Die aus den Bildern ersichtliche Schaltung stellt den Entwurf für ein rauscharmes Netzteil für 0-250V dar. Bild 1. zeigt den Frequenz- und Phasengang der Ausgangsspannung als Ergebnis der small signal analysis (.ac). Nur steht dieses Ergebnis im krassen Gegensatz zu der transient analysis (.tran). Demnach ergibt sich ein Frequenzgang der neben der Verstärkung von 25 durch OPV und M11 in erster Näherung einem Tiefpass 1. Ordnung mit fg=100KHz entspicht. Siehe die Bilder 2. (-3dB bei 100KHz) und 3. (-23dB bei 1MHz). Dieses Ergebnis steht auch in Einklang mit den Erwartungen. Der 2057 arbeitet etwa mit der Verstärkung V = -1.1 und hat dabei laut Datenblatt eine Grenzfrequenz von ca. 1.3MHz. Die Hauptverstärkung wird also durch M11 bewirkt. Der hauptsächlich die Grenzfrequenz bestimmende Tiefpass wird durch den Ausgangswiderstand des Verstärkers und dem 100µF Kondensator gebildet. Aus der gemessenen fg von 100KHz ergibt sich dieser Widerstand zu 0.016 Ohm, ein durchaus plausibles Ergebnis angesichts der hohen Gesamtschleifenverstärkung. Was also läuft da bei .ac schief? Vereinfachungen, wie etwa der Ersatz des subcircuit "upv-ps" durch eine Spannungsquelle bringt gar kein Ergebnis, dann läuft sich LTspice in seiner damped transient analysis vollends tot und kommt zu keinem Ergebnis. Auch .ic hat bis jetzt noch nichts erbracht. Merkwürdigerweise arbeitet LTspice bei einer verwandten Schaltung, nämlich bei einem gleich aufgebauten Netzteil für 0 bis 25V, bei dem lediglich die Verstärkerstufe mit M11 fehlt, richtig. Anbei auch die .asc und .asy Files für den, der selber mal probieren will. Hier müssen aber die Dateipfade in den .asy entsprechend der Abspeicherung auf dem lokalen Rechner angepasst werden. Gruß Dieter
In der letzten Version ist C15 kurzgeschlossen. Ob das die Ursache ist kann ich nicht prüfen, da nicht alle Teile im zip enthalten sind. Fehlermeldung: Couldn't find symbol(s): ps330-1 Auch wenn ich die ps330.asy umbenenne ist sie unbrauchbar, da der Verweis auf das entsprechede asc fehlt. In diesem (ps330.asc) wiederum fehlt das Symbol und die Lib für den TL783. Versuch erst einmal die zusätzlichen Verbindungen (nicht nur bei C15) zu entfernen und häng die fehlenden Dateien an, dann kann man weitermachen.
C15 ist nicht kurzgeschlossen, es sind nur Artefakte die vom Verschieben übriggeblieben sind. Ich habe das mittlerweile beseitigt und das Ergebnis ist das gleiche. Bei den Dateien habe ich irrtümlicherweise die falsche Version von ps330 angehängt. Die richtige ist ps330-1. Anbei die asy und asc, die diejenigen aus dem Zipfile ersetzen müssen. Beide müssen übrigens im gleichen Directory liegen, damit LTspice damit zurechtkommt. Schönen Dank, trotzdem. Gruß Dieter
Dieter J. schrieb: > C15 ist nicht kurzgeschlossen, es sind nur Artefakte die vom Verschieben > übriggeblieben sind. Ich habe das mittlerweile beseitigt und das > Ergebnis ist das gleiche. Der ist kurzgeschlossen - auch in ps330-1.asc. Hervorhebung mit "Rechte Maustaste-Highlight Net" Und wer kommt auf die [zensiert] Idee fixe Pfade für die lib-Dateien in nicht editierbare Symbole zu schreiben. Ich hab das mal behoben, damit sich nicht jeder damit beschäftigen muß. Damit läuft die Simulation erst einmal - über die Ergebnisse muß ich aber noch nachdenken.
Hallo Dieter, so ähnlich wie hier solltest du es bauen. Für die zwei Mosfets mit kleinen Strom sollte man einen heraussuchen der kleine Kapazitäten hat, also keinen der zig-Ampere kann. Mit den 0,1mA kann man in der Praxis keine Z-Diode zufriedenstellen. Da musst du mehr Strom bringen (1mA) oder eine andere Lösung suchen. Die AC-Quelle in der Rückführung ist für die Loopgain Simulation. Bei 0dB solltest du auf genügend Abstand zu -180° achten. Außerdem sollte man die Aufgabe trennen. Den Vorregler habe ich durch eine Spannungsquelle ersetzt. Alle V-Quellen haben keinen Serienwiderstand da dies die Konvergenz erschweren würde. Jetzt kannst du an Cs experimentieren um möglichts viel loopgain (>60°) bei gewünschter "phase margin" zu bekommen. Zip auspacken und loslegen. Hier wird nichts mit Pfaden gefummelt. So sollte man es immer machen. Gruß Helmut
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Allgemein muss wohl immer wieder mal darauf hin gewiesen werden, dass die ac-Analyse nur mit linearen Bauteilen sinnvolle Resultate liefert.
Vielen Dank soweit. @8urba Ich habe auch in ps330-1 nun diese "Kurzschlüsse" beseitigt, das Resultat ändert sich aber nicht, siehe Bild 1. Ich habe die neuen Netze auch mit der Highligt methode geprüft, es ist alles richtig. Wieso Du ein anderes Ergebnis bekommst ist mir unklar. Ich werde Deinen Zipfile morgen mal auspacken, um zu sehen, ob Du noch andere Veränderungen vorgenommen hast. @Helmut Vielen Dank für Deine große Mühe. Die Anregung mit der Spannungsquelle im Rückkopplungspfad ist Gold wert, so kann ich die P und I-Anteile wesentlich besser bestimmen. Diese Methode war mir echt neu. Auch Dein Hinweis die Serienwiderstände der Spannungsquellen wegzulassen hat insofern vollen Erfolg gehabt, als dass LTspice nun ganz schnell die DC Arbeitspunkte findet und so dann im Bruchteil von Sekunden das Ergebnis liefert. Allerdings ist das Resultat bezogen auf V11 immer noch dasselbe. Und es ist nach wie vor unplausibel und steht im Widerspruch zu den Ergebnissen der Transientenanalyse. Ich benötige aber das Ergebnis bezogen auf V11, weil meine Intension eigentlich eine .noise Analyse ist, die ja nur ein Spezialfall von .ac ist. Von daher nützt mir das ausweichen auf die Spannungsquelle B erst mal nichts. Im übrigen möchte ich natürlich wissen, was da verkehrt läuft. Dein Hinweis für die MOSFETS mit geringerer Belastung kleinere Typen mit geringeren Kapazitäten auszusuchen ist richtig und ich habe auch schon etwas gesucht (bei Mouser). Das Problem ist, dass auch 800mW eine Kühlung erfordert. Und die die dort zu finden sind, sind entweder schnell, aber sind von der Gehäuseform für eine Kühlung über Flächen auf der Platine ausgelegt (Größenordnung 50x50mm). Das nimmt mir aber zu viel Platz weg. Die anderen in TO220 oder Verwandte sind aber immer Leistungs-FET. Für Hinweise auf konkrete Typen wäre ich dankbar. Deine Schaltung in dieser Hinsicht (der MIX aus 2N2907 und dem FET STN..) konnte ich noch nicht ausprobieren, weil bei mir das zugehörige Modell für den STN... fehlt (LTspice wurde allerdings vor 3 Wochen etwa geupdated). Noch eine Bemerkung zu den Pfaden in den asy. Man kann das natürlich so lösen wie Du, nämlich alles in einem Projektverzeichnis unterzubringen. Das ist für das Versenden ideal. Aber nur dafür. Zu Hause will ich aber nicht in jedem Projekt alle nicht Standardbauelemente jedesmal kopieren und habe sie deshalb alle in einem Verzeichnis (später nach und nach ein Verzeichnisbaum) untergebracht. Das Problem weist eigentlich auf einen funktionalen Mangel bei LTspice hin, jedenfalls ist mir in dieser Hinsicht noch nichts Gescheites bekannt. Gut wäre so etwas wie ein Suchpfad (z.B. über eine Direktive in der Schaltung. Gruß Dieter
Hallo Dieter, Man muss die Amplitude bei V11 so weit herunterdrehen (0.2m) bis die Ausgangsmosfets nicht mehr den Bereich Id=0 erreichen. Das passiert ganz schnell wegen den 100uF. Plotte einfach zur Kontrolle I-source der beiden Ausgangsmosfets. Der Source-Strom muss ideal sinusförmig sein. Das ist dann ein Zeichen, dass wir noch im linearen Bereich sind. Die .AC-Analyse geht davon aus, dass alles linear im Arbeitspunkt ist. V11-Quelle SINE(0 0.2m 10k) Diese Option noch dazumachen. Die schaltet die Datenkompression ab. .options plotwinsize=0 Wenn ich das bei 10kHz mache, dann gibt es sowohl bei .AC wie bei .TRAN 18dB Verstärkung.
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Hallo Helmut, das ist jetzt nicht neu, die kleine Amplitude hatte ich von vorne herein (siehe Bilder im 1. Beitrag) so eingestellt, nämlich 100µV sowohl bei ac wie bei sine. Dennoch ist das Ergebnis falsch. Ich habe dann noch einen Versuch gemacht und die subcircuit opv-ps durch eine Spannungsquelle ersetzt und den Vorgang über Nacht einfach laufen lassen. Heute morgen fand ich vor, dass er immer noch dabei war, den DC-Arbeitspunkt zu finden. Beides dann abgebrochen und die Damped Pseudo Transient Analysis weiterlaufen lassen. Nach dem Frühstück war dann das Ergenis da und es ist richtig bzw. es entspricht den Erwartungen, siehe Bild. Allerdings ist die Situation unbefriedigend, denn ein nachfolgender Versuch hat eine Rechenzeit von 10 Minuten ergeben. Ich kenne LTspice einfach zu wenig, um dem Programm auf die Sprünge helfen zu können. Gruß Dieter
Dieter J. schrieb: > Ich werde Deinen Zipfile morgen mal auspacken, um zu sehen, ob Du noch > andere Veränderungen vorgenommen hast. Hatte U2 verkehrt herum eingesetzt. Das Modell ad8675.spi scheint auch den Hauptteil der Verzögerung beim finden des OP auszumachen. Mit einem LT1002A (den ich ansonsten nicht auf seine Eignung geprüft habe) geht die Simulation relativ schnell. Date: Mon Apr 11 16:31:15 2016 Total elapsed time: 13.259 seconds. Die eigentliche Ursache für die seltsame Kurve mit Vorregelung dürfte sein, dass dieses Modell einen OP von -4V liefert (View-Place .op Data Label). Eine Möglichkeit eine Neuberechnung des OP-Points zu umgehen, wäre der Einsatz von .savebias bzw. in weiterer Folge .loadbias, um die gepeicherten Daten wieder zu laden. Funktioniert aber nur, wenn man keine Änderungen vornimmt, die den OP verschieben.
Ja, vielen Dank. Das mit dem OPV ist ja schon was. Allerdings habe ich ihn mittlerweile ohnehin rausgeschmissen, weil mir die Stromquelle zu aufwendig konstruiert war. Das Ergebnis in bezug auf .ac errechnet sich nun zwar schnell, aber leider ist es immer noch falsch. Gruß Dieter
Dieter J. schrieb: > Das Ergebnis in bezug auf .ac errechnet sich nun zwar schnell, aber > leider ist es immer noch falsch. Eventuell war die Formulierung etwas verwirrend. Mit 8urba schrieb: > Die eigentliche Ursache für die seltsame Kurve mit Vorregelung dürfte > sein, dass dieses Modell einen OP von -4V liefert (View-Place .op Data > Label). meinte ich unabhängig vom verwendeten Operationsverstärker die Schaltung für opv-ps aus ps330-1.asc, die keine 264V sondern -4V als OP liefert.
Das war jetzt ein Missverständnis. Ich bezog mich auf meine veränderte Schaltung. Du hast völlig recht. Der Hund in Bezug auf die fehlerhaften Ergebnisse liegt eindeutig in ps330-1 begraben. Nur wie finden bzw. umgehen? Gruß Dieter
Dieter J. schrieb: > Ja, vielen Dank. Das mit dem OPV ist ja schon was. > > Allerdings habe ich ihn mittlerweile ohnehin rausgeschmissen, weil mir > die Stromquelle zu aufwendig konstruiert war. > > Das Ergebnis in bezug auf .ac errechnet sich nun zwar schnell, aber > leider ist es immer noch falsch. > > Gruß Dieter Warum sind da zwei 2N4393 in der Schaltung? Die vertragen nur 40V aber keine 250V.
Dieter J. schrieb: > Du hast völlig recht. Der Hund in Bezug auf die fehlerhaften Ergebnisse > liegt eindeutig in ps330-1 begraben. Nur wie finden bzw. umgehen? Eine Sinusquelle liefert für die AC-Analyse 0V als OP. Eventuell mit DC=xV einen Gleichspannungspegel vorgeben. Das funktioniert aber nicht über die normalen Eigenschaften (rechte Maustaste) sondern nur über die erweiterten (Strg-Rechts). Auch für die Simulationszeit ist es nicht förderlich. Total elapsed time: 96.169 seconds.
Wir scheinen an der selben Sache zu pusseln. Bisheriges Ergebnis ist, dass die Simulation relaliv zügig und richtige Ergebnisse liefert, wenn man in ps330-1 die Wechselspannungsquelle mit den Dioden abklemmt und statt dessen dort eine 325V Gleichspannungsquelle mit Serienwiderstand 118Ohm anschließt. In diesem Fall kann der Arbeitspunkt nur über die Pseudo Transient gefunden werden, Src stepping geht immer fehl. Die Arbeitspunkte werden in diesem Fall immer richtig gewählt und entsprechen den Spannungswerten nach einer Transientenanalyse. Im anderen Fall, also mit Wechselspannungsquelle, werden die Arbeitspunkte immer über das Src stepping gefunden und sind immer falsch, sowohl bei .ac wie bei .trans. Die Transientenanalyse liefert in beiden Fällen ein ähnliches Ergebnis, wenn man die Sprunganwort durch den Belastungssprung am Ausgang durch die gepulste Stromsenke vergleicht. Die .ac geht immer dann fehl, wenn die Arbeitspunkte falsch sind, was immer beim src stepping der Fall ist. Gruß Dieter
Dieter J. schrieb: > Die .ac geht immer dann fehl, wenn die Arbeitspunkte falsch sind, was > immer beim src stepping der Fall ist. Das hat nichts mit der Methode zum Finden des Arbeitspunktes zu tun, sondern damit, dass der stationäre Betriebszustand - für den du das AC-Verhalten ermitteln willst - mit einer Wechselspannungsquelle eben erst nach einiger Zeit erreicht wird. Siehe Transienten-Analyse.
In der .AC-Analyse in nichtlinearen Schaltungen sollte man zur Kontrolle die DC-Spannung (Ergebnis des DC-Arbeitspunktes) an wichtigen Netzen kontrollieren. Entweder richtig einblenden oder mit dem Maus-Cursor darüberfahren und unten in der Statuszeile ablesen.
Ich habe jetzt mal die ps330-1 alleine mit .op durchgespielt. Mit Wechselspannungsquelle wird immer der Arbeitspunkt gleich aber extrem falsch bestimmt, egal mit welcher Methode er berechnet wird (man kann die Methoden gezielt durch die Optionen nooptiter gminsteps und srcsteps gezielt an und abschalten). Ersetzt man die Wechselspannungsquelle + Dioden durch eine Gleichspannungsquelle wird der Arbeitspunkt richtig berechnet, allerdings versagen alle Methoden außer damped pseudo transient. In Bild 1 ist der augenblickliche Stand der Gesamtschaltung noch mal dargestellt. Mit den Optionen abstol=1e-8 und reltol=0.003 kann man die Rechenzeit deutlich herunterdrücken, wobei die Genauigkeit nur unwesentlich leidet (~2%). Warum das so ist, ist in meinen Augen ungeklärt, denn durch den Innenwiderstand der Gleichspannungsquelle in Verbindung mit den großen Kondensatoren wie aber auch der Strombegrenzung auf 70mA braucht es einige Zeit genauso wie bei der Wechselstromquelle bis der stationäre Zustand erreicht ist. Es gibt aber noch ein anderes Problem. Das Bild 2. zeigt das Bodediagramm der open loop gain. Demnach hat die Schaltung keine Phasenreserve und müsste eigentlich schwingen. Tut sie aber nicht zumindest in der Simulation. Im Gegenteil, die Sprungantwort von Ua bei Lastwechsel (Werte siehe die Pulse Anweisung von I1) deuten vom Aussehen eher auf eine Phasenreserve von rund 60° hin. Die open loop gain habe ich anders als Helmut entsprechend der Definition nachgebildet, nämlich V(f) = Ua/Ud mit Ud die Differenzeingangsspannung des OPV LTC2057. Das Vefahren nach Helmut ergibt auch ganz andere Kurven, die ich überhaupt nicht deuten kann, siehe Bild 3. Liege ich hier irgendwo falsch oder wie ist der Widerspruch zu erklären? Gruß Dieter
Hier noch die zugehörige Sprungantwort in Bild 1. Ist in dieser Beschaltung doch weniger Phasenreserve, grob 45-30°. In Bild 2 und 3 Bode und Sprungantwort bei einer anderen Beschaltung (C4). Hier so rund 60-50° Phasenreserve aber die 180° werden im Bodediagramm überschritten. Gruß Dieter
Dieter J. schrieb: > Warum das so ist, ist in meinen Augen ungeklärt, denn durch den > Innenwiderstand der Gleichspannungsquelle in Verbindung mit den großen > Kondensatoren wie aber auch der Strombegrenzung auf 70mA braucht es > einige Zeit genauso wie bei der Wechselstromquelle bis der stationäre > Zustand erreicht ist. Ich glaube, dass du eine falsche Vorstellung vom .OP hast. Es wird die Spannung zum Zeitpunkt t0 und niemals t0+x herangezogen und solange gerechnet, bis die Abweichungen minimal werden. Ob eine DC-Quelle zum Laden des Kondensators eine gewisse Zeit braucht ist in dieser Hinsicht belanglos. Bei einer Sinus-Quelle ist diese Spannung per Definition 0V, solange man nicht am Phasenwinkel dreht (als Beispiel mit 60°). Zu den einzelnen Methoden kann eventuell Helmut noch etwas Schlaues sagen - ich weis im Prinzip nur, dass es sie gibt ;)
Hallo 8urba, Helmut, verstehe ich nicht mit dem Zeitpunkt t0. Es geht doch bei .ac um ein kleines Sinussignal welches um den Gleichspannungsarbeitspunkt herum oszilliert. Der Arbeitspunkt wird aber wohl nur selten zum Zeitpunkt t0 erreicht werden das verhindert schon jede Spannungsversorgung, die ihren stationären Wert erst nach gewisser Zeit ereicht - und damit z.B. die Arbeitspunkte von Transistoren. Abei die ps330-1.asc und netzteil-250v-2.asc, Rest gleich. Gruß Dieter
Dieter J. schrieb: > verstehe ich nicht mit dem Zeitpunkt t0. Es geht doch bei .ac um ein > kleines Sinussignal welches um den Gleichspannungsarbeitspunkt herum > oszilliert. Ja. > Der Arbeitspunkt wird aber wohl nur selten zum Zeitpunkt t0 > erreicht werden das verhindert schon jede Spannungsversorgung, die ihren > stationären Wert erst nach gewisser Zeit ereicht - und damit z.B. die > Arbeitspunkte von Transistoren. Der Default bei der Berechnung des Arbeitspunktes geht vom stationären Zustand aus, so als ob die jeweiligen Spannungen schon unendlich lange anliegen würden - aber eben nur so, wie sie genau bei t0 sind. Will man ein realistisches Einschaltverhalten nachbilden, geht das z.B. bei der Transientenanalyse mit der Option startup, was dazu führt, dass die Spannung V1 für die Berechnung des .op nicht als 10V sondern als 0V eingesetzt wird. Von diesem Punkt aus wird dann weitergerechnet.
Für mich sieht es so aus, als ob du mit zu kleiner Referenzspannung den linearen Bereich verlässt, was aber zum Teil durch die unabhängige Vorgabe in ps330-1.asc kompensiert wird. Von oben nach unten mit 1V, 5V und 10V Ich habe, abgesehen vom Einbinden der supertex.lib für den DN2530, die Simulation so umgebaut, dass man für die Vorregelung eine separate Referenz vorgeben kann, ohne direkt daran zu drehen. Hilft ebentuell dabei, dafür zu sorgen, dass die Screenshots mit den asc übereinstimmen. Ich würde auch die Spannungsversorgung auf einen eigenen Pin geben und alle Lasten und Simulationskommandos daraus entfernen. Dafür dann ein eigenes asc für den Standalone-Test erstellen.
Vielen Dank für die Mühe, muss das morgen aber erst mal gründlich studieren, ehe ich was sagen kann. Ich hatte mich heute vorwiegend mit dem Phasenproblem beschäftigt, bin da auch noch nicht durch. Gruß Dieter
Habe gerade schon mal drüber gesehen. Die Idee die Spannungsversorgung mit der Referencespannung herunterzuregeln ist gut und werde ich aufgreifen. So wie jetzt geht es aber nicht, weil ich ja auch auf 0V herunterregeln will. Außerdem ist bereits jetzt bei 1V der 2057 in netzteil.asc am negativen Anschlag. Deshalb die Verzerrungen in den Kurven. Dazu sei bemerkt, das das Ganze noch etwas komplexer ist. Wenn es mal fertig ist, soll es ein DC-Kalibrator für Multimeter werden. Die Referenz ist ein eigenes Modul, welches auf dem LTC1021 aufbaut. Der Ausgang wird verstärkt auf 10V und sodann gefiltert mit fg=0,15Hz wegen Rauschen. Das ist bei der ganzen Sache ein wesentlicher Punkt, denn bei einem 7.5-stelligen Multimeter darf die Anzeige beim Kalibrieren nicht wesentlich schwanken. Danach wird die Referenz auf einen DAC gegeben über den mittels Rechner die Spannung variabel eingestellt wird und dem Modul Netzteil zugeführt wird. Die feste 10V Referenz war für opv-ps vorgesehen und auch noch für die Temperaturregelung, denn die temperaturempfindlichen Teile kommen in ein auf eine möglichst konstante Temperatur aufgeheiztes Gehäuse wegen Drift. Gruß Dieter
Noch mal eine Rückmeldung. Mit den jetzt gefundenen Parametern und nach dem Abklemmen der Wchselspannungsquelle, läuft die Simulation einigermaßen zügig. Was die Darstellung der open loop gain in Phase und Amplitude angeht, ist das Problem auch gelöst. Bild 1. zeigt die Ergebnisse der .ac Analyse. Oben ist die Phase der open loop gain dargestellt V(inp)/V(inn). Zur Verifizierung sind der gleichen plane auch die Phasen von V(inp) und V(inn) dargestellt. Die Subtraktion ergibt eben die Phase der open loop gain. In der zweiten plane die Magnitude der open loop gain und die Gesamtverstärkung der Schaltung. Im letzen Diagramm die openloop gain nur des Operationsverstärkers. Das passt jetzt alles zusammen und ist plausibel. Die Phasenreserve beträgt ungefähr 35-40% bei der augenblicklichen Beschaltung. Das entspricht auch der Sprungantwort in Bild 2. Vielen Dank an alle, die hier aktiv mitgeholfen haben, Gruß Dieter
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