenspannung dran. Der bipolare Transistor ist ein
> BC327 und die Diode an ihm dran eine 1N4148. Der "Ausgangskondensator"
> hat hier 2,2µF.
>
> Das geht prima, niemand der Beteiligten wird merklich warm.
>
> MfG Paul

von Marius S. (lupin) Benutzerseite


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Der Aufbau auf dem Steckbrett ist nicht gerade optimal, ich würde mal 
versuchen alles mit 50cm langen Kabeln zu verbinden vielleicht geht das 
dann besser...

Dir ist schon klar, dass aufgrund der kleinen Spule und des lückenden 
Betriebs sehr hohe Peak Ströme fließen müssen? Geht der Strom übers 
Steckbrett oder wird er durch die Übergangswiderstände begrenzt?

Falk Brunner schrieb:
> Nö, muss er auch nicht im lückenden Betrieb.
Je kleiner die Spule, desto kleiner das Tastverhältnis und desto höher 
der Stromanstieg und Peak-Strom durch die Spule.



Den Controller kannst auch weg lassen, ein PWM Ausgang und ein AD 
Eingang vom Mikrocontroller reicht eigtl. aus. Gibt auch Logik Level 
FETs in SMD für hohe Spannungen.

von Hannes H. (mui)


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Marius S. schrieb:
> Der Aufbau auf dem Steckbrett ist nicht gerade optimal, ich würde mal
> versuchen alles mit 50cm langen Kabeln zu verbinden vielleicht geht das
> dann besser...
>
Ja, das ist mir ja auch klar, dass das nicht gerade optimal ist. Wenn 
mir jemand sagt: "Das ist schon okay so und wird auch noch besser wenn 
du das gescheit auf ner Platine aufbaust", dann gebe ich mich damit 
zufrieden. Das hier ist aber meine erste Konfrontation mit einem 
Schaltregler und weil ich dazu keiner Erfahrung habe, bin ich auf die 
Erfahrung und den Ratschlag anderer angewiesen.

> Dir ist schon klar, dass aufgrund der kleinen Spule und des lückenden
> Betriebs sehr hohe Peak Ströme fließen müssen? Geht der Strom übers
> Steckbrett oder wird er durch die Übergangswiderstände begrenzt?

Das ist auf jeden Fall nochmal ein guter Punkt. Weiß nicht, wie sich das 
Steckbrett diesbezüglich verhält.

>
> Falk Brunner schrieb:
>> Nö, muss er auch nicht im lückenden Betrieb.
> Je kleiner die Spule, desto kleiner das Tastverhältnis und desto höher
> der Stromanstieg und Peak-Strom durch die Spule.
>
>
>
> Den Controller kannst auch weg lassen, ein PWM Ausgang und ein AD
> Eingang vom Mikrocontroller reicht eigtl. aus. Gibt auch Logik Level
> FETs in SMD für hohe Spannungen.

Ja, theoretisch weiß ich das, aber ich wollte es für den Anfang nicht 
noch komplizierter machen, als es  mit dem Step-Up ohnehin schon für 
mich ist. Da kann ich zumindest Softwarefehler ausschließen und mir 
fliegt auch nichts um die Ohren, wenn sich's mal irgendwo aufgehängt hat 
:-)

von Marius S. (lupin) Benutzerseite


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Hannes H. schrieb:
> Das ist auf jeden Fall nochmal ein guter Punkt. Weiß nicht, wie sich das
> Steckbrett diesbezüglich verhält.

Ich würde am Eingang erstmal noch einen Haufen Cs davor setzen (was die 
Bastelkiste so her gibt :-)) vielleicht hilft das ja schon.

Ansonsten einen Aufbau mit Lochraster machen und möglichst auch überlegt 
aufbauen (kurze Wege für Strompfade und Masse ohne Kabel dazwischen). 
Das Tonnenferrit könnte auch ungeeignet sein, die machen nicht all zu 
viel Strom mit und gehen schnell in Sättigung. Jedenfalls meine ich, 
dass ich damit keine guten Erfahrungen gemacht habe...

: Bearbeitet durch User
von MaWin (Gast)


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Hannes H. schrieb:
> Noch eine Idee, was ich noch probieren könnte?

"Habe eben noch eine Messung gemacht, der MC arbeitet immer im
diskontinuierlichen Betrieb. Ist das so gedacht?"

Das glaube ich nicht.

Du solltest mal die einzelnen Impulse oszillographieren, beispielsweise 
den Strom in der Spule. Dann siehst du vermutlich, daß der Regler 
zwischen kontinuierlichem Betrieb und diskontinuierlichem wechselt.

Im kontinuierlichen steigt der Strom im Mittel immer weiter, bis er 
jeweils von der Strombegrenzung einen drauf bekommt und der Schaltzyklus 
vorzeitig abgebrochen wird.

Der MC34063 regelt nur im diskontinuierlichen Betrieb stabil, denn der 
Ausgang des Fehlerkomparators ist nicht zur Kompensation nach aussen 
geführt.

Zum diskontinuierlichen Betrieb muss sich die 56uH Spule bei 200V ganz 
in den Ausgangskondensator entladen, sonst hätte sie Reststrom und es 
geht kontinuierlich weiter. Wegen der hohen Spannung ist die dazu 
benötigte Zeit recht kurz, in 300ns, das ist toff deines MC34063. Du 
hast sie durch C1 mit 330pF auf ca. 660ns gelegt, also ausreichend, aber 
sehr kurz.

Sie muss bei ton, ca. 15us, ausreichend lang sein damit der Spulenstrom 
bis zur Überstrombgerenzung, also 1.5A, ansteigt. Vielleicht ist das bei 
dir nicht ganz der Fall. Mach entweder R8 kleiner oder C1 grösser.

Eins von beiden müsste helfen um dauerhaft zurück in den 
diskontinuierlichen Betrieb zu kommen, die der MC34063 regeln kann.


Alternativ kann man die Situation etwas verbesser in dem man den 
Ausganghskondensator etwas verkleinert, 0.47uF reichen auch, dann wird 
der Sägezahn schneller, die Regelabweichung kleiner.

von Falk B. (falk)


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Hmm, es könnte in der Tat ein Problem sein, dass du die Schaltung zu 
gering belastest. Also mach mal die Spule größer ober alternativ R8 
größer, s0 0,5-1 Ohm. Damit sollte man in den dauerhaften 
diskontinuierlichen Betrieb kommen. Wobei ich erhlich gesagt nie mit dem 
Oszi die Ausgangsspannung betrachtet habe. Man könnte auch den 
Ausgangskondensator verkleinern, damit steigt die Ripplefrequnz deutlich 
an und man sieht zumindest kein Flimmern.

von Paul B. (paul_baumann)


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@Hannes
Ich habe leider hier nur die Uhr, aber keinen Oszi. Vor Dienstag kann
ich nicht gucken, wie die Spannung aussieht. Seinerzeit habe ich sie
aber auch nur mit dem Voltmeter gemessen bzw. eingestellt, denn ich
habe den Spannungsteiler, der "von hinten" kommt in der Mitte mit einem
Einstellregler versehen.

MfG Paul

von Hannes H. (mui)


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So, was jetzt nochmal den größten Erfolg gebracht hat, war die 
Ausgangskapazität zu verringern. Flimmern sieht man dann bei der Röhre 
nicht mehr. Vpp des Ripple bleibt aber in etwa gleich bei ca. 20V. Wenn 
die Last steigt, wird der Ripple symmetrischer, und kippt irgendwann in 
die Gegenrichtung (steigende Flanke länger).

Ich habe auch nochmal 100µH probiert, das Ergebnis war in etwa gleich, 
allerdings ist bei höherer Last die Spannung früher eingebrochen als bei 
56µH.

R8 habe ich auch mal auf 1 Ohm hochgesetzt, machte aber keinen 
Unterschied.
Ich denke der MC war auch vorher schon im diskontinuerlichen Betrieb 
(woran kann ich das eigentlich sehen? Ich habe das so verstanden: Oszi 
am Gate des FET, kontinuierliches Rechteck -> kontinuierlicher Betrieb; 
Rechteck, Pause, Rechteck -> diskontinuierlicher Betrieb. Richtig?).

Ich glaube ich werde das jetzt so lassen vom Konzept her. Das Verhalten 
der Schaltung ist an sich schön stabil. Wahrscheinlich sieht die 
Spannung bei euch genauso aus :-)

@Paul: Wegen mir musst du jetzt deine Uhr nicht auseinandernehmen, aber 
interessieren würde es mich schon mal :-)

von MaWin (Gast)


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Hannes H. schrieb:
> Ich habe das so verstanden: Oszi
> am Gate des FET, kontinuierliches Rechteck -> kontinuierlicher Betrieb;
> Rechteck, Pause, Rechteck -> diskontinuierlicher Betrieb. Richtig?).

Nein.

Das Dreieck des Stromes durch die Spule fällt auf 0
1
  /\       /\
2
 /  \     /  \
3
/    \___/    \___ 0

von Hannes H. (mui)


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Ah, okay. Wie messe ich das am Besten mit dem Oszi? Kann ich einfach nen 
kleinen Widerstand als Shunt in Reihe zur Spule schalten und da messen?

von Axel R. (Gast)


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Du kannst auch drei-vier Windungen dünnen Kupferlackdraht auf dei Spule 
wickeln. 10K parallel da dran und dann ans Oszi. Dann bist Du erdfrei. 
Ansehen, ob der Strom "lückt" geht auch. Sonst kann man 100mR in Reihe 
zur Speicherdrossel schalten, richtig. Und dann differentiell mit zwei 
Tastköpfen messen (A-B).
Viel Spass und viel Erfolg weiterhin.

Bitte "kontinuierlich, diskontinuierlich, lückender und nichtlückender 
Betrieb" nicht immer durcheinander hauen.
( Ach . ich war ja raus - sorry )

Axelr.

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