Labvoeding eigenschappen, meten & vergelijken

We hadden ook nog tijd om de uitgangsimpedantie van de 3 voedingen te meten.
Dat nu eerst maar, omdat daar wellicht nog een verband zit met de Brom & ruis metingen.

ik heb de uitgangsimpedantie karakteristieken van alle 3 voedingen in 1 grafiek geplot:

De groene curve van de Delta E030-1 is inmiddels vertrouwd.
Aan de gele curve van de E030-3 kun je zien dat z'n spannings controlloop wat minder versterking, maar wat hogere gain-bandwith heeft. Beide delta's gebruiken exact dezelfde opzet, maar er zijn wel verschillen in uitvoering, b.v. 741 of TL81 opamps (of meer discreet).
De spec van Delta is hier 100mΩ @ 100kHz.

De rode curve van de Rek is echter helemaal anders, bijna een horizontale lijn. Zonder het schema gezien te hebben denk ik dat we gewoon naar de impedantie van het uitgangsfilter zitten te kijken....
Interessant is dat die bult bij 500Hz op dezelfde plek zit waar in het brom & ruis spectrum ook een bult zit.

De uitgangsimpdantie van de Rek is hoger dan van de Delta's, en ook dat klopt met slechtere brom onderdrukking (hoewel het een hele andere opzet is natuurlijk)
En met 100mΩ is het ook een uitgangsimpedantie waar nog prima mee te leven is

groet, Gertjan.

In mijn Delta 030-3 zitten 2 op-amp IC's. Dat zijn een 741 en een 747 (beide van TI).

Wat ik niet goed kan verklaren is dat op de spectrum plaat (van de Rigol SA) de hogere harmonische van de schakelfrequentie zo lang stand houden.

In een stuk dat ik las hier stond deze grafiek:

Als je die vergelijkt met het plaatje uit de Rigol SA dan loopt het voor de RKS3005D lang niet zo stijl af, maar eerder vlak. Geen idee waarom. Dat de filtering beter kan, snap ik, en door het huidige gedrag zou goede filtering zelfs een must zijn.

Ha flash2b,

In jouw E030-3 zitten dus dezelfde opamps als in mijn E030-1. (ze zijn ook ongeveer even oud.)
Dus ik denk dat de compensatie C in de tegenkoppeling bij jou wat kleiner gekozen is.....
(Zowel de tegenkoppel weerstand als C staan in het schema zonder waarde, als "Calibration Resistor en Capacitor)

Een verklaring voor dat brede spectrum kan zijn dat je niet naar die schakel puls zit te kijken, maar naar wat daar na het uitgangsfilter van over blijft.

Zeg dat die schakelpuls iets van 10..20V groot is( ik gok maar wat), dat is dan zo'n +35...40dBm. Op de uitgang meten we niveaus van onder -30dBm. Dat uitgangsfilter heeft dus al iets van 70dB van de originele puls afgeknabbeld. Er is nog maar minder dan een duizendste van het originele signaal over....

Als dat filter nu richting hoge frequenties minder effectief wordt ga je toch meer hogere harmonischen zien.... Denk aan de parasitaire capaciteiten in een spoel, en de serie zelfinductie van de elco's. Ook kunnen de hoogste harmonischen makkelijker via parasitaire wegen langs het filter lekken.

groet! Gertjan.

Hi flash2b,

Het plaatje geeft een 50/50 blok weer ik weet niet of jou blokgolf aan deze eis voldoet.

Verder is de opmerking van heer miedema terecht als er achter gefilterd wordt zal het filter voor de hoge frequenties minder effectief zijn.

Groet Henk.

Volgens het onderschrift:
"An illustrative spectrum is shown in Figure 3, for a repetitive pulse train of either 10% or 90% duty cycle."

Het is me duidelijk dat voor het filter (wat we niet hebben gemeten), de curve meer zo zou lopen waarbij de waarden dan aanmerkelijk hoger zouden zijn.

Aangezien we het spectrum bij een vaste belasting hebben bepaald, neem ik aan dat de TL494 regulator zijn duty cycle ook constant hield. Hoeveel die duty cycle was, weten we niet maar vandaar dat ik de grafiek illustratief vond.

Volgens mij is er wel winst te halen door achter de RKS3005D nog een extra filter te zetten.

Wij hebben ook het dynamisch gedrag van de 3 voedingen bekeken.

Door de te leveren stroom van een voeding met een stap te veranderen kunnen we zien hoe de regeling daarop reageert.
Ditmaal heb ik niet precies de grootte van alle spanningspieken zitten meten. Het gaat hier meer om het regelgedrag. De snelheid en nauwkeurigheid waarmee de regeling corrigeert. Wel heb ik de uitgangsimpedantie uitgerekend.

Ik zal eerst de Delta's laten zien, dan kunnen we daarna daar de Rek mee vergelijken.

Als eerste de Delta Elektronika E030-1:

Hier schakel ik de stroom met een frequentie van 1,2kHz tussen 200mA en 800mA.
Er is aanvankelijk een overshoot, maar de Delta regelt snel bij, zonder uitslingeringen.

Uit het verschil tussen de belaste en minder belaste spanning is de uitgangsimpedantie te berekenen.
Die is hier net wat lager dan de vorige keer dat ik deze meting met deze Delta deed. Dat komt omdat wij, prutsend aan de bananenbussen, toch wat verschil opmerkten. Dus hier zijn voor de stroomvoerende verbindingen vorkjes onder de apparaatklemmen gebruikt. Wat dus een paar mΩ minder weerstand oplevert.... (Verder zijn deze Ri metingen meer een indicatie, alleen al door schatten & trace dikte kun je er hier zo 20% naast zitten)

We hebben ook bij 120kHz schakelfrequentie gekeken:

Dat ziet er netjes uit. De regeltijd zien we nu uitvergroot, en het gedrag wordt nu ook meer door de uitgangselco bepaalt.

En dan de Delta Elektronika E030-3
We beginnen weer met het 1,2kHz schakeltijd plaatje:

Als je dit vergelijkt met het 1,2kHz plaatje van de E030-1, dan zijn er wel verschillen.
De regeling is wat strakker, en na een sprong net wat sneller weer terug. Het resultaat van het wat grotere gain-bandwith product.

Laten we eens kijken hoe dat er bij 120kHz schakelfrequentie er uit ziet:

Dat ziet er dan weer een stuk minder strak uit dan bij z'n kleinere broertje.....
Het resultaat van die kleinere compensatie C is dus óók dat de stabiliteit wat minder is geworden.

Dit is een mooi voorbeeld dat bij analoog ontwerp de meeste dingen een trade-off zijn. En dat je moet uitkijken om niet te optimaliseren op basis van 1 meting, omdat het dan waarschijnlijk is dat op een ander gebied (dat je niet gemeten hebt) je iets verslechterd. Het gaat om de optimale balans....

Het kan ook zijn dat de uitgangselco van deze voeding z'n beste tijd gehad heeft....

En dan nu de Rek RKS3005D, hoe doet een schakelende voeding dit?
Eerst maar weer bij 1,2kHz:

Dat ziet er anders uit.
Wat meteen opvalt zijn de ruiserige grassprietjes die op de uitgangsspanning gesuperponeerd zijn. Restanten van de 70kHz schakelfrequentie.
De overshoot op het moment van se stroomsprong lijkt minder. De R_i is hoger, dat wisten we al.

Maar wat is die merkwaardige schuine helling die daarna komt? Dat zou toch weer naar horizontaal geregeld moeten worden....
Laten we maar eens over een langere tijd kijken, schakelfrequentie 200Hz;

En inderdaad, de regeling was nog lang niet uitgeregeld! daar is wel zo'n 4...5mSec voor nodig..... Dat is wel een andere orde van grootte dan bij de Delta's.

De voeding maakt bij een ΔI van 600mA een spanningslinger van bijna 1V 100mV, op 12V voedingspannning. Ik had dit achteraf wel bij grotere stromen willen testen...

Als ik naar de frequentie van die uitslingering kijk dan kom ik op zo'n 2mSec, oftewel 500Hz. Precies de frequentie waarop de impedantiecurve, en het ruisspectrum een bult hadden....

Benieuwd hoe de Rek het doet met 120kHz schakelfrequentie:

Dat ziet er dan weer niet verkeerd uit. Het zijn nu de condensatoren van het uitgangsfilter die het gedrag bepalen. Wel is hier de Y schaal voor de spanning 2x zo grof (100mV/div, bij de Delta;s was dat 50mV/div)

Helaas vloog de meetmiddag om, en was er voor meer metingen geen tijd meer. Toch denk ik hiermee een aardig beeld te hebben hoe deze 3 voedingen zich gedragen en verhouden.

En ik heb meer respect gekregen voor dat kleine, lichte, maar toch stil en koel een flink vermogen er uitgooiende Rek voedinkje.
Ik kan me verschillende toepassingen voorstellen waar die Rek meer op z'n plek is dan mijn lineaire voedingen. (maar op m'n bench zou ik me zorgen maken over ongemerkte beïnvloeding van gevoelige metingen)

Als ik naar het gedrag van de thyristor voorregeling kijk, dan is mijn voorkeur toch om de trafowikkelingen om te schakelen. Dan heb je een flink deel van de voordelen, en niet de nadelen, zoals meer harmonischen op je output (en mechanische trafo ratel).

Een echte conclusie zit er niet in. Het is "Horses for courses".
"Elk voordeel heb ze nadeel" geldt ook hier

groet, Gertjan.

Op 30 maart 2016 13:28:24 schreef miedema:
De voeding maakt bij een ΔI van 600mA een spanningslinger van bijna 1V, op 12V voedingspannning. Dat is best veel, Ik had dit achteraf wel bij grotere stromen willen testen...

Klopt dit wel?

Schaal Y1=20mV. De slinger is (bijna) 5 div's dus dat zou bijna 100mV zijn. Kan zijn dat dat ik een 10X verzwakker heb vergeten.

Ha flash2b,

Je hebt helemaal gelijk. Ik heb me verrekend & zal het aanpassen.

Wat betreft het verbeteren van het uitgangsfilter van je Rek, dat zou wel eens minder makkelijk kunnen blijken te zijn.
Eerst moet je uitvinden wáár dat restsignaal langs lekt.....
(Het makkelijke filter werk heeft Rek al voor je gedaan )

groet, Gertjan

Over de dynamisch gedrag meting van de RKS3005D:

Op de test frequentie van 120KHz is de Ri laag en de response best goed. Maar op 1.2KHz en vooral 120Hz een stuk trager.

Wat ik me zag af te vragen is in hoeverre de interne schakelfrequentie hier invloed op heeft. We hebben het niet getest maar vooral de test frequentie=schakel frequentie kan mogelijk een interessant zijn.

We hadden bij deze test de stroom begrenzing op max gezet, dus de vertraging op lagere frequenties kwam puur door de traagheid van de regellus, 4..5mS. In de datasheet van de TL494 nemen de error amplifiers de taak op zich of de PWM duty cycle aan te passen. Meestal een van stroom en een voor spanning. Als ik de datasheet dan snap ik nog steeds niet waarom dit bijsturen langer duurt op langzame veranderingen dan op snelle. Of het moet zijn dat bij dynamisch gedrag op hogere frequenties (>70KHz) alles mooi regelt omdat dan puur de uitgang condensator genoeg buffer heeft om de korte extra stroom vraag te bufferen.

Heren Miedema, flash2b,

interessante metingen. Naar aanleiding van de meting van het uitgangsspectrum van de Rek met de Rigol nog een vraag. Ik zie dat er 0dB verzwakking is ingeschakeld en de preamp On. Zag het spectrum er net zo uit bij 10 dB verzwakking? Dan weet je zeker dat er geen signalen als gevolg van overbelasting van de ingang van de SA bij zitten. Bij 0 dB verzwakking zit je rechtstreeks op de mixer te meten. Bij signalen van -30 dBm of meer is dat risico zeker aanwezig.

Vr. groet,
NKHtB

Hi,

Ik heb nog wat opmerkingen over de metingen.
Ik kan niet zien hoe de flanken er uit zien, daar deze worden overschreven door de onderste trace.

Als ik goed kijk, dan zie ik een flinke overshoot in de hogere frequenties, of buiten beeld aan de bovenzijde of aan de onderzijde overschreven door de stroomweergave.

Mijn advies, maak de stroomweergave 1Div hoog, dat is meer dan voldoende voor de indruk.

Wat betreft de RKS3005D, deze heeft gewoon niet zo'n beste bandbreedte van de regelloop.
De Ri in de hogere frequenties komt geheel ten goede door de filtering aan de uitgang met dikke condensatoren.
Het is duidelijk te zien dat bij 200Hz het regelen van de loop al op begint te houden en pas bij 6 a 700Hz de condensatoren aan de uitgang hun werk gaan doen.

Gegroet,
Blackdog

@NKHteB
De 2 metingen van de Rek zijn met pre-amp uit gedaan. De twee Rek traces stonden in het geheugen. Als laatste stond de pre-amp aan bij de meting aan de Delta en toen is de print-screen gemaakt.

@Blackdog
De undershoot is wel goed te zien en was kleiner als de overshoot.

Mijn redenering voor dat de hogere dynamische frequenties beter waren door de buffer elko had ik dus goed.

Wat bepaald de bandbreedte dan van die TL494 ? (de open gain is afhankelijk van de schakel frequentie)

Hallo Flash2b,

dank voor je reactie. Ik wil er nog wel op wijzen, dat jullie vanaf 10 kHz meten, inherent aan het frequentiebereik van de Rigol, maar het spectrum onder 10 kHz staat natuurlijk ook op de ingang en dat niveau kan wel veel hoger zijn dan wat jullie meten, met als resultaat distortion. Dat is ook de reden dat ik de default verzwakking van 10dB op mijn SA slechts met grote aarzeling uitschakel.

Groet,
NKHtB

Nog beter voor de SA is een externe 10dB 1W verzwakker.

Het zijn weer mooie plaatjes.

Ha Heren,

Na een lange en vermoeiende dag op pad nu weer even tijd voor voedingen

@flash2b

Op 31 maart 2016 21:10:16 schreef flash2b:
Over de dynamisch gedrag meting van de RKS3005D:

Op de test frequentie van 120KHz is de Ri laag en de response best goed. Maar op 1.2KHz en vooral 120Hz een stuk trager.

Wat ik me zag af te vragen is in hoeverre de interne schakelfrequentie hier invloed op heeft.

We kennen het schema niet, maar ik denk dat er een uitgebeid L-C uitgangsfilter inzit, ala de voeding van Roland van Leusden http://www.circuitsonline.net/forum/view/message/1703254#1703254
Dat netwerk heeft een tijdconstante, en sneller als dat kan de loop natuurlijk niet regelen.... Dat is, denk ik, die 2mSec die we zien.

Bij 120kHz schakelfrequentie speelt dat allemaal niet meer mee, en wordt het gedrag gewoon bepaald door de laatste condensator. (net als bij de lineaire voedingen)

@ NKHteB

Op 31 maart 2016 21:42:58 schreef NKHteB:
Ik zie dat er 0dB verzwakking is ingeschakeld en de preamp On. Zag het spectrum er net zo uit bij 10 dB verzwakking? Dan weet je zeker dat er geen signalen als gevolg van overbelasting van de ingang van de SA bij zitten. Bij 0 dB verzwakking zit je rechtstreeks op de mixer te meten. Bij signalen van -30 dBm of meer is dat risico zeker aanwezig.

In aanvulling op het antwoord van flash2b...
Inderdaad is alleen de curve van de Delta met de Pre-Amp on gemeten. (je kunt dat ook zien aan de linkerkant van de SA plaatjes: bij de laatste (met Delta) licht het PA icoontje op, bij de eerdere niet.

Inderdaad is de Rigol SA gevoelig voor oversturing. Standaard heb ik er een -10dB verzwakker voorzitten. Pas als blijkt dat die de s/n verslechterd gaat die er tussenuit.

Bij de ontwikkeling van mijn Hi-Z buffer voor m'n SA kwam ik er achter dat als je ècht alleen de vervorming van de DUT wilt zien, en geen toevoegingen van de SA je ergens rond -10dBm de SA in moet gaan. Dus extern verzwakken. Kennelijk zit er nog wat vóór de interne verzwakker dat ook vervorming toevoegt. Dat speelt wel pas op lage vervormings niveaus, dus hier eigenlijk nauwelijks.

Ik wil er nog wel op wijzen, dat jullie vanaf 10 kHz meten, inherent aan het frequentiebereik van de Rigol, maar het spectrum onder 10 kHz staat natuurlijk ook op de ingang en dat niveau kan wel veel hoger zijn dan wat jullie meten, met als resultaat distortion

Gelukkig hadden we het spectrum onder de 10kHz al eerder gemeten, met Clio
Dat plaatje staat er vlak boven. Bij 0,83A belasting (paars) zijn de lagere pieken ongeveer even hoog als de 70kHz piek, bij 4,8A zijn de lagere pieken tot 20dB hoger.

Wat ik eigenlijk altijd doe is beginnen met veel verzwakking, en dan terug naar minder om de ruisvloer te verlagen. Je ziet dan vanzelf of het spectrum verandert....

@blackdog

Op 31 maart 2016 21:45:10 schreef blackdog:
Ik kan niet zien hoe de flanken er uit zien, daar deze worden overschreven door de onderste trace.
Mijn advies, maak de stroomweergave 1Div hoog, dat is meer dan voldoende voor de indruk.

Ik schreef al dat het mij hier minder ging om precies de hoogte van die pieken. (bij de eerdere metingen had ik die apart gemeten door Y-as en tijdbasis te schalen totdat ik dat goed kon zien)
Maar het ging me hier meer om het regelgedrag, hoelang duurt het voor de regeling bijgeregelt heeft, ringing etc.
Ik dacht dat je dat het beste ziet als de Y-as zoveel mogelijk dezelfde waarden heeft.

Die stroom trace gebruikte ik ook om de stroomwaarden te checken & bij te regelen, dan is wat resolutie wel fijn... Inderdaad zou ik voor het maken van het plaatje de stroom trace wel terug geschaald kunnen hebben. Voor de volgende keer....

Wat betreft de RKS3005D gaan je ideeën dus dezelfde kant uit als de mijne

groet, Gertjan.

Dag Gertjan,

bedankt voor de uitvoerige reactie. Je verwijzing naar je meting met de Clio had ik verwacht (hi). Het was juist door de vergelijking van de beide plaatjes, dat ik "in de pen ben geklommen". Ik herken de referentiewaardes links van de Clio niet. -60dBm bij 50 Ohm is 224 microVolt. De pieken in de Clio meting komen niet boven de -60(?)dBm=1milliVolt uit. Dat kan ik niet rijmen met de plaatjes op de Rigol. Vandaar mijn reactie.

Fijne dag allen. Hier een stralende zon. zo ook mijn humeur (hi).

Vr. groet,
NKHtB

Ha NKHteB,

Die dB's zijn hier inderdaad warrig.
De dB's in Clio zijn dBV's. Spanningsdecibels dus (20log), met 0dBV=1V. De dB's in de Rigol plaatjes zijn dBm, vermogensdecibels (10log) met 0dBm=1mW in 50Ω.
En die 50Ω afsluiting was hier ook niet.... Want de afsluiting werd gevormd door de veel lagere belastingsweerstand van de voeding.

Appels en peren dus op meerdere fronten...

De dBV's en dus de RMS spanningen in Clio kloppen, de Rigol plaatjes zijn bedoeld om de vorm van het spectrum te zien, maar zijn geen absolute meting.

groet, Gertjan,

Hallo Gertjan,

ik had al geconcludeerd dat dit inderdaad verschillende grootheden waren, die zich niet een,twee, drie laten vergelijken. Genoeg daarover.
Laat onverlet de vraag waarom die harmonischen zo ver in het spectrum doorlopen....., want daar begon het allemaal mee. Daar pieker ik nog over mee.

Vr. groet,
NKHtB

NB Mocht het een keer van pas komen, ik faciliteer graag een meting met een SA die vanaf 30 Hz kan meten in 1 Hz BW (HP8561E). Maar die houdt absoluut niet van DC in tegenstelling tot de Rigol....!

Ha NKHteB,

Als ik iets meet, en daar later een vraagteken bij heb doe ik dat meestal nog eens rustig & uitgebreider over. Vaak is dat leerzaam & verhelderend. Helaas zijn in dit geval voeding en SA zo'n 60km van elkaar verwijderd...

Mooie analyser, die HP8561E! Een SA vanaf 30Hz is begerenswaardig.

Ook voor de Rigol zet ik een DC block als ik aan een voeding meet. Dat keramische SMD Ctje aan de ingang vertrouw ik eigenlijk alleen bij lage spanningen. (ook beducht voor de inschakel puls)

groet, Gertjan

Gertjan, heeft de condensator in de DC block een kleinere capaciteit dan de ingangscondensator in de Rigol?

Ha rbeckers!

Nee, een stuk groter.
De ingebouwde C is ≈ 330nF, aangezien ik een -3dB punt op 10kHz heb gemeten. Dat kantelpunt wilde ik niet verder verslechteren.
De C in mijn DC block is 9µF (6,8µF//2,2µF). Dit met ervoor en erna een ontkoppel weerstandje van 10k. Wat de ingangsimpedantie op 49,5Ω brengt. Vond ik een acceptabel compromis...

groet, Gertjan

Dan blokt je DC blocker niet erg goed.

Ha rbeckers, verklaar U nader......
Ter verduidelijking het schemaatje hier: http://www.miedema.dyndns.org/co/DC-Block-9uF-50V-GJM.pdf

Nu ik het over dat -3dB punt heb bij 10kHz door de ingebouwde C. Dat is natuurlijk ook een (belangrijk) deel van het antwoord op de vraag van NKHteB.
De "buitenbeeld" componenten op de Rigol plaatjes zitten onder 1kHz, en daarmee na de ingangs C alweer meer dan 20dB down.

groet, Gertjan.

Gertjan, over de grootste C (9µF) staat veel minder spanning dan over de kleinste C (330nF).
Dus weinig bescherming van je SA.

Ha rbeckers,

Voor AC heb je natuurlijk gelijk. Maar voor AC is het kantelpunt aan de ingang van de SA al 10kHz.
Deze blocker was bedoeld als extra bescherming voor DC, zodat ik bij meten aan voedingen niet alleen op dat keramische SMDtje in de SA ingang hoef te vertrouwen.

Dank zij de ontkoppel weerstand valt alle DC over de externe DC blocker. (kantelpunt 1,77Hz)

Verder zie ik het als een pré dat ik eerst de blocker kan aansluiten op de voeding, en daarna pas de blocker pas op de SA. Dan is de achterkant van de DC blocker inmiddels DC vrij....

groet! Gertjan