Hallo Leute, bei der angehängten Schaltung handelt es sich um einen Stromverstärker zur Ablenkung eines Elektronenstrahls. Im dynamischen Betriebsfall wird am Eingang ein Dreiecksignal mit einer Amplitude von +/- 1,5V und einer max. Frequenz von 20kHz angelegt. Durch die Ablenkspule am Ausgang soll dann ein Strom von +/- 3A fließen. Deswegen kommt ein Spezial-OPV von Apex PA05 zum Einsatz. Dies funktioniert soweit. Im statischen Betriebsfall, wenn der Sollwert sprunghaft von +1,5V auf -1,5V geändert wird, gerät die gesamte Schaltung ins Schwingen (f ca. 500kHz bei voller Amplitude am Ausgang). Umgekehrt, bei Sollwertänderung von -1,5V auf +1,5V, passiert dies nicht. Eine Erhöhung des Kompensations-Cs (C2) des PA05 ist keine Option, da die Schaltung sonst zu langsam wird. Des Weiteren habe ich versucht, bei der Rückkopplung des Reglers (IC1) den Leistungs-OPV mit einzubeziehen. Dazu habe ich C1 nicht an IC1 Pin 6 sondern an den Spannungsteiler R5/R8 (also an IC2 Pin 1) angeschlossen. Leider ohne Erfolg. Hat jemand eine Idee was man tun kann? Wichtig dabei wäre, dass der dynamische Betriebsfall nicht beeinträchtigt wird. Danke schon mal im Voraus.
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Michael W. schrieb: > Hat jemand eine Idee was man tun kann? Wichtig dabei wäre, dass der > dynamische Betriebsfall nicht beeinträchtigt wird. Ja ich habe eine gute Idee. Nimm LTspice und untersuche die Schaltung. mfg Klaus
Warum setzt du L1 eigentlich nicht gleich anstelle von R5 ein und passt R8 für den entsprechenden Strom an ...? Dabei entfällt dann das ganze Geraffel mit IC1 und IC3. Uuuups - bei Usoll von ±1.5V und deinem gewünschten Imax von ±3A sind das wieder genau die 0.5 Ohm für R8 - welch ein Zufall. Tse-tse-tse ;-)
Warum hängst du nicht den - Eingang des IC2 direkt an den R9 ? Das erfüllt deinen Zweck einer einstellbaren Konstantstromquelle. Ralph Berres
C1 - R1 soll so? oder C1 || R1? Bei statischem Betrieb geht die Verstärkung (wegen C1) ins unendliche. hab jetzt die Schaltung aber auch nur grob überflogen.
@Klaus Mit LTspice kenne ich mich nicht aus. Ich mache sonst eher Software. @Raimund Rabe >Warum setzt du L1 eigentlich nicht gleich anstelle von R5 Die Ablenkspule hat einen Widerstand von 0,6 Ohm + Widerstand des Kabels. So komme ich nicht auf Verstärkung 11. Die Verstärkung ist aber nötig. Der IC2 wird nicht zum Spaß mit +/-36V versorgt. Im dynamischen Betriebsfall kommen an dessen Ausgang ca. +/- 30V heraus. @Ralph Berres >Warum hängst du nicht den - Eingang des IC2 direkt an den R9 ? In einem ersten Entwurf war die Schaltung so, wie von Dir vorgeschlagen. Allerdings bestehen sehr hohe Anforderungen bezüglich Genauigkeit und Drift des Ausgangsstromes. Dieser sollte auf 0,3mA genau sein. Der Leistungs-OPV (IC2) ist dazu nicht geeignet. Deswegen wurde ihm ein PI-Regler (IC1) vorgeschaltet (@Äxl "C1 - R1 soll so?" Ja soll so). Deswegen auch der Instrumentenverstärker (IC3). Die gesamte Schaltung außer IC2 und der Stromshunt (TK 0,2) wird auf konstanter Temperatur gehalten, um die Genauigkeitsanforderungen zu erfüllen.
C1 - R1 mach aber "D", nicht "P" oder "I". Ich les'ma weiter mit...
Äxl (geloescht) schrieb: > C1 - R1 mach aber "D", nicht "P" oder "I". eher macht der "PI" .-) > Ich les'ma weiter mit... viel Spaß...
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Michael W. schrieb: > Deswegen wurde ihm ein > PI-Regler (IC1) vorgeschaltet (@Äxl "C1 - R1 soll so?" Ja soll so). Ja, typische Lehrbuchschaltung. Dass sie so nicht funktioniert hast Du ja schon festgestellt. Jetzt musst Du noch rausfinden, wie sie funktioniert.
Karl schrieb: > Jetzt musst Du noch rausfinden, wie sie funktioniert. Oder anders: Ich weiß was, was Du nicht weißt und sag es aber nicht. Klasse Antwort. Ich dachte das wäre hier ein Forum. Scheinbar nicht. Sorry mein Fehler. Tja wenn ich so schlau wäre wie Du und so viel Erfahrung hätte, hätte ich sicher diesen Thread nicht eröffnet.
Michael W. schrieb: > Mit LTspice kenne ich mich nicht aus. Ich mache sonst eher Software. Mach einfach weiter Software. Michael W. schrieb: > Tja wenn ich so schlau wäre wie Du und so viel Erfahrung hätte, hätte > ich sicher diesen Thread nicht eröffnet. Du glaubst also ein paar Semester Regelungstechnik durch ein Forum ersetzen zu können? Viel Spass. Michael W. schrieb: > Ich weiß was, was Du nicht weißt und sag es aber nicht. Nein, sondern: Das Thema ist zu komplex, als dass man es Dir mal nebenher im Forum erklären könnte. Schon gar nicht ohne Kenntnis der Regelstrecke, sprich was das eigentlich für eine Spule ist, was die für Eigenschaften hat, mit welchen Stögrößen zu rechnen ist, welche Dynamik die Signale haben. Stattdessen wirfst Du pampig hin: Michael W. schrieb: > Der IC2 wird nicht zum Spaß mit +/-36V versorgt. Du willst hier was. Wir sind nicht Deine Lohnsklaven.
Michael W. schrieb: > Klasse Antwort. Dann ignorier ihn halt einfach. Antworten zum Ärgern findest du in jedem Thread. Welchen Stellenwert sie im Thread einnehmen hängt davon ab, wie du darauf reagierst. Ich kann mir auch vorstellen, dass Karl die Beschaltung deines PA05 mit einer Howland Stromquelle verwechselt hat. Das stimmt zwar nicht, aber das wäre tatsächlich eine Schaltung, die man im Lehrbuch gerne vorrechnet und die in der Praxis gerne mal nicht funktioniert. Ganz allgemein: deine Schaltung schwingt bei 500kHz, weil du bei der Frequenz immer noch eine Kreisverstärkung >1 hast und zu viel Phasenreserve verlierst (d.h. im Summe zu viel Phasenverzögerungen aufgesammelt hast). Und du hast ne Menge getan, um beide Bedingungen zu erfüllen. Dein eigentlich zurückgekoppelter Kreis wird vom OPA192 geregelt. Dass du dem PA05 eine eigene Spannungsverstärkung von 11 gegeben hast erhöht dessen Kreisverstärkung um den Faktor 11 - eine gute Voraussetzung zum Schwingen. Außerdem verlierst du an verschiedenen Stellen im Kreis Phasenreserve. Der PA05 ist sicher der wichtigste Brocken (die Schaltung schwingt ja nicht zufällig ca. bei dessen Grenzfrequenz). Aber auch die Last (der Strom durch den Shunt folgt der Spannung an der Spule verzögert) und der AD8421 kosten dich jeweils etwas Phasenreserve. Und in Summe wirds dann halt zuviel. Bei jedem deiner Schaltungsteile kann ich nachvollziehen, warum du ihn zu brauchen glaubtest. Aber in dieser Kombi funktioniert es halt nicht, und es ist gut möglich, dass sich mit dem PA05 als Basis alle deine Anforderungen (Genauigkeit, Geschwindigkeit, Strom) nicht gemeinsam erfüllen lassen. Wenn du Spice-Modelle für den PA05 bekommen kannst wäre eine Simulation des Gesamtsystems wirklich sehr hilfreich. Mag schon sein, dass das bisher nicht so dein Ding ist, aber um die Schaltung mit den gewünschten Parametern zum Laufen zu kriegen wirst du ein Stück aus deiner Komfortzone rauskommen müssen. Zum experimentellen Vorgehen an der Schaltung: ich glaube ich würde zuerst mal prüfen, dass wirklich der gesamte Regelkreis schwingt und nicht schon der PA05 alleine aus irgendwelchen Gründen Ärger macht. Also R3 auftrennen und den PA05 direkt ansteuern. Wenn du jetzt bei irgendwelchen Spannungen/Spannungssprüngen eine Schwingneigung entdeckst, dann musst du erst dem Burschen seine Schwingneigung abgewöhnen. Wenn er alleine schon am Rand der Stabilität ist, dann wirst du einen Reglkreis mit ihm dabei kaum stabil kriegen. Wenn der PA05 selbst sehr gutmütig ist, dann würde ich weiter am Kreis arbeiten. Und als erstes würde ich "Komfortfeatures" rauswerfen, die potentiell schwingungsfördernd sind. Lass den AD8421 weg, der dir zwar Genauigkeit bei der Strommessung gibt, aber ggf. auch Phasenverschiebung bei den kritischen Freuqenzen. Wird dadurch etwas besser? Spiel mit dem Verhältnis von C1 und R7 (das ist die Haupt-Einstellmöglichkeit für deinen Regelkreis). Wenn du IC1 damit langsam machst, wird der Kreis dann stabil? Betreib den PA05 mit sträkerer Kompensation und geringerer Verstärkung. Wird der Kreis dann stabil? Vielleicht schaffst du es so zu einer Schaltung zu kommen, die zwar stabil ist, aber andere Wunschparameter nicht erfüllt (Bandbreite, Genauigkeit, ...). Und dann wirst nicht du um eine ausführliche Analyse des Regelkreises herumkommen, wenn du näher an deine Zielvorstellungen kommen willst. Die Simulation mit LTSpice ist dabei tatsächlich der deutlich einfachste Ansatz (sofern Modell des PA05 vorhanden). Die Problemstellung ist halt nicht trivial, und es kann prinzipiell auch dabei rauskommen, dass die Kombination deiner Anforderungen mit dem PA05 tatsächlich nicht erreichbar ist.
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Die Schaltung zeigt einen PID Regler mit einstellbaren Koeffizienten und wurde etwa 1980 an der TH Darmstadt entwickelt. Sie ist dazu gedacht, eine ziemlich gewaltige Spule bei einem Beschleuniger zu bedienen. Wenn ich mich recht erinnere, soll das Magnetfeld in kürzester Zeit abgeschaltet werden, damit man weitere Teilchen in den Beschleuniger einbringen kann und dann ebenso flott wieder zugeschaltet werden, damit alles drin bleibt. Das sollte so ungefähr auf deine Problemstellung passen. Die genaue Auslegung der Schaltung ist natürlich anwendungsspezifisch und kein Kinderspiel - aber nicht meine Baustelle. Spenden bitte an die THD.
Ne Spule zu regeln ist schon tricky, wenn man 20kHz erreichen will. Früher hat man Ablenkverstärker vorwärts kompensiert, d.h. die Spannung so verzerrt, daß sich der gewünschte Stromverlauf ergibt. Damit entfällt der Regelkreis und somit auch das Schwingen. Michael W. schrieb: > Allerdings bestehen sehr hohe Anforderungen bezüglich Genauigkeit und > Drift des Ausgangsstromes. Dieser sollte auf 0,3mA genau sein. Wow, 100ppm. Ich denke mal, das kann man bei 20kHz vergessen.
Man könnte aber auch die Stromregelung alleine mit dem Leistungs-OP machen Und dann versuchen den Strom mit dem PI Regler in der ersten Stufe zu bestimmen. Gewissermasen zwei Regelkreise mit komplett unterschiedlichen Anwendungen. Ralpg Berres
Den Strom durch eine Spule zu regeln ist schwer - die Spule wehrt sich genau dagegen das sich der Strom ändert. Die erste Idee wäre einen genügend großen Widerstand in Reihe zu schalten - ob das praktikabel ist hängt von der Spule ab, vermutlich ehe nicht. Ich kenne eine ähnliche Anwendung vom Elektronenmikroskop. Bei dem alten Gerät das ich kenne wären da bei der Stromregelung schon richtig große Widerstände, die schon einiges an Abwärme erzeugten. Weil die Schaltung schon etwas komplizierter wird (ähnlich einem Spannungs-Verstärker für stark kapazitive Lasten) sollte man so eine Schaltung schon vorher simulieren. Wenn die Induktivität bekannt ist, kann man recht viel davon kompensieren.
Michael W. schrieb: > Klasse Antwort. Ich dachte das wäre hier ein Forum. > Scheinbar nicht. Dochdoch, ist es... aber... > Tja wenn ich so schlau wäre wie Du und so viel Erfahrung > hätte, hätte ich sicher diesen Thread nicht eröffnet. Nun. Lass' es mich so sagen: Die Schaltung lässt ein gewisses Missverhältnis zwischen den gestellten Anforderungen und dem Lösungsaufwand erkennen. Man wird im Laufe der Jahre zurückhaltender mit den Ratschlägen, weil... naja. Man macht zu oft die Erfahrung, dass es sich im Grunde nicht lohnt, seinen Senf dazuzugeben. Das soll kein Angriff sein, sondern nur eine Zustandsbeschreibung. Gut. Am auffälligsten ist (für mich), dass keinerlei Form der Störgrößenaufschaltung (bzw. der Vorsteuerung) verwendet, sondern die gesamte Arbeit dem Regler überlassen wird. Das hat dann die Folge, dass ziemlich hohe Verstärkungen notwendig sind, was gefährlich für die Stabilität ist. Sowohl der Spulenwiderstand wie auch die Induktivität sind ja in erster Näherung konstant und bekannt; also kann man ein (einstellbares) PD-Glied aufbauen, das rein als Steuerung den Spulenstrom bis auf, sagen wir, 1% genau trifft. Der Regelkreis muss dann nur noch den Restfehler ausregeln. Das setzt einen Summierer im Regler und eine getrennte Behandlung der einzelnen Anteile voraus, und wenn Du die "Darmstadt"-Schaltung ansiehst, stellst Du fest, dass sie genau so aufgebaut ist. Der zweite (und vielleicht wichtigere) Punkt ist, dass keinerlei Schutzschaltungen erkennbar sind, weder gegen Überlastung noch gegen Übersteuerung. Die Reaktionszeiten bei Übersteuerung sind sehr viel länger als die reguläre Sprungantwort im linearen Bereich; als Folge dessen kann, während sich der eine OPV gerade erholt und in den linearen Bereich zurückkehrt, ein anderer OPV im Regelkreis gegen den Anschlag laufen --> Relaxations- oszillator. Es ist überraschend, aber nicht unbedingt ungewöhnlich, dass das Problem nur bei ganz bestimmten Ansteuerbedingungen auf- tritt; die Slew-Rate muss für steigende und fallende Spannung nicht unbedingt gleich sein, was dann die Folge hat, dass der Regelkreis nur unter bestimmten Bedingungen aushakt.
Achim S. schrieb: > Ich kann mir auch vorstellen, dass Karl die Beschaltung deines PA05 mit > einer Howland Stromquelle verwechselt hat. Nee, ich mein den angeblichen PI-Regler. Der ist halt aufgebaut, wie man ein Lehrbüchern einen PI-Regler sieht. Anti-Windup, Begrenzung... braucht man das? Hat doch die Lehrbuch-Schaltung auch nicht.
Danke für das zahlreiche Feedback. LTSpice habe ich nun installiert. Muss mich da aber erst mal einarbeiten. Modelle für die OPV’s sind verfügbar. Lösungsaufwand Auf Grund der hohen Anforderungen bezüglich Drift, wollte ich die Schaltung mit so wenigen Bauelementen wie möglich aufbauen. Die Sache hat sich durch die eingesetzte Temperierung etwas entspannt, aber was nicht da ist, kann nicht driften. Deswegen wird auch der Apex-Chip verwendet, der übrigens nicht gerade billig ist. Schutzbeschaltung Am Ausgang des Apex-Chips (IC2) sind Schutzdioden gegen Betriebsspannung verbaut. Die hatte ich wie z.B. die Kondensatoren an den Betriebsspannungspins weggelassen. Sorry. Der Chip hat intern weitere Schutzmechanismen. Der Ausgangsstrom wird durch den Widerstand R4 begrenzt. Allerdings ist da noch einiges zu verbessern, denn im Schwingungsfall kommt es zu einer massiven Erhöhung der positiven Betriebsspannung (+36V) was zu einer Zerstörung des Netzteils führt. Der Apex hat das zum Glück bisher überlebt.
Hallo, die PAxx von Apex habe ich als sehr gutmütig in Erinnerung. Wir haben sie als Treiber in spannungsgesteuerten Stromquellen auf allerdings moderate L's bis 20KHz eingesetzt. Ich würde erst mal nur mit einem PA arbeiten und sehen, mit welcher Ansteuerung ich den gewünschten Strom in etwa hinkriege. Dann kannst du überlegen, ob und wie du das mit einem Kompensationsnetzwerk hinkriegst. Das muß nicht zwingend eine Regelung sein! Übrigens hat mich die Schaltung des TO beim ersten Hinschaun auch sofort an eine Howland Stromquelle erinnert. Die funktionieren in der Praxis nie! Ich würde mir alte Fernsehschaltungen anschaun. Dort werden die Ablenkspulen ja genau so betrieben, wie du es willst. Und LT-Spice ist natürlich dein Freund... Viel Erfolg, Rainer
Leute schaut euch doch mal an wie die Yigoszillatoren in Spektrumanalyzer angesteuert werden. Die haben auch Spulen im Henrybereich, mit dessen Magnetfeld die Frequenz abgestimmt wird. Und das durchaus mit extremer Genauigkeit und auch mit extrem kleinen Hub. Die FM Spule geht sogar durchaus bis in den 20 KHz Bereich. Ralph Berres
Es muss ja nicht unbedingt Apex sein: http://www.servowatt.de/de/lineare_stromversorgungen_stromregler.php
ths schrieb: > Es muss ja nicht unbedingt Apex sein ...aber damit ist doch das Problem überhaupt nicht gelöst! Oder glaubst du, die Teile arbeiten an komplexen Lasten anders als der Rest der Welt?! Gruß Rainer
Nein, das ist ja nur das Leistungsteil. Etwas weiter oben wird erwähnt, dass Apex nicht ganz billig ist, deshalb die Info.
ths schrieb: > Nein, das ist ja nur das Leistungsteil. Etwas weiter oben wird erwähnt, > dass Apex nicht ganz billig ist, deshalb die Info. Na gut...wer mit Apex hantiert, weiß das! Und einen TO-3 Knopf möchte man nicht wirklich durch ein Gerät dieser Größe ersetzen. Dem TO empfehle ich, die Apex-Applikationen genau zu studieren. Vor allem die eingebaute Strombegrenzung sollte sorgfältig dimensioniert werden. Keinesfalls weglassen! Gruß Rainer
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Melde mich mal zurück. Habe die Schaltung in LTSpice simuliert. Sie verhält sich so wie die reale Schaltung allerdings ohne das Aufschwingen bei einem negativen Sollwertsprung. Eine Frequenzganganalyse ergibt eine Phasenreserve von ca. 65 Grad. Das ist ja so schlecht nicht. Deswegen auch kein Aufschwingen. Vielleicht habe ich auch was mit LTSpice falsch gemacht. Bei der Aufschaltung der Störgröße habe ich mich an einem Beispiel von LT orientiert (http://www.linear.com/solutions/4673). Vielleicht kann ja einer von Euch LTSpice-Profis mal einen Blick darauf werfen. Guß Micha
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