DCG-Spike - Hardwareänderungen + Messungen
Verfasst: 30.11.2007, 21:37
Nabend miteinander,
das hier sind die erforderlichen Änderungen, um den lange und heiß diskutierten DCG-Spike auf ein vielleicht erträgliches Maß zu reduzieren. Die Bilder dazu findet ihr unter
http://www.imgwelt.de/show.php?code=I0Z2D75VD44
http://www.imgwelt.de/show.php?code=7EA7EXTRZI8
http://www.imgwelt.de/show.php?code=1LS8EXW7EW0
http://www.imgwelt.de/show.php?code=NYD0L40B897
http://www.imgwelt.de/show.php?code=043ID0X82Q1
http://www.imgwelt.de/show.php?code=T4Z38SQCM4Z
Die darüberhinaus erforderlichen Änderungen sind die folgenden:
D8 --
R25 4k7
C12 47p
C27 390p (kann man aber auch bei 470p lassen, ist dann aber marginal langsamer)
R21 560p (drüberlöten)
Zwei mal 100n 50V 0805 an V+ bzw. V- gegen Masse unter U11 löten, beide nach innen, mit kurzem Draht verbinden und an die Massefläche in Richtung U12 legen. Diese Änderung ist zwingend nötig; U10 ist für einen schnellen Regel-OPV sonst nicht ausreichend gestützt, und die gegenseitige Verriegelung der Regler führt zu Sperrschwingungen (die Begrenzerschaltung sieht einem Multivibrator ja auch nicht unähnlich).
2x10/50 oder 1x22/50 1206 (Vielschichter) direkt über den Ausgang, unter der Platte. Vielschichter sind hier insofern besser als der empfohlene Elko, als die enthaltene und damit im Überlastfall nach draußen gebrachte Ladung (bei gleicher Kapazität) dieselbe ist, aber der Vielschichter eine wesentlich geringere ESR hat und damit die initiale Höhe des Rest-Spikes deutlich verringert.
Empfehlung wegen geringerer Verlustleistung in R56, ohne funktionale Änderung:
R56 0R15 2W
R52 680
R49 --
Resümee:
Mit den empfohlenen Änderungen ist der Spike nur noch vorhanden, wenn beim Lastabwurf kleine Spannungshübe stattfinden (<2V). Für große Hübe wird der Spike wegen der endlichen Slew Rate eliminiert. Die Scheitelhöhe des Spikes ist linear abhängig von der Ausgangskapazität, daher wurde diese zu 22µ gewählt. Damit ist er jedenfalls nicht mehr größer als 0.5V, eher so bei 400mV max. Die Länge des abklingenden Spikes für vollständig abgeworfene Last ist natürlich eine lineare Funktion dieser Kapazität.
Nebenbei ergibt sich durch den Sättigungsschutz an U10 auch noch eine schnellere Aktivierung der Strombegrenzung als beim Original, interessant vor allem für kleine eingestellte Ströme, wo die 3A-Notbremse mit Q7 doch ganz schön weit weg ist.
Erläuterungen zur Schaltung:
Beide Regler-OPV werden durch wechselseitige Verriegelung daran gehindert, bei Inaktivität nach oben in die Sättigung zu laufen. Um bei Erfordernis eine möglichst kurze Laufzeit bis zur Erreichung des entsprechenden Pegels zu erreichen, müssen sie möglichst nahe aneinander geklemmt werden. Deshalb nur eine Diode an der Basis T5. Leider reicht eine Diode für T6 nicht, da damit das Potential über D4 und U13 nicht klein genug wird, um diesen sicher zu sperren, also eine rote LED dazu (mit Uf etwa 1.5V). (Hinweis für Sparsame: Die LED allein reicht auch gerade noch nicht...)
Änderung C12: Spannungsregler möglichst schnell machen -> kurze Laufzeit bei Lastabwurf.
C über R21: Optimierung des Kleinsignalverhaltens des Spannungsreglers, minimiert den Überschwinger für größere Spannungshübe)
Empfehlung zum Einbau:
Kleine Lochrasterplatte machen und über der DCG-Platte mit den Anschlussdrähten an die im Schaltplan angegebenen Punkte löten. Das wird bei dauerhaften Rütteltests nur befriedigende Ergebnisse ergeben, aber auf dem Labortisch ist es sicher erst mal o.K.
Ausblick:
CM hat sich zurückgemeldet und einen anderen Lösungsansatz skizziert. Ich halte diesen insofern für interessant, als er den Sprung am Spannungsregler vermeiden will, sehe aber zweierlei Schwierigkeiten:
Erstens in der Realisierung in der erforderlichen idealen Diode, die wieder viel Schleifenverstärkung braucht, damit ihre Kennlinie einen scharfen Knick bekommt. Sie liegt ansatzgemäß in Reihe mit dem Regler, das könnte erhebliche Schwierigkeiten bei Dynamik vs. Stabilität geben. Die zweite Schwierigkeit ist vielleicht eher eine sekundäre, nämlich dass man nicht nur einige zusätzliche Bauteile auf die Platte wird bringen müssen, sondern wahrscheinlich massive Änderungen der Schaltungsstrukturen vornehmen muss. Je nach Umfang der Veränderungen könnte das deutlich schlimmer werden als bei der hier vorgeschlagene Lösung.
Aber: Für ein Redesign der Schaltung würde ich auch eher den Ansatz mit der Reihenschaltung wählen als den mit zwei parallelen Reglern. (Das war aber bis jetzt nicht das Thema.)
Immerhin wäre es also möglich, dass die CM-Lösung auch den Rest-Spike noch aus der Welt schafft, also sollte man mit dem Nachbau vielleicht noch warten bis es dort ein Ergebnis gibt und dann vergleichen.
Grüße
Marcusp
das hier sind die erforderlichen Änderungen, um den lange und heiß diskutierten DCG-Spike auf ein vielleicht erträgliches Maß zu reduzieren. Die Bilder dazu findet ihr unter
http://www.imgwelt.de/show.php?code=I0Z2D75VD44
http://www.imgwelt.de/show.php?code=7EA7EXTRZI8
http://www.imgwelt.de/show.php?code=1LS8EXW7EW0
http://www.imgwelt.de/show.php?code=NYD0L40B897
http://www.imgwelt.de/show.php?code=043ID0X82Q1
http://www.imgwelt.de/show.php?code=T4Z38SQCM4Z
Die darüberhinaus erforderlichen Änderungen sind die folgenden:
D8 --
R25 4k7
C12 47p
C27 390p (kann man aber auch bei 470p lassen, ist dann aber marginal langsamer)
R21 560p (drüberlöten)
Zwei mal 100n 50V 0805 an V+ bzw. V- gegen Masse unter U11 löten, beide nach innen, mit kurzem Draht verbinden und an die Massefläche in Richtung U12 legen. Diese Änderung ist zwingend nötig; U10 ist für einen schnellen Regel-OPV sonst nicht ausreichend gestützt, und die gegenseitige Verriegelung der Regler führt zu Sperrschwingungen (die Begrenzerschaltung sieht einem Multivibrator ja auch nicht unähnlich).
2x10/50 oder 1x22/50 1206 (Vielschichter) direkt über den Ausgang, unter der Platte. Vielschichter sind hier insofern besser als der empfohlene Elko, als die enthaltene und damit im Überlastfall nach draußen gebrachte Ladung (bei gleicher Kapazität) dieselbe ist, aber der Vielschichter eine wesentlich geringere ESR hat und damit die initiale Höhe des Rest-Spikes deutlich verringert.
Empfehlung wegen geringerer Verlustleistung in R56, ohne funktionale Änderung:
R56 0R15 2W
R52 680
R49 --
Resümee:
Mit den empfohlenen Änderungen ist der Spike nur noch vorhanden, wenn beim Lastabwurf kleine Spannungshübe stattfinden (<2V). Für große Hübe wird der Spike wegen der endlichen Slew Rate eliminiert. Die Scheitelhöhe des Spikes ist linear abhängig von der Ausgangskapazität, daher wurde diese zu 22µ gewählt. Damit ist er jedenfalls nicht mehr größer als 0.5V, eher so bei 400mV max. Die Länge des abklingenden Spikes für vollständig abgeworfene Last ist natürlich eine lineare Funktion dieser Kapazität.
Nebenbei ergibt sich durch den Sättigungsschutz an U10 auch noch eine schnellere Aktivierung der Strombegrenzung als beim Original, interessant vor allem für kleine eingestellte Ströme, wo die 3A-Notbremse mit Q7 doch ganz schön weit weg ist.
Erläuterungen zur Schaltung:
Beide Regler-OPV werden durch wechselseitige Verriegelung daran gehindert, bei Inaktivität nach oben in die Sättigung zu laufen. Um bei Erfordernis eine möglichst kurze Laufzeit bis zur Erreichung des entsprechenden Pegels zu erreichen, müssen sie möglichst nahe aneinander geklemmt werden. Deshalb nur eine Diode an der Basis T5. Leider reicht eine Diode für T6 nicht, da damit das Potential über D4 und U13 nicht klein genug wird, um diesen sicher zu sperren, also eine rote LED dazu (mit Uf etwa 1.5V). (Hinweis für Sparsame: Die LED allein reicht auch gerade noch nicht...)
Änderung C12: Spannungsregler möglichst schnell machen -> kurze Laufzeit bei Lastabwurf.
C über R21: Optimierung des Kleinsignalverhaltens des Spannungsreglers, minimiert den Überschwinger für größere Spannungshübe)
Empfehlung zum Einbau:
Kleine Lochrasterplatte machen und über der DCG-Platte mit den Anschlussdrähten an die im Schaltplan angegebenen Punkte löten. Das wird bei dauerhaften Rütteltests nur befriedigende Ergebnisse ergeben, aber auf dem Labortisch ist es sicher erst mal o.K.
Ausblick:
CM hat sich zurückgemeldet und einen anderen Lösungsansatz skizziert. Ich halte diesen insofern für interessant, als er den Sprung am Spannungsregler vermeiden will, sehe aber zweierlei Schwierigkeiten:
Erstens in der Realisierung in der erforderlichen idealen Diode, die wieder viel Schleifenverstärkung braucht, damit ihre Kennlinie einen scharfen Knick bekommt. Sie liegt ansatzgemäß in Reihe mit dem Regler, das könnte erhebliche Schwierigkeiten bei Dynamik vs. Stabilität geben. Die zweite Schwierigkeit ist vielleicht eher eine sekundäre, nämlich dass man nicht nur einige zusätzliche Bauteile auf die Platte wird bringen müssen, sondern wahrscheinlich massive Änderungen der Schaltungsstrukturen vornehmen muss. Je nach Umfang der Veränderungen könnte das deutlich schlimmer werden als bei der hier vorgeschlagene Lösung.
Aber: Für ein Redesign der Schaltung würde ich auch eher den Ansatz mit der Reihenschaltung wählen als den mit zwei parallelen Reglern. (Das war aber bis jetzt nicht das Thema.)
Immerhin wäre es also möglich, dass die CM-Lösung auch den Rest-Spike noch aus der Welt schafft, also sollte man mit dem Nachbau vielleicht noch warten bis es dort ein Ergebnis gibt und dann vergleichen.
Grüße
Marcusp