Servowatt verschalten in Impedanzwandler funktioniert nicht

[Martin (martin912)]

Hallo

Ich habe 2 verschiedene Servowatt 
Leistungsverstärker(https://www.servowatt.de/de/dcp_spannungsquelle_spannungsregler_servoregler.php).
Diese Leistungsverstärker können mit Hilfe einer Platine in beliebigen 
OPV Schaltungen verschalten werden.

Einmal einen DCP780/60 und einmal einen DCP520/84 HSR mit höherer Slew 
Rate.

Der 780er funktioniert einwandfrei, jedoch ist dieser nur begrenzt für 
höhere Frequenzen brauchbar. Aus diesem Grund bin ich auf den anderen 
umgestiegen. Da hat sich jedoch sofort komisches Verhalten gezeigt.

Ich hab mir dann zu Testzwecken die mitgelieferte Programmierplatine als 
Impedanzwandler aufgebaut. Auf dem 780er funktioniert es perfekt. Auf 
dem anderen werden unabhängig vom angelegten Eingangssignal ca. -5V DC 
am Ausgang ausgegeben (auch bei AC Eingangssignalen).

Woran kann das liegen?

Soweit ich die Versorgung des Servowatts nachmessen kann scheint dort 
alles in Ordnung zu sein.

Vielleicht hat da jemand eine Idee.

Vielen Dank schon im Voraus!

mfg

[Stefan F. (stefanus)]

Martin schrieb:
> Da hat sich jedoch sofort komisches Verhalten gezeigt.

Geht das nicht konkreter?

> Woran kann das liegen?

Was sagt den Support des Herstellers dazu?

Martin schrieb:
> Soweit ich die Versorgung des Servowatts nachmessen kann scheint dort
> alles in Ordnung zu sein.

Wenn alles in Ordnung wäre hättest du kein Problem.  Irgendwas ist also 
wohl nicht in Ordnung, aber dazu hast du 0,00 Informationen geliefert.

> Vielleicht hat da jemand eine Idee

Was sollen wir denn jetzt für dich kontrollieren?

[Martin (martin912)]

Ich wollte den Servowatt ursprünglich als Stromregler betreiben. Dieses 
besagte komische Verhalten war dann, wenn ich den Eingang auf Masse 
gelegt haben (-> der Stromregler sollte 0 A liefern), ist der 
Ausgangsstrom von der positiven auf die negative Strombegrenzung immer 
hin und hergesprungen (ca. 100 kHz). Die selbe 
Stromreglerbeschaltungsplatine funktioniert aber am DCP780/60 -> daran 
kann es nicht liegen.

Aus diesem Grund hab ich mir zu Testzwecken eine 
Impedanzwandlerbeschaltung gebaut. Da ist dann das oben erwähnte 
Verhalten aufgetreten.

Ich hab jetzt einen 2ten Servowatt (auch ein DCP520/84 HSR) mit selbiger 
Beschaltung betrieben - > selbes Verhalten.

Also kaputt wird nichts sein.

Vom Hersteller hab ich leider noch keine brauchbare Rückmeldung 
erhalten.

Ich weiß, dass diese Informationen etwas dürftig sind, aber ich hab 
selber auch nicht mehr.

Einziger Unterschied zwischen dem DCP780/60 und DCP 520/84 ist, dass 
Shunt-Widerstände anderer Bauart eingelötet wurden (aber gleicher 
Widerstandswert - auch nachgemessen)

[Klaus R. (klara)]

Martin schrieb:
> Ich hab mir dann zu Testzwecken die mitgelieferte Programmierplatine als
> Impedanzwandler aufgebaut. Auf dem 780er funktioniert es perfekt. Auf
> dem anderen werden unabhängig vom angelegten Eingangssignal ca. -5V DC
> am Ausgang ausgegeben (auch bei AC Eingangssignalen).

Du hast also die Testschaltung aus dem Datenblatt DCP520/60 verwendet.
Warum gibt es für den DCP520/84 HSR kein Datenblatt? Ich finde keine 
Informationen.

Martin schrieb:
> Vom Hersteller hab ich leider noch keine brauchbare Rückmeldung
> erhalten.

Was hat der Hersteller denn gesagt?

Inbetriebnahme und Überprüfung der Funktion.

Gerät mit aufgesteckter, beschalteter
Programmierplatine an das 230V Netz
anschließen. Es leuchten eine gelbe
Netzkontrolllampe auf Netzplatine und
zwei grüne +-63VDC LEDs auf der
Verstärkerplatine auf. Ist dies nicht der
Fall, so sind alle Sicherungen zu kon-
trollieren. Bei ersten Versuchen und
Experimenten ist es ratsam, einen
230V-Regeltrafo zum langsamen
Hochregeln der Netzspannung zu
verwenden. Der Verstärker arbeitet
bereits ab 1/2 der Netzspannung in
allen Funktionen

Leuchtet denn die gelbe Kontrolllampe und die beiden LEDs?
Hast Du das Hochfahren mit einen Regeltrafo probiert?

Martin schrieb:
> und einmal einen DCP520/84 HSR mit höherer Slew
> Rate.

Höhere Slew Rate bedeutet auch, der Verstärker wird leichter instabil, 
wenn er nicht genügend kompensiert wird. Das Datenblatt des DCP520/60 
zeigt Dir ja wie kompensiert werden sollte. Sieht das beim DCP520/84 HSR 
anders aus?
mfg Klaus

[Stefan F. (stefanus)]

Martin schrieb:
> Vom Hersteller hab ich leider noch keine brauchbare Rückmeldung
> erhalten.

Wundert mich nicht. Die wissen nämlich auch nicht, was du da wie 
miteinander verschaltet hast und wie du gemessen hast.

[Martin (martin912)]

Ja das ist eines der Probleme. Zur HSR Version gibt es leider kein 
eigenes Datenblatt. Das ist eine Sonderversion. Ich hab mir jetzt die 
Testschaltung aus dem Datenblatt des DCP 520/60 aufgebaut. Diese 
funktioniert problemlos.

Grundsätzlich möchte ich meinen Verstärker in einer Stromregelschaltung 
betreiben. Ich gebe eine sinusförmige Eingangsspannung vor und möchte 
durch meine Last (Spule) einen sinusförmigen Strom treiben.

Ich hab mir auch die Stromregelschaltung aus dem Datenblatt des DCP520 
aufgebaut.(siehe Anhang) Diese funktioniert mäßig. Man sieht zwar das 
die Amplitude der Eingangsspannung einen Einfluss auf die Amplitude des 
Ausgangsstromes hat, jedoch ist der Strom mit einem sehr hochfrequenten 
Schwingen überlagert. (siehe Anhang) (R1 = 10k; R2 = 1k; Rs = 50 
milliOhm)
Zur Kompensation hab ich ein 50k Poti (Ra) und einen 0,1 muF Kondensator 
(Ca) eingelötet. Damit lässt sich diese Schwingung aber nicht dämpfen.

Was kann ich gegen dieses Verhalten machen?

[Klaus R. (klara)]

Hallo Martin,
RL, Deine Last, ist ja eine Induktivität. Die Phase wird im Idealfall um 
90° verschoben. Setz dort mal zum Testen einen ohmschen Widerstand ein.

In diesem Fall würde ich jetzt mit LTspice simulieren. Dein Phasenrand 
ist auf jeden Fall nicht hoch genug.
mfg Klaus

[Martin (martin912)]

Ja ich simuliere schon im LT-SPice.
Aber wenn es ein Phasenrandproblem wäre, würde es ja erst bei einer 
höheren Anregefrequenz auftreten oder?
Dieses Schwingen hat immer die selbe Frequenz, egal mit welcher Frequenz 
ich die Schaltung anrege.

Ja das mit dem ohmschen Widerstand werde ich demnächst ausprobieren. Im 
moment ist da nur der ohmsche Widerstand der Spule und die Induktivität 
der Luftspule bewegt sich irgendwo im 100te muH Bereich.

In LT-Spice verwende ich einen idealen OPV -> kein SChwingen. (in der 
Messung hat diese hochfrequente Überlagerte SChwingung ungefähr eine 
Frequenz von 170 kHz).

Mein Ziel wäre es, dass meine OPV-Beschaltung inkl. OPV einen 
Frequenzgang gleich 1 hat bis ca. 200kHz. Da ich Ströme bis ca. 200kHz 
in die Last einprägen will.

Wähle ich die Bauteile der Beschaltung anders - > komplette Instabiliät 
(Springt zwischen positiver und negativer Strombegrenzung wild hin und 
her)

Meine Schaltung + OPV ist also sehr sensitiv gegenüber der Auslegung. Da 
es von meinem Leistungsverstärker kein LT-SPice Modell gibt, weiß ich 
auch nicht wie ich das ganze jetzt angehen soll.

[Arno R. (arnor)]

Martin schrieb:
> Aber wenn es ein Phasenrandproblem wäre, würde es ja erst bei einer
> höheren Anregefrequenz auftreten oder?

Nein. Das Schwingen entsteht nicht durch die Anregung, sondern durch 
Erfüllen der Schwingbedingung. Die Schaltung schwingt unabhängig vom 
Eingangssignal, das hast du doch selbst festgestellt:

> Dieses Schwingen hat immer die selbe Frequenz, egal mit welcher Frequenz
> ich die Schaltung anrege.

Wenn du die Last erdfrei betreibst, wieso baust du dann eine so 
aufwändige und schwer zu durchschauende Schaltung und nicht einen 
einfachen Elektrometerverstärker als spannungsgesteuerte Stromquelle? 
Siehe Anhang (IL=Ue/RS).

[Klaus R. (klara)]

Hallo Martin,
ich habe Deine Schaltung auch mit LTspice etwas simuliert. Solch ein 
unerwartendes Verhalten hatte ich nicht vermutet. Arno hat recht, die 
Schaltung ist schwer zu verstehen.

Arno R. schrieb:
> Wenn du die Last erdfrei betreibst, wieso baust du dann eine so
> aufwändige und schwer zu durchschauende Schaltung und nicht einen
> einfachen Elektrometerverstärker als spannungsgesteuerte Stromquelle?
> Siehe Anhang (IL=Ue/RS).

Das ist eine einfache, klare spannungsgesteuerte Stromquelle. Sie läßt 
sich ebenso einfach kompensieren.
mfg Klaus

[Martin (martin912)]

Danke für die Rückmeldungen!
Ich habe diese Stromregelschaltung verwendet weil diese im Datenblatt 
des Servowatts angegeben war.

Am Ausgang meines Linearleistungsverstärkers kann ich +-84V anliegen 
haben und einen maximalen Strom von 6A ziehen.

Irgend einen Grund wird es geben warum im Datenblatt diese komplizierte 
Schaltung verwendet wird oder?

Aber ich werde diese einfache Schaltung auf jeden Fall mal ausprobieren.

Im Moment ist mein Shunt Widerstand 50 milli ohm. Somit würde ich bei 
0,3 V am Eingang die 6A am Ausgang erhalten. In Zukunft möchte ich mir 
meine Eingangsspannung über eine DAQ Box generieren. Ich hab auch ein 
Anti Imaging Filter zum glätten nachgeschaltet. Somit sollte das 
eigentlich keine Probleme geben, oder?

Wie könnte man diese Schaltung am Besten frequenzkompensieren?
Wie gesagt, der Betragsgang sollte möglichst lange konstant sein bis zu 
einer Frequenz von ca. 200 kHz.

Danke!

mgf
martin

[Arno R. (arnor)]

Martin schrieb:
> Wie könnte man diese Schaltung am Besten frequenzkompensieren?
> Wie gesagt, der Betragsgang sollte möglichst lange konstant sein bis zu
> einer Frequenz von ca. 200 kHz.

Ich denke du stellst dir die Sache viel zu einfach vor.

Dein Leistungsverstärker muss viel schneller als 200kHz sein, um bis 
200kHz einen linearen Frequenzgang zu bekommen, weil am Ausgang eine 
Spannungsteilung zwischen der Ausgangsimpedanz + Lastimpedanz und dem 
Shunt auftritt. Außerdem entstehen dabei erhebliche Phasendrehungen, die 
die Stabilität der Schaltung gefährden. Der Verstärkerausgang selbst ist 
induktiv und deine Last auch, daher kann man Stabilität durch 
Reihenschaltung einer kleinen Induktivität zum Shuntwiderstand 
verbessern/erreichen (frequenzkompensierter Teiler). Wahrscheinlich aber 
ist auch das zu einfach gedacht, weil eine Luftspule mit ein paar 100µH 
auch einen kapazitiven Anteil haben wird und dadurch Resonanzen 
auftreten werden.

[Dieter W. (dds5)]

Wieviel Strom soll denn durch die Spule fließen?

Bei 200kHz haben 100µH einen Blindwiderstand von reichlich 125 Ohm, da 
kommt auch mit 84V bestenfalls noch 0,67A zustande.

[Martin (martin912)]

Ich hab mich da leider mit dem Wert der Induktivität vertan. Dieser 
liegt doch so im Bereich zwischen 15 und 20 uH.

Grundsätzlich will ich ja die Impedanz meiner Last bestimmen. Das 
geschieht über eine Strom und Spannungsmessung. (Strommessung = 
Spannungsmessung am Shunt Widerstand) Und daraus soll dann die Impedanz 
berechnet werden.

Also ganz so schlimm ist es nicht wenn die Amplitude einbricht, da 
sowieso die Ausgangsgrößen gemessen werden. Zusätzlich überlagere ich 
noch einen iterativen Regler, damit ich die Sollspannung nachkorrigieren 
kann und somit dann den Ausgangsstrom korrigiere um den gewünschten 
Strom zu erhalten.

Ich werde auf jedem Fall heute diese einfache Stromregelschaltung 
aufbauen und austesten. Für mich stellt sich jetzt nur die Frage wie ich 
diese am Besten frequenzkompensieren kann. Also am besten irgendwo ein 
Poti damit ich eine Eingriffmöglichkeit habe.

Danke!

[Klaus R. (klara)]

Martin schrieb:
> Ich werde auf jedem Fall heute diese einfache Stromregelschaltung
> aufbauen und austesten.

Mach das. Ich denke, dann sieht das Verhalten schon anders aus.

Werden zum Verstärker denn keine weiteren Daten geliefert? Ich kann mir 
dies gar nicht vorstellen. Der kostet doch sicher einiges und dann kein 
ergiebiges Datenblatt? Z.B. Bodediagramm mit Phasengang.
mfg klaus

[Arno R. (arnor)]

Martin schrieb:
> Grundsätzlich will ich ja die Impedanz meiner Last bestimmen.

Dazu reicht ein RLC-Meßgerät.

Martin schrieb:
> Ich werde auf jedem Fall heute diese einfache Stromregelschaltung
> aufbauen und austesten. Für mich stellt sich jetzt nur die Frage wie ich
> diese am Besten frequenzkompensieren kann.

Das hatte ich schon am 26.5. beantwortet.