Ещё раз о проверке устойчивости регулятора напряжения

Ещё раз о проверке устойчивости регулятора напряжения - Версия для печати

+- Audio Perfection Forum (https://www.audio-perfection.com/forum)
+-- Форум Аналоговая Схемотехника (https://www.audio-perfection.com/forum/forumdisplay.php?fid=3)
+--- Форум Источники питания (https://www.audio-perfection.com/forum/forumdisplay.php?fid=9)
+--- Темы: Ещё раз о проверке устойчивости регулятора напряжения (/showthread.php?tid=742)

Страницы: 1 2

Ещё раз о проверке устойчивости регулятора напряжения - begemot - 09-15-2020

Большинство регуляторов напряжения являются системами с обратной связью и, соответственно, подвержены типичным для систем с ОС проблемам.
Т.е. могут быть не устойчивы. Или не очень устойчивы. Поэтому, после сборки такого устройства желательно убедится в его стабильности.
Существуют разные способы оценки устойчивости стабилизаторов. Одним из наиболее простых и удобных является оценка реакции регулятора на скачек тока нагрузки.
Стас предложил очень простенький и симпатишный способ http://www.audio-perfection.com/forum/showthread.php?tid=78&pid=3201#pid3201
Вот предложенная им схемка:

Часть первая: А поговорить...

В общем всё вроде как просто и логично. Мне кажется что многие слышали о законе Ома. Некоторые даже сталкивались с его проявлениями.
А кое кто пытался использовать его при расчётах электронных устройств.
Итак, если поверить в то что закон Ома отражает объективную реальность данную нам в ощущениях, резистор является идеальным преобразователем напряжения в ток.
Подаём напряжение с выхода функционального генератора (ФГ) через резистор на выход регулятора. Для того чтобы не нарушались режимы работы ВК генератора-включаем последовательно
разделительный конденсатор. И предполагаем что амплитуда напряжения сигнала на выходе регулятора напряжения возникшая в результате тока через резистор "преобразователя"
будет значительно меньше чем амплитуда напряжения ФГ. Что в случае с регулятором напряжения выполняется практически всегда, так как его выходное сопротивление обычно
значительно меньше нескольких Ом. Причём в достаточно широкой полосе. Ну и нам, вообще говоря, особая точность не нужна. Т.е. несколько процентов ошибки вполне допустимы,
хотя и слегка исказят форму тока. Ну а выходное сопротивление ФГ обычно 50 Ом, т.е. значительно больше выходного сопротивления регулятора даже без дополнительного резистора.
Итак, взглянем на предложенную схему поподробней.
Сначала уберём лишние детали. R2 там совершенно не нужен. Точнее-пользы от него кроме вреда-никакой. Возможно идея была - согласование соединительного кабеля.
Но токозадающий резистор R3 закорочен на относительно низкое выходное сопротивление регулятора. Причём оно остаётся достаточно низким даже выше резонанса выходной ёмкости.
А ёмкость на выходе регулятора есть практически всегда. Именно для того чтоб поддерживать низкое выходное сопротивление на высоких частотах.
Таким образом никакого согласования с кабелем в том виде как это нарисовано не происходит.
Собственно, на приёмном конце 50 Омного кабеля от ФГ к платке "конвертера" напряжения в ток оно особо и не нужно.
Поскольку оно уже присутствует на выходе ФГ в виде "последовательного" резистора 50 Ом внутри ФГ. По крайней мере так сделано в подавляющем большинстве промышленных
функциональных генераторов. В результате, особых криминалов в виде незадемпфированных резонансов там быть не должно. Есесьно с точностью до точности последовательного согласования.
Таким образом использование 50 Омного резистора R2 просто создаёт дополнительную нагрузку на выходе ФГ, не давая ничего взамен
Поэтому значительно полезней выбросить R2 и изменить R3, сделав его равным 50 Ом.
В этом случае кабель окажется согласованным с двух сторон, что снизит влияние неидеальности согласования по сравнению с последовательным согласованием со стороны источника.
А амплитуда сигнала на входе R3 будет соответствовать тому что выставлено на ФГ. Поскольку большинство ФГ рассчитаны на работу на внешнюю нагрузку 50 Ом и именно так откалибрована их шкала амплитуд.
Тогда амплитуда инжектируемого тока будет равна выходной амплитуде ФГ делённой на 50.
В принципе, можно попробовать R3 меньше чем 50 Ом. Всё зависит от того что может потянуть выходной каскад функционального генератора. Амплитуда тока конечно вырастет, но форма сигнала может слегка нарушится.
И ещё одна небольшая деталь. Данный инжектор имеет развязку по постоянному току в виде С2. Это очень удобная особенность, поскольку позволяет тестировать и положительные и отрицательные источники. И ему не важно
какое постоянное напряжение на выходе, оно не влияет на работу ФГ. Но при этом надо добавлять нагрузку по постоянному току, чтоб постоянный ток нагрузки был не меньше половины размаха (пик-пик) тока инжектора.
Потому что большинство линейных и некоторые простые ключевые стабилизаторы не умеют потреблять ток нагрузки а могут лишь его отдавать. Исключением являются некоторые специальные линейные регуляторы, используемые
как "termination" регуляторы и большинство ключевых стабилизаторов средней и большой мощности.

RE: Ещё раз о проверке устойчивости регулятора напряжения - begemot - 09-15-2020

Часть вторая: А помоделировать...

Эквивалентная схема вместе с паразитками. Добавлены эквивалентные схемы пробников, предназначенных для оценки того что будет видно на экране скопа. Используется последовательное согласование и 50 Омный кабель, подключённый к высокоомному входу скопа.

Снабер добавлен для уменьшения выброса, при быстром фронте сигнала функционального генератора.
Регулятор напряжения моделируется пассивным эквивалентом.

Теперь можно подумать как именно интерпретировать результаты.
Первый всплеск напряжения длительностью порядка 100наносекунд связан с тем что мы пытаемся быстро изменить ток в паразитной индуктивности проводов от платы конвертера к выходу регулятора.

Форма этого выброса меняется в зависимости от индуктивности подсоединяемых проводов и паразитной ёмкости платы "преобразователя" напряжение-ток в точке подсоединения этих проводов. Желательно использовать короткие свитые провода не длиннее нескольких сантиметров.
Для минимизации амплитуды выброса применён снабер. В зависимости от величины компонентов снабера, форма выброса будет меняться и в какой-то момент может принять выраженный резонансный характер (затухающий звон). Но при разумно выбранных номиналах и адекватной длине соединительных проводов L_wire частота этого резонанса выше 8-10 МГц и его тяжело спутать с откликом самого регулятора напряжения и резонансами выходных конденсаторов.
Резонансы обычно находятся ниже.
Кроме того он выражен значительно слабее непосредственно на выходе тестируемого регулятора. Куда собственно и надо подключать вход скопа.

Просто в некоторых случаях удобно поставить разъем на выходе платы "конвертера" и паять только 2 провода вместо 4-х. По этому нас и интересует точка "sense".
Кстати, совсем не обязательно использовать 50 Ом в качестве преобразователя напряжение-ток. Всё зависит от того какой ток может потянуть выход вашего функционального генератора.
Вот например как всё выглядит при замене "R_ADAPTER" на 10 Ом.

Попробуем промоделировать поведение с использованием более реалистичной модели регулятора, использовав модель LM317.

Вполне предсказуемое поведение, скачок тока 50-150мА, звон на частоте порядка 40Кгц, что должно примерно соответствовать полосе петлевого усиления.

Обратите внимание на то что частоты звона на минимуме и максимуме токов отличаются.
Что тоже вполне ожидаемо, так как обычно в "линейных" регуляторах полоса петлевого усиления изменяется в зависимости от тока нагрузки.
Так же обратите внимание на то что мы использовали дополнительную нагрузку в виде "R_LOAD=150" что соответствует току смещения 100мА.
Именно поэтому ток меняется от 50 до 100мА а не от -50 до +50 мА. Поскольку без смещения ток нагрузки биполярный и большинство "линейных" регуляторов перестанут адекватно работать.
Вот что произойдёт если убрать постоянный ток смещения.

Вместо +/-15мВ пульсаций-полнейший выход из регулирования

RE: Ещё раз о проверке устойчивости регулятора напряжения - begemot - 09-15-2020

Часть третья: А не измерить ли живьём...

Все эти измышления в симуляторе-штука конечно полезная. Но они так и останутся измышлениями если их не поверить в железе.
Под руку попала ТИ демо борда на TPS70933.
Схема макетки примерно соответствует тому что моделировалось.

Сдвоенный дип переключатель изменяет величину резистора "R_ADAPTER", а блок из 4-х дипов подключает несколько разных резисторов, формируя нагрузку по постоянному току.

FG_MON -(жёлтый) сигнал на входе платки, 50ом последовательный резистор, sma разъём, кабель sma-BNC на высокоомный вход осциллографа
OUT-(зелёный) выходное напряжение демо борды
I_load-(красный) ток нагрузки, измеренный токовым щупом.
Out-MON-(синий) сигнал на выходе регулятора, но снятый на самой платке, перед соединительными проводами, 50ом последовательный резистор, sma разъём, кабель sma-BNC на высокоомный вход осциллографа

Всё вполне предсказуемо и адекватно

Вот как выглядит выброс на Out-MON, если растянуть временную шкалу. Кроме этого "артефакта" Out-MON и OUT очень похожи.

Предыдущие осциллограммы соответствовали оригинальной конфигурации демо борды, с вуходным конденсатором 2.2 Мкф.

А вот что происходит если параллельно ему подключить конденсатор 10 Мкф

Видно что отклик из апериодического стал затухающим колебательным, причём частоты на большом и маленьком токах отличаются.
Примерно от 1.5Кгц до 2.7Кгц. Т.е. видно что запас по фазе уменьшился и полоса петлевого усиления меняется в зависимости от тока.
Хотя размах отклика при увеличении ёмкости уменьшился.

А вот несколько картинок с растянутой шкалой. Всё тот же выброс при съёме выходного сигнала с самой платы.
Никаких резонансов на выходе регулятора, кроме тех что связанны с запасом устойчивости петли не наблюдается.

В общем, удобная штучка для проверки мелких регуляторов. Спасибо Стасу за наводку!

RE: Ещё раз о проверке устойчивости регулятора напряжения - begemot - 10-19-2020

А вот что получается если забыть подгрузить выход при двухполярном токе.

Или подгрузить его недостаточно

И из нормального регулятора получается кракозябра.
Хотя регулятор на самом деле работает без проблем

Вот как для сравнения выглядит нормальный выход при той-же чувствительности скопа

RE: Ещё раз о проверке устойчивости регулятора напряжения - begemot - 12-23-2020

Сделал печатку этого чуда на досуге. Захотелось поиграться с KiCADом, ничего другого под руку не попалось. Вполне адекватно.
Вот как-то так:

Раньше никогда не заказывал белые платы, прикольно.

RE: Ещё раз о проверке устойчивости регулятора напряжения - Igor - 12-24-2020

begemot Написал:Раньше никогда не заказывал белые платы, прикольно.

Прикольно конечно, но фигня полная.

RE: Ещё раз о проверке устойчивости регулятора напряжения - wired - 12-24-2020

Igor Написал:
begemot Написал:Раньше никогда не заказывал белые платы, прикольно.
Прикольно конечно, но фигня полная.

фиигня черная шелкография, а так нормуль

RE: Ещё раз о проверке устойчивости регулятора напряжения - Igor - 12-24-2020

Разницы в стоимости сейчас нет, в зависимости от цвета, т. что все понты погаснут. Как не крути, а зелёный цвет оптимальный, сточки зрения психологии человека. А там уже кому как хочется и есно от местного колорита и традиций.
Один любит пиво, второй кроме водки ничего в рот не берёт.

RE: Ещё раз о проверке устойчивости регулятора напряжения - Jenko - 12-24-2020

Почему с точки зрения психологии зелёный, а не синий, например?:)

RE: Ещё раз о проверке устойчивости регулятора напряжения - Black_Jack - 12-24-2020

У wired была какая-то ПП интересная... Вроде как с прозрачной маской... емнип.
Мне нравится еще зеленая матовая, не блестит, паять приятно.

RE: Ещё раз о проверке устойчивости регулятора напряжения - Jenko - 12-24-2020

Зелёная матовая у Лекроев встречается. На мой вкус тоже очень хороша.

RE: Ещё раз о проверке устойчивости регулятора напряжения - Altor Audio - 12-24-2020

Дело не столько в психологии, сколко в том, что зеленая маска считается самой прочной.
Правда с синей, черной и красной лично у мебя пока тоже проблем небыло. Белая и желтая - смотрятся плохо.

RE: Ещё раз о проверке устойчивости регулятора напряжения - begemot - 12-24-2020

На мой вкус-в данном случае белая смотрится прекрасно. Кроме того под ней почти не видно проводников.
Что в случае использования платы без кузова-мне нравится. Надписи контрастные.
К разрешению маски здесь требований - никаких. Поэтому что-то сказать тяжело. Но по виду она более толстая чем зелёная, синяя или красная.
jlcpcb как и большинство дешёвых борд хаусов не обеспечивают SM очень высокого разрешения.
Серьёзные борд хаусы при жёстких требованиях к SM рекомендуют использовать зелёные, синие и красные. При чёрной маске - рекомендуют снижать требования к разрешению.
Т.е. при шаге BGA 0.35 мм на чёрную маску они уже не подписываются.

RE: Ещё раз о проверке устойчивости регулятора напряжения - Igor - 12-24-2020

Не забывайте что есть разные страны с разными цветовыми предпочтениями. Если для бледнолицых это больше "нравится-не нравится", то для Азии цвет имее более глубокий смысл.

RE: Ещё раз о проверке устойчивости регулятора напряжения - Altor Audio - 12-24-2020

begemot Написал:jlcpcb как и большинство дешёвых борд хаусов не обеспечивают SM очень высокого разрешения.

JLC это сейчас стало дешево и удобно. но первыми кто начали делать бесплатны цвет были Elecrow.
А что касается разрешения, то у них есть Regular Custom PCB, где они сами предупредают о пониженной разрешающей способности маски и силка, и Premium PCB, где с этим все с порядке.

RE: Ещё раз о проверке устойчивости регулятора напряжения - Igor - 12-24-2020

Jenko Написал:Почему с точки зрения психологии зелёный, а не синий, например?:)

А почему в публичном доме всё в красных тонах? А в больнице предпочтительны белый и колера синего. В спальне у молодых людей возможен любой цвет, но лучше тёплые кремовые. А у более старшего поколения рекомендуется зелёный итд итп. Цвет формирует различные ассоциации и настроения.
Зелёный цвет для мозга это спокойный-нейтральный цвет. Вы на него не обращаете внимания. Есть и есть.
Была бы эта плата зелёная, ни кто бы не стучал клавишами.
Но зелёный цвет звук портит. Факт на лицо или ... на рыло Ни сцены, ни глубины, песок и пепел сыплется...короче консервно-баночное звучание. Особенно это заметно при соло на балалайке. Конечно это не каждый услышит, но богата земля наша талантами.
По этому цвет плат у мелких аудио фирм аж в дрожь кидает. Самые лучшие в полоску. Жаль в крапинку пока нет

RE: Ещё раз о проверке устойчивости регулятора напряжения - nazar - 12-24-2020

begemot Написал:Сделал печатку этого чуда на досуге.

а где схема того что ты сварганил, может и мне надо))

RE: Ещё раз о проверке устойчивости регулятора напряжения - wired - 12-24-2020

Black_Jack Написал:Вроде как с прозрачной маской... емнип.

Жьолтая у них назьівается.

RE: Ещё раз о проверке устойчивости регулятора напряжения - Jenko - 12-24-2020

Igor Написал:Цвет формирует различные ассоциации и настроения.

Ну это общеизвестный факт для многих, надеюсь:)
Я понимаю цвет корпуса, то есть обёртки, которую будешь лицезреть, но цвет внутренностей? Или это для работников, которые с платами работают?

Минутка юмора:
Живо представляю автоэлектрика(нужное подставить), который при виде жгута разноцветных проводов падает в припадке эпилепсии:)

RE: Ещё раз о проверке устойчивости регулятора напряжения - wired - 12-24-2020

Jenko Написал:Минутка юмора:
Живо представляю автоэлектрика(нужное подставить), который при виде жгута разноцветных проводов падает в припадке эпилепсии:)

А тьі думаешь чего, при всем светодиодном обвесе, в современньіх авто поворотники зачастую с лампами накаливания?