Naar aanleiding van een ontwerp in de Electron (juli 2010, schema H. Zaaiman) en applicatie notes van LT geschreven door williams (nr 104) heb ik een electronische moduleerbare dummyload gemaakt.
Het is geen schoonheid maar hij werkt prima
Dit is het origineel van de gebroeders Zaaiman. Mijn wijzigingen zijn in Rood. Ipv de 4 standen schakelaar heb ik ook een wat andere constructie met twee schakelaars maar het komt op het zelfde neer. Ipv de tweede schakelaar heb ik een tien slags potmeter gebruikt zodat ik de stroom traploos kan verhogen. Ik heb de shunts wat groter gemaakt zodat ik vanaf 10 mA al genoeg resolutie heb. Over de gate aansluitingen zitten ferriet kralen en snubber netwerkjes. Ook heb ik de voeding iets anders gemaakt maar dat zijn onbelangrijke details.
Schema
DC blokker 10 uF
Jim Williams beschreef een beter koppeling naar de voeding en scoop instelling. Dit werkt vooral goed bij de 547 die hij zelf ook gebruikte voor de foto’s.
Aansluiting A trace op de voeding onder test
Een bnc naar banaan adapter met daar weer bananen op gestacked.
De foto’s zijn helaas niet allemaal scherp. Ik was niet zo vast ter hand na een flinke griep en te lui om mijn statief te zoeken.
De bovenste trace is steeds de spanning welke direct dmv coax, DC blokker en 50 ohm terminator op de scoop zit. Dit op advies van de app note.
De onderste trace is de stroom gemeten met een 10:1 prove op de multimeter aansluiting. Beter is waarschijnlijk met een differentieel probe direct over de weerstanden. Ga ik nog proberen. Spanning is 5mV/div , PSU’s stonden op 10V en de load trok 1A . Duty cycle stond op 100%. Beetje rare naam voor mensen gewend aan RF, want hier veranderd niet de periode maar de stroomuitsturing. Op minimum varieert hij een beetje rondom de ingestelde load, op 100% loopt hij van 3 tot 12V gate spanning. De multimeter in statische load stand geeft 10mV voor 100mA aan dus mV x 10 is stroom in mA. Dat klopt behoorlijk precies over de hele range.
De geteste voedingen zijn een lineaire PSM 2 x 30V / 2A met CV en CC mode maar niet kortsluitvast. De tweede is een 10A, 0-30V Delta die ik zelf heb omgebouwd zodat hij van buitenaf regelbaar in spanning en en stroombegrenzing. Het is een schakelende voeding. de derde is een Voltcraft lineaire labvoeding 1 x 0-40V en 5A . De derde een HP721A. 0-30V met begrenzing in stapjes. Kan max 300mA leveren. De laatste is een simpele Voltcraft 1,2-15V voeding zonder stroombegrenzing en goed voor 1,5A. Waarschijnlijk gewoon een LM317 ofzo.
Op de onderste trace zie je de stroom. Als de gate positief wordt gaat de FET open en dan zie je de stroom omhoog schieten. Na ongeveer 6 mS gaat de FET weer dicht en de stroom gaat terug naar 4mA wat de no-load bias is. Als je dan naar de spanning kijkt zie je de regel actie van de voeding. Bij het opkomen van de stroom zakt de spanning eerst in. Direct daarna begint de voeding de spanning weer tot het oude nivo te herstellen. Als de FET de FET de stroom weer plots afsluit duurt het even voor de voeding dat in de gaten heeft en schiet even omhoog tot de regellus de boel weer onder controle heeft.
De zelfde voeding maar nu met een driehoek modulatie. Hierbij heeft de voeding meer tijd om te regelen. De inwendige weerstand van de voeding is hier uit te berekenen. De spannings verandering gedeeld door de stroom verandering. Hier ongeveer 2,8 mOhm.
De stroom is 500mA per divisie.
De Delta, ook bij stootbelasting, 10V en 1A. Dat ziet er heel wat minder goed uit. (de Rigol heeft hier een ingeschakeld low pass filter anders was er niks van te maken. Dat ligt niet aan de opstelling want de 547 had daar geen last van. de eigen ruis op 5mV is gewoon hoog. De Delta is compleet de weg kwijt. Nu is deze voeding uitgerust met externe sens aansluitingen die ik op de multiconnector heb door verbonden. Misschien dat hij daar op vertrouwt. De spanning stort totaal in. schiet omhoog en dweilt naar zijn uitgangspunt. Bij wegvallen schiet hij omhoog mey ook wat oscillatie neigingen. Het is wel een schakelende voeding die eigenlijk niet regelbaar was.
Ook bij een driehoek modulatie is het niet echt super. Op zich ziet het er heftiger uit dan het is. Je praat over een rimpel van ongeveer 10mVtt.
De Voltcraft lab voeding. Eerst driehoek. Je ziet dat hij best netjes volgt
Dit is de Voltcraft bij stootbelasting. Hij reageert heftig maar herstelt weer erg snel.
Dit is een HP uit eind jaren 50. De eerste voeding met stroom begrenzing. Nog niet traploos maar in stappen. de stroom is maar 100mA waardoor het lijkt alsof de reacties veel heftiger zijn. De gele lijn is vergelijkbaar met de andere want hij stond ook op 10V. Hij hersteld erg snel maar slingert wel aardig uit.
Dit is de zelfde voeding maar nu met driehoek en zo belast dat hij net niet in stroom begrenzing gaat. Je ziet dat de stroom ook niet helemaal meer soepel verloopt. Hij loopt hier echt op zijn tenen. Let op 500mV/div. Als de stroom opkomt reageert hij gelijk heftig met een spanningspiek van 1 V, herstelt en volgt de stroom stijging weer . Als de stroom halverwege is begint de spanning langzaam te zakken totdat hij op zijn max is omdaarna weer omhoog te schieten.
Helaas een slechte foto. 10mV/div. Weer een driehoek maar nu bij 150mA. Dit is een keurig regel gedrag.
Bij een blok (10mV/div) heeft hij weer uitschieters door de snelle schakeltijd van de FETs maar hij komt snel terug en houdt het dan redelijk bij. Deze voeding is van voor het digitale tijdperk dus ook niet geoptimaliseerd voor stootbelasting .
Wat doet een voeding in constant current mode. De PSM staat hier net in het begin van CC. Daarbij gaat hij dus proberen de stroom constant te houden en niet meer de spanning. Dus als de load ineens heel hoog wordt dan vliegt de stroom omhoog. De voeding gooit gelijk zijn spanning omlaag. Dis geen uitschieters omhoog als tegen reactie. Dan probeert hij de stroom constant te houden. Deze loopt wat terug dus stuurt hij de spanning wat omhoog. Als de load ineens weg valt ketst de spanning omhoog om ede stroom weer bij te trekken. Lukt dat niet dan probeert hij de nieuwe stroom te stabiliseren.
Hier bij een driehoek. Als de stroom inzakt schiet de spanning omhoog. Hier is het 100mV/cm. Maar daarna lijkt hij het op te geven. Je ziet de spanning dalen terwijl de stroom zakt. Het zou kunnen dat hij ondanks dat het CC lampje niet uitging toch uit CC mode valt. Het probleem is dat hij bij deze test bij hogere uitsturing gaat staan schakelen.
De Delta dioe toen straks wat te kort stak is hier nu in zijn element. Hij krijgt het bijna voor elkaar om de stroom echt constant te houden. Het is geen driehoek meer en de spanning blijft daarbij bizar stabiel. De rimpel is ongeveer 50mV. Waarschijnlijk speelt hier mee dat het een schakelende voeding is.
Zelfs bij stoot belasting probeert hij de stroom te middelen en weer met een kleine spanning rimpel. Dat is best goed. Een hoge spannin piek in je schakeling, die al door een probleem in stroom begrenzing schiet kan niet altijd enorme pieken gebruiken.
De Voltcraft lab voeding Het lukt hem niet de stroom te stabiliseren maar doet daar wel boven modaal zijn best voor. Als de stroom stijgt gooit hij de spanning behoorlijk omlaag en als de load wegvalt gooi hij bliksemsnel de spanning omhoog. Op zich best een goede reactie denk ik voor een analoge voeding.
Ook bij driehoek modulatie doet hij zijn best. Er lijkt een fase verschil te zitten tussen stroom en spanning.
Dit is de simpele VC. Best netjes. Hier is mooi de Ri uit te rekenen 0,005/0.85=5,8mOhm.
Blokgolf modulatie. Voor zo’n simpel ding wat bijna vol belast wordt niet slecht. Dit is namelijk nog steeds 5mV/div.
De zelfde voeding maar nu helemaal uitgeknepen op maximale belasting. Nog steeds maar 15mV rimpel. Indrukwekkend. Geen over of under shoot. Zelfs nu volgt hij nog.
Als eerbetoon aan Williams ook deze test met zijn favoriete scoop herhaalt. Een Tek 547 met 1A4 plugin. De zelfde set up als voor de application notes.
Beetje bewogen maar geen filtering en toch een “strakke” lijn. De PSM maar nu vol in begrenzing geramd. Stroom varieert nog 100 mA dus nu doet hij het goed. Dit is namelijk 100mA/div ipv 500mA zoals bij de eerdere plaatjes.
Bij een gewone gematigde belasting van 600mA. Keurige spanningregeling. kleine 7mV piekjes. Hij staat hier op 500mA/div.
De PSM op zijn maximale belasting. Hij moet 2A kunnen leveren. De onderste trace is 1A/div. De spanning blijft redelijk stabiel voor een voeding op zijn teentjes. De blowewr sprong aan. (100mV/cm)
De delta bij 4A, ook 100mV/div en 1A/div. Geen rare uitschieters. Let op de scherpe trace zonder filters ect. De vraag is nu welke scoop maakt het mooier dan het is. De Rigol gaf veel ruis en ringing ondanks gelimiteerde BW en filter. De 547 niet.
Hier bij driehoek modulatie. De Fet schakelt super lineair. De Delta regelt lineair mee op die rare inzakking bij de stroomstijging na.
Bij 3A is het stukken beter. Die ene Ampere scheelt veel. 0,01 / 2,6 = 3,8 mOhm
Er kan nog meer mee maar dat komt in een apart verhaal omdat dit anders wat lang wordt. Denk aan condensator kwaliteit meten, AC trafo’s VA bepalen enz..