Koncepcja zasilacza laboratoryjnego

[rezasurmar]

Ma ktoś wiedzę na temat, jak policzyć całkowity błąd w danym układzie. Chodzi mi dokładniej o np. wzmacniacz odwracający lub różnicowy podpięty pod bocznik prądowy o znanej tolerancji. Rezystory użyte w wzmacniaczu też są o znanej tolerancji. Teraz moje pytanie, gdzie, mogę znaleźć dokładny opis jak liczy się całkowity błąd w takim układzie. Znalazłem materiały o błędach względnych, bezwzględnych etc. ale brak mi wykształcenia stricte elektronicznego, nie wiem jak się do tego zabrać. Od czego zacząć liczyć błędy, bo przecież sam wzmacniacz też wprowadza błąd pomiaru. Prądy polaryzujące, błąd dryfu itp.
Może jest jakaś książka w której jest to w miarę dobrze wyjaśnione. Ewentualnie jakiś zbiór zadań, które bardziej przybliżyły mi to zagadnienie, nie chcę gotowców, tylko naprowadzenie na właściwy tor rozumowania.

PS. Dzięki temu chcę się dowiedzieć czy w danym układzie przy zastosowaniu danego wzm. operacyjnego jest sens stosować rezystory dokładniejsze niż 1%.

[Jony130]

W układzie tego typu (pomiar prądu przez bocznik) główny problem to wpływ napięcia niezrównoważenia a szczególe jego stałość pod wpływem zmian temperatury.

Co do obliczania błędów to raczej musisz na piechotę uwzględniać każdy błędów wprowadzanych przez WO zgodnie z zasadą superpozycji i potem dodać te błędy średnio-kwadratowo.
http://www.kennethkuhn.com/students/ee4 ... alysis.pdf
http://ww1.microchip.com/downloads/en/A ... 01177a.pdf

Zobacz na ten projekt, gdzie zastosowano precyzyjne WO jaki "rezystor pomiarowy z Kelvinem".
http://www.alternatezone.com/electronic ... rticle.pdf


I widzę, że kolega próbował na elektrodzie się czegoś konkretnego dowiedzieć.
To już niestety jest to prawie niemożliwe.

[rezasurmar]

Mniej więcej o coś takiego chodziło , dzięki.
Zna ktoś może jakieś zbiory zadań z elektroniki, albo skrypty w których były by podobne zagadnienia opisane. Może jakaś praca magisterska, itp.
Szczerze, mało mam rozeznania w projektowaniu układów precyzyjnych, a z chęcią bym się w tym zagadnieniu podszkolił.

Od dłuższego czasu przymierzam się do laboratoryjnego zasilacza, a bardzo ambitnie do tego podszedłem i nie chcę zostawiać nic przypadkowi.

[Jony130]

Zna ktoś może jakieś zbiory zadań z elektroniki, albo skrypty w których były by podobne zagadnienia opisane. Może jakaś praca magisterska, itp.
Szczerze, mało mam rozeznania w projektowaniu układów precyzyjnych, a z chęcią bym się w tym zagadnieniu podszkolił.

Niestety nie znam.
Tyle co wygooglowałem

Analiza wrażliwościowa analogowych układów elektrycznych z wykorzystaniem twierdzenia Tellegena. Jacek M. Wojciechowski

Analiza układów elektronicznych leon lasek

Ale nie będą to łatwy materiał do przyswojenia.
Dlatego pozostaje analiza każdego z błędów osobno i potem i dodawania.

Od dłuższego czasu przymierzam się do laboratoryjnego zasilacza, a bardzo ambitnie do tego podszedłem i nie chcę zostawiać nic przypadkowi.

Tak też podejrzewałem
http://ww1.microchip.com/downloads/en/A ... 00894a.pdf
No i pamiętaj że istnieją też scalone czujniki prądu.

[rezasurmar]

Z tymi, scalonymi bocznikami nie jest zły pomysł, rozważałem użycie, ale niestety większość z nich ma słabą dokładność. Aktualnie jestem w posiadaniu boczników 10A 60mV 0.5% x4szt (4końcówkowe meratronika), oraz 2szt radzieckich 30A 300mV 0.5%. Jak również kalibrowanej dekady klasy 0.05%. Mam również spory zapas rezystorów 0.1% (kilkadziesiąt sztuk) z demontażu.
Dlatego jestem ciekaw jak się liczy błędy w gotowych układach. Była dosłownie garstka artykułów na ten temat w EP, w EdW nie kojarzę (mam dziurę z czytaniem edw między 99, a bodajże 2005rokiem). Jednymi z ciekawszych artykułów są "błędy pomiarów" z EP12/2008 oraz "wzmacniacze pomiarowe" z EP6/2007. Ogólnie mało kojarzę dobrej literatury w tym temacie, wychodzą moje braki uczelniane.

[Jony130]

w EdW nie kojarzę (mam dziurę z czytaniem edw między 99, a bodajże 2005rokiem).

EdW dopiero od niedawna zajmuje się trochę trudniejszymi zagadnieniami.

Z tymi, scalonymi bocznikami nie jest zły pomysł, rozważałem użycie, ale niestety większość z nich ma słabą dokładność. Aktualnie jestem w posiadaniu boczników 10A 60mV 0.5% x4szt (4końcówkowe meratronika), oraz 2szt radzieckich 30A 300mV 0.5%. Jak również kalibrowanej dekady klasy 0.05%. Mam również spory zapas rezystorów 0.1% (kilkadziesiąt sztuk) z demontażu.
Dlatego jestem ciekaw jak się liczy błędy w gotowych układach.

Tylko że to się powinno robić od drugiej strony.
Na początku założenia, co chcesz osiągnąć, jaką rozdzielczość, zakres regulacji prądu itp.
No i trza pamiętać też o szeroko pojętych błędach związanych z przetwornikiem A/C.

A I tu znalazłem ciekawy "felieton" nieżyjącego już niestety guru układów analogowych Bob Pease.
http://electronicdesign.com/article/pow ... 12629.aspx
I schemat omawianego układu
http://archive.electronicdesign.com/fil ... ure_01.jpg

[rezasurmar]

Z moich wyliczeń i założeń wychodzi, że przy zastosowaniu przetwornika DAC 12bit, uzyskam zadaną rozdzielczość 2,5mA przy maksymalnym prądzie 10A, co daje dokładność ustawienia prądu na poziomie 0,025%. Bocznik jest 0,5% więc zapas jest duży, nawet jak pokuszę się o zastosowanie w układzie pomiarowym 0,1% rezystorów (na opampach) zostanie jeszcze zapas, boczniki zawsze mogę dokładniejsze wsadzić.
Napięcie, dla uproszczenia konstrukcji będzie regulowane do max 40,96V. Dzięki temu przy zastosowaniu źródła napięciowego 4,096V, oraz przetwornika 12bit, uzyskam rozdzielczość ustawienia na poziomie 0,01V. Myślę, że są to wartości wystarczające jak na laboratoryjny zasilacz. Kalibrować będę go FLUKE 289, który jest dosyć dokładny i powinien wystarczyć do kalibracji.
Osobnym zagadnieniem będzie pomiar napięć i prądów "rzeczywistych" czyli to co na wyjściu, tu przewiduję zastosowanie przetworników A/D przynajmniej o rozdzielczości 16bit. Dzięki temu błędy pomiaru będą na tyle małe iż można je pominąć. Stosując proste dzielniki na rezystorach 0,1%, nie będzie kłopotu, że układ pomiarowy ogranicza dokładność i rozdzielczość od strony "zadawczej" zasilacza.

[Jony130]

Założenia dosyć ambitne, jak zwykle wszystko okaże dopiero przy praktycznych próbach.
A rozważałeś "przełącznik" boczników ? Małe prądu "duży" bocznik, duże prądu "mały" bocznik. Dzięki temu rozdzielczość się zwiększa
I ile dajesz tranzystorów ? 10A to spory piecyk będzie.
No i chętnie zobaczę działający model więc mam nadzieję ze kolega pochwali się gotowym układem na forum.

[rezasurmar]

Docelowo będzie na między transformatorem a stabilizatorem liniowym, układ w stylu stepdown, ale bez cewki. Chociaż to wszystko jeszcze kwestia przeprowadzenia doświadczeń. Był kiedyś w PE opisywany układ stabilizatora przedwstępnego na mosfecie. Mam już IRFP140 po dwa będzie. Po za tym w liniowym będą chodzić po 2szt BD249, są dosyć odporne i mają sporą powierzchnię krzemu, dużo większą niż 2N3055. Pierwszy etap zasilacza to będzie piec , z regulacją manualną na wieloobrotowych potencjometrach. Docelowo ma być całkowicie "skomputeryzowany" zasilacz, z możliwością sterowania przez neta .
Był pomysł by wykorzystać transformatory z przełączanymi odczepami, ale posiadam tylko trafa "spawane" z UPSów, albo toroidy, więc o przewinięciu niestety nie ma mowy. Nie chcę też już inwestować za dużo w ten projekt, bo i tak zeżarł już sporo czasu i kasy .

W załączniku, wstępna wersja stabilizatora liniowego.

[Jony130]

Osobiście nie podoba mi się te rozwiązania. Chodzi mi o sposób załączanie bipolarnych tranzystorów. To na pewno sprawi jakieś problemy.
Dodatkowo aż trzy wzmacniacze połączone szeregowo, co nie wróży dobrze stabilności.
Przeprowadził kolega już praktyczne próby?
I tak podejrzewam, że całościowe rozwiązanie zaprezentowane w EdW w kuchni konstruktorów będzie lepsze.

Co do pre-regulatora to można zobaczyć ciekawe rozwiązanie
https://forum.elportal.pl/viewtopic.php?p=74002#74002

[rezasurmar]

Chwilowo tylko symulacje w LTspice, ale podobne rozwiązanie stosuje agilent w swoich konstrukcjach, tj. ogólny zarys, bo pewnie skomplikowanie schematu jest sporo większe. Traktuje to raczej jako bazę wypadową do dalszych prób.
Co do układu z EdW, jestem aktualnie na bieżąco z tym kursem, nie podoba mi się zastosowanie dosyć słabego tranzystora, autor zasilacza z edw 1/2007 przeprowadził ciekawą analizę, dlaczego nie należy stosować tranzystorów mosfet, szczególnie w obudowach TO220, znowu zastosowanie układu komparatora 393 i pochodnych, podnosi wrażliwość na zmiany temperatury, oraz sama dokładność komparatorów w porównaniu choćby do OP37 (którego mam zamiar zastosować) jest przynajmniej rząd wielkości gorsza.
Wiem, że rozwiązanie mosfet-bipolarny, na pozór wydaje się nieeleganckie, ale IGBT są przecież taką parą.
Co do stabilności, na początku układ oryginalny tj. SN1533 (jest do znalezienia na necie) był bardzo nie stabilny, mnie po kilku przeróbkach udało się go zmusić do stabilnej pracy.
Bardziej bym był skłonny zastosować zygzak emiterowy z edw 1/2007 z modyfikacją pozwalającą zastosować OP37.
Skomplikowanie toru dodatkowego zasilania wzm-op, nie jest dla mnie problemem. I tak pewnie będę musiał zastosować kilka pomocniczych zasilaczy, dla cyfrówki itd.

PS. Wszystkie sugestie mile widziane. Jak w końcu znajdę chwilę, poskładam "tester" zasilaczy w/g edw i popatrzę co się dzieje, po podpięciu do mojego tektronixa powinny wyjść wszystkie wady konstrukcji.

[Jony130]

Wiem, że rozwiązanie mosfet-bipolarny, na pozór wydaje się nieeleganckie, ale IGBT są przecież taką parą.

Hehe ale w IGTB włączają się od razu dwa tranzystory.
A tu na początek działa MOSFET i dopiero później włącza się BJT.
I to mnie się nie podoba.

Co do układu z EdW, jestem aktualnie na bieżąco z tym kursem, nie podoba mi się zastosowanie dosyć słabego tranzystora, autor zasilacza z edw 1/2007 przeprowadził ciekawą analizę, dlaczego nie należy stosować tranzystorów mosfet, szczególnie w obudowach TO220

Zawsze można dać mocniejszy MOSFET. I poczekajmy na końcowy schemat.
Co do komentarza z edw 1/2007 to pewnie układ się wzbudzał bo MOSFET jest szybszy i przez to podatniejszy na wzbudzenia.

Co do stabilności, na początku układ oryginalny tj. SN1533 (jest do znalezienia na necie) był bardzo nie stabilny, mnie po kilku przeróbkach udało się go zmusić do stabilnej pracy.

Mowa o symulacji. W takim razie koniecznie uwzględnić w symulacji ESR kondensatora wyjściowego. Gdyż to właśnie ESR kondensatora jest jednym z kluczowych elementów zapewniającym stabilność stabilizatorów w którym element regulacyjny pracuje w układzie wspólnego źródła.

I jeszcze przypomnę ten schemat
https://elportal.pl/pdf/k04/61_013.pdf

[rezasurmar]

Zrobię testy na IRFP140. Co do kondensatora wyjściowego, nie chcę dawać na wyjściu zbyt dużego kondensatora, bardziej coś na kształt złożonego z kilku w tym jakiś szybki MKT.
W praktyce pewnie dojdą jeszcze indukcyjności wyprowadzeń. Chcę by stabilność stabilizatora nie była kosztem prędkości odpowiedzi na skok jednostkowy, jak również przy większej szybkości są większe przerosty. Wszystko to kwestia kompromisu.
Zobaczę, czy IRFP140 x2 wytrzymają zwarcie na wyjściu przy 10A. Chociaż docelowo, chcę by układ ograniczenia prądowego był podwójny. Jeden DAC będzie odpowiedzialny za ustawienie prądu, a drugi będzie zaworem bezpieczeństwa, takim maksymalnym ustawieniem prądu jaki może się pojawić na wyjściu w przypadku zwarcia. Jeszcze nie wiem, jak to uzyskać na jednym rezystorze pomiarowym , ale ogólny zarys już mam.

Czeka mnie masa testów i oblicze. Koncepcja z agilenta E36xx bardzo mi się podoba. Chociaż w mosfetach jest problem z przełączaniem ogromnej pojemności bramki i to bardzo ogranicza prędkość zadziałania stabilizacji. Trzeba będzie skomplikować układ sterowania bramką. Ewentualnie wprowadzić dodatkowy układ zabezpieczający tranzystor w przypadku zwarcia.

[atelszewski]

Witam,

Jak już dojdziesz do etapu projektowania druku, to koniecznie poczytaj jak poprawnie zaprojektować tor analogowo-cyfrowy. Obecnie trochę projektuję PCB na własny użytek i od czasu do czasu trafiam na różne dziwne informacje;) No i z tego co pamiętam, to żeby zastoswanie ADC/DAC powyżej chyba 12- czy 14- bitów miało w ogóle SENS, to poprawne prowadzenie masy jest KONIECZNOŚCIĄ.

Do tego musisz też zwrócić uwagę, jakiego przetwornika używasz i czy prąd na jego wejściu będzie wystarczający, bo np. przetwornik w AVR spodziewa się, że impedancja źródła to nie więcej niż ~10k - a rzecz leży w tym, że mały prąd nie będzie w stanie szybko przeładować pojemności pomiarowej przetwornika, przez co ten nie będzie w stanie odpowiednio szybko dawać poprawnego wyniku.

Podsumowując, warto poczytać o stosowaniu ADC/DAC w precyzyjnych pomiarach/układach, żeby nie wpędzić się w maliny;)

Zerknij na ten scalak. Jest to układ/precyzyjny wzmacniacz pomiarowy, pozwalający mierzyć prąd z wykorzystaniem bocznika - na gorącej szynie zasilania, a nie od strony masy. Dokładność +/- 0.5%. Posiadam takie cuda i kiedyś postaram się wykorzystać;)