Auto Adaptive Shunt PSU

[savan]

Nebi bilo lose pokusati sa LM2576 ? Ja sam nesto pokusavao u TIna jer nisam uspeo naci drugi buck makro, u startu mi nije radio makro kako treba. Cisto da se odradi simulacija pa posle izabrati bolji buck

[Vlada021]

Kao što si verovatno pročitao ovde:
https://forum.yu3ma.net/thread-2234-post...#pid126934
referenca je sada serijska veza ultra-niskošumne crvene LED HLMP6000 i 1N4148, pri čemu se serijski otpornik R25/26 sa 22k menja na 3k9.

Ja sam modifikaciju izveo u obliku slova П, gde su diode u vertikalnim granama.
Polaritet reference je sada obrnut u odnosu na 4040!

Ima još par izmena:
R19/22 = 1k8
R20/R21 = 270 (ako hoćeš da ideš do izl. napona od 18V)
R15/R16/R17/R18 = 5R1
C26/C27 = 4,7uF, tantal dobrog kvaliteta

Između filtriranog i izlaznog napona potrebna je razlika od min. 6V.

To je verzija koju sam ispitao, odn. izmerio.

Hvala Braco, probaću da pronađem takve delove.

[Vlada021]

...samo razmišljam naglas..., kako bi utacala referenca ako je višeg napona nego sadašnjih 2-2,5V na buku u izlaznom naponu?, mislim na napone tipa 4-5 (možda 10)V?

[Dragan100]

...samo razmišljam naglas..., kako bi utacala referenca ako je višeg napona nego sadašnjih 2-2,5V na buku u izlaznom naponu?, mislim na napone tipa 4-5 (možda 10)V?

Lepo razmišljanje naglas...!

Opamp sa direktno svojim naponskim ulaznim šumom po DS
i indirektno sa produktom {impedance na (+) i (-) IN}  x {strujnim ulaznim šumom po DS}
onda još dodatkom sa term šumom impedanaca na (+) i (-) IN {karike u divideru i biasu reference}
pa naponski šum reference,
tvore skupa TOT naponski šum ulaza opampa.
I niže sa izlaznim šumom PSUja nečemo iči od tog TOT !
https://forum.yu3ma.net/attachment.php?aid=39968

----------------------------------

Dual opampom OPA1612 i vrlo tihom (UltraLOW) REFerencom {(LED HLMP6000)+ (2x1N4148)}
koju smo biasirali sa J113 JFET takodjer UltraLow noise 
onda dodatno filtrirali sa 1K+220uF do IN Opampa, to daje još dodtno nizku impedancu/freq,
a divider držimo na niskoj impedanciji za dostizanje cca 2,5...2,8V (toliko blizu može OPA1612 do IN-RAIL {(-V)+2V}, i sa nešto zalihe)
Skupa dobijamo tek malo ispod 1nV/sqrt(Hz) šuma, koji je izvanredno nizak!

To je ispitao/izmerio @Braca sada/nedavno sa izmedju nešto proba/prepravki/iteracija od originalne sheme i rezultatom:



gdje se vidi taj široki_BW šum ranga 1nV/sqrt(Hz)
To što iskaču razni harmonici od 50 i (možda)100Hz, to je prvenstveno od okoline,
onda nagib NF je prvenstveno od ulaza merne opreme (slični nagib vidimo i kod kratkospojenog ulaza merne oprame) + dodatno nagiba krive nap. šuma opampa po njegovom DS

Merenja i prepravke se još uvijek rade, kako se pak ima vremena, dopusti, rad, familija...
dosadašnji rezultati su več tako-i-tako vrhunski (vidi graf), ali bi još nešto isprobali
(Braca i Dragan100 tako kažu! ....da može ispod ili do 1nV/sqrt(Hz))
Sad smo oko -2dB =(20LOG(1,08nV/1,34nV)) tiši sa dva opampa,
a željeli bi dostiči teoretski do -3dB =(20LOG(0,95nV/1,34nV)) tiši izlaz!!!
:-)

zelena linija je jedan REG sa samo jednim opampom OPA1611(2) (1,34nV/sqrt(Hz)
crvena linija je REG sa dva paralelna opampa (sa nešto modifikovanom shemom oko lokalnih gainova) i prikazuje taj 1,0...1,1nV/sqrt(Hz) šum,
što je odprilike za skoro koren(2) manji šum od primene samo jednog opampa.
-predvidjeo sam, da je jedan dual opamp vrlo bliskog podjednakog ulaznog offseta oba interna opampa, ali nije tako!
Izmerio @Braca, razliku na izlazima dual opampa i više od par V!!!

Visok OLG opampa i taj več miniskulan razlićit ulazni offset, daju rezultat, da je jedan opamp dominantan, dok je drugi več na RAILu,
i tako uopšte ne radi, nema funkcije, zapravo ne pridonese ništa ka smanjenju tog ulaznog šuma, zapravo kao da ga nema!

Tu treba jedan mali dodatak, nešto malo uštimovanja, ništa strašno (sa DMM), ko hoče taj <1nV/sqrt(Hz) izlazni šum PSUja!!!
Malo se izgubi na PSRR, koji ostaje još uvijek vrhunsko visok!!!

Dopusti, vreme i volja, i bit če sve dokumentirano/prezentirano....
:-)

--------------------------------
Direktni odgovor @Vlada021 bi bio:
-imati niskošumnu REFerencu sa niskom impedancijom poželjnog napona 
-imati divider niske impedancije, znači blizu -RAIL ili +RAIL
-imati niskošuman opamp, pogotovo naponski šum, ako se imaju {impedance na (+) i (-) IN} vrlo niske, onda strujni šum nema toliko utjecaja!

[Vlada021]

Hvala Dragane.
...radim na nekom MM preampu pa otud i ta naglas razmišljanja... Ono što mi se ustvari motalo po glavi jeste Load Synthesiser koji na ovom preampu na ulazu urađjen zbog strujnog šuma. Sam sklop apsolutno nema nikakve veze sa ovom temom ali gledajući njega to je ustvari "veštački" otpornik... Dali bi se u nekom slučaju moglo po sličnom principu uraditi i referenca koja apsolutno ne utiče na rad sklopa?
Još jednom hvala Dragane na vremenu i trudu.
Ko me je razumeo svaka mu čast jer sad kad čitam šta sam napisao ni sam sebe ne razumem, ustvari ne znam da se izrazim.

[Dragan100]

Za postizanje još nižeg izlaznog šuma AAShunt PSUja potrebno je još dodatno tretirati divider pa i REFerencu na samim ulazima opampa. 
Teoretski sa dva opampa snizimo za -3dB naponski šum, što je za faktor 1/1,4142, za koren(2) manji!
Jasno ako je šum opampa taj dominantan, a drugi izvori šuma podosta manji, tako da je tih -3dB baš ....daleko!!!
:-)
Sa Single opampom je merni rezultat @Braca prototipa sa 1,35nV/sqrt(Hz) PSU izlaznog naponskog šuma,
sa Dual bi teoretski došli do 0,935nV/sqrt(Hz), što je -3dB tiše! Za sada izmerenih 1,08nV/sqrt(Hz)

Pošto imamo različit ulazni naponski offset dual opampa, 
ta mala razlika sa velikim OLG_DC daju i različit izlazni napon opampa, onda je jedan opamp dominantan, 
dok drugi ne radi ništa, pa ni ne pomaže kod smanjenja šuma, zapravo kao da je tu Single opamp,
zato tu moramo ugurati regulaciju pojačanja, i anulaciju različitih ulazni offseta_DC. 
Time i smanjimo nešto visoki OLG, kojeg OPA1611(2) ima po DS (taj je prvenstveno vrlo visok na NF, kasnije sa freq opada).
U jednoj inverting NFB opampa dual pakunge dodaje se trimmpot, kojim utrimujemo do mV DC_naponsku razliku izmedju oba izlaza dual opampa,
u shemi su to tačke TP1 i TP2 gdje prikačimo DMM i trimmpotom Zerro anuliramo razliku na što manju,
trimmpot može i ostati, a možemo ga i zamjeniti što bližom izmerenom vrednošču sa fiksnim otpornikom, pa se predvidi na PCBju oba.
Inverting NFB zatreba i otpornik pred samim ulazem opampa, koji mora biti što manji zbog svog dodatka term šuma, 
a i dovoljno velik, da možemo anulirati tu razliku izmedju ulaznih naponskih offseta dual opampa.

Divider za tracking izlaznog napona PSUja takodjer dodaje svoj term šum, što je niže impedance to je šum niži, 
a proporcionalno mu raste i bias nižom impedancom, time i term disipacija, što podigne temp i time i šum, 
pa i komponente su na nešto večem stresu! Trimmpot neče veču struju od nekih 15tak mA, niže bolje...
Tu treba odabrati neki optimum!

Optimum sam dobio sa oko 11,5mA za divider.

Da bi nam bio i BOM (upotrebljene vrednosti) što uniformniji, snizio sam iz 10R na 5R62 serijski otpornik sa 220uF kondom, 
njegov ESR je zapravo 100x manji pa nema utjecaja ako ga naravno držimo niskog sa odabirom konda!
Niže vrednosti otpornika u divideru i manja impedanca/freq RC daju nam i manju TOT impedancu/freq, time i manji šum,
razvidno iz gornje sheme.



Bias {LED+2D} postavio sam na oko 6mA, dodatno RC filtraciju sam nešto povečao, pridobijo sam i nešto na nižoj impedanciji/freq, i nešto manji šum.
Šum i Zout sam kod biasiranja {LED+2D} odradio sa JFETom 6mA i sa samo otpornikom 1K5 (6mA),
razlike uopšte nisam uočio, 
pa-ko-kako hoče biasirati REF, zapravo svejedno, RC kasnije odradi svoje!

U oba primera (dividera i REF) je tu prisutan i strujni ulazni šum opampa (oko 1,75pA/sqrt(Hz)) 
koji skupa sa prisutnom impedancom dodaju produkt (strujnog šuma*imped)=dodatni naponski šum
Nizak je jer je i impedanca niska.

Svi popravci za Dual opamp su razvidni iz sheme:


Ko je zadovoljan i izlaznim šumom Single opampa, koji je takodjer vrlo nizak!!!....evo sheme:


Razlike izmedju te dve variante razvidne su iz sheme: izlazni naponski šum, StartUP, PSRR i Zout impedanca
Kod Single opampa razvidan je bolji PSRR i Zout na nižim freq, gdje se ima OLG, a Dual opamp "limitirali" smo nešto sa NFB,
ali kasnij prema višim freq OLG opadne i tu su podjednaki.
Izlazni naponski šum je jasno kod Dual verzije niži!
Simulacijski dobivam 0,970nV/sqrt(Hz)!

AC ulaze, pa RCR Snubber i Gretz nisam crtao...

[Dragan100]

Možda če kod AAS sa Dual opampom nekome zasmetati to dodatno utrimovanje/Nulliranje razlike napona izmedju izlaza tih dviju opampa,
i če tako odustati od ovog SubNanoVolt šum PSUja,
tako da bi mogli upotrebiti kompozitni opamp sa diskretnim BJT ulazem umesto dual opampa sa još nižim izlaznim šumom PSUja!

Odabere se UltraLowNoise BJT ZTX851/951 koji imaju ranga 300pV/√Hz naponski šum.
{referentna merenja @Dick Kleijer , http://www.dicks-website.eu/low_noise_am...part3.html}






po kome sam i popravio macroe upotrebljenih BJTja, za šum/freq i 1/f koljeno šuma!

Differencialni ulaz sa dva BJTja ima tako za dodatnih x√2 = 1,4142x jači šum od gore navedenog, 390pV/√Hz koji je naravno još uvijek nizak,
tu imamo i šum dividera (nekih 310pV/√Hz) pa i šum reference sa RC členom (ovaj je skoro zanemariv 25pV/√Hz), njihovi grafovi su u predhodnom postu,
tako da skupa simulacijski dobivam rang naponskog šuma izlaza PSUja AAS oko 525...530pV/√Hz@1KHz, 
značajno u SubNanoVolt rajonu!!!
Kalkulacija šuma bi nam bila sledeča, tu su i produkti {strujnog šuma ulaza (BJT_be)*impedancija ulaza}: impedance ulaza imate u grafovima prijašnjeg posta
strujni šum ulaza BJT_be (baze->emiter bariere) je okvirno : in_s = √(2.q.Ib)  = √(2.q.Ic / hfe) = cca 2,7pA/√Hz @ {Ic=>3,4mA, hfe=>150}.

e_s [pV/√Hz]  = sqrt{390^2 + 310^2 + 25^2 + (2,7*0,7R)^2 + (2,7*5R5)^2}[pV/√Hz] = 500pV/√Hz@1KHz

što i nije daleko od dobijenog simulacijskog rezultata šuma @1KHz

Ostali podaci i grafovi u shemi:



Pridobilo se na OLG sa kompozitom što nam daje poboljšanje i u grafu PSRR, kao i kod grafa Zout, koji su direktno vezani na OLG/freq.

BJTji su u TO92E pakungi, mosfet možemo staviti takodjer TO92 VP2106 (ili sličan) jer se ne grije preterano,
opamp single nam može biti i koji drugi visokog OLGja, SR barem par V/usec, ...itd, DIL8, šum neka mu je ispod 10nV/sqrt(Hz)
pa se može na kraju sve odraditi sa TH!

PS:
C3 10nF je pogrešno ucrtan, trebao bi biti paralelan sa R23 1K5, popravim, pa ču poslije izmjeniti i shemu i .TSC file i obrisati ovaj P.S,
:-)

[Boban]

Ovo je brutalno!

[Vlada021]

Od jeftinijih op ampova bi tu moglo da se upotrebi OPA172 i OP184, jeste da nisu TH ali...
Koliko bi ustvari mogli opteretiti ovo napajanje a da ostane u "prihvatljivim" granicama? 😁

[Dragan100]

Ovo je brutalno!

Istina! SubNanoVolt noise PSU

Od jeftinijih op ampova bi tu moglo da se upotrebi OPA172 i OP184, jeste da nisu TH ali...
Koliko bi ustvari mogli opteretiti ovo napajanje a da ostane u "prihvatljivim" granicama? 😁

Opamp sa dodatnim differencialom ZTX851 (za NEG če biti ZTX951) sada nije toliko bitan!
Njegov veči OLG pridodat če na boljem PSRR i nižem Zout, a šum "odradi" taj differencial sam, 
na StartUP promena opampa ne utiče.

Odradio sam PSRR sa različitim jeftinim opampovima, imate graf u popravljenoj shemi (popravljen je C3),
pa se ga bira povoljnog cena/performanse

Šta se tiče opterečenja:
-ulazni R© treba prilagoditi, da nemamo prevelikog pada napona na R i time i term disipaciju
-u Return putanji R8//R9 je strujni limiter, kojemu podesimo željeni nivo aktivacije
- u Return putanji R10/R11 je dodatni pad napona, da može LM317/337 da radi pravilno i kod kratkog spoja, pa treba i njega dimenzionisati da se ima pad napona od 1,3V sa tom max strujom kratkog spoja
-dimenzionisanje adekvatnog hladnjaka za LM317/337

i to bi bilo to!

[savan]

Dragane dali si probao neki od TI spice makroa za buck da probas umesto LM317 ? Ja sam nesto davno pokusavao ali spice model nije nesto kao treba.

[Braca]

Ja sam jedan deo merenja na pozitivnom prototipu izvršio sa LT1085 umesto LM317, negativnih LDO nemam u "magacinu".
Rezultati su bili isti kao sa LM317, ali je zagrevanje bilo znatno manje - pri opterećenju od 100mA sve je išlo bez hladnjaka.
Naravno, pad napona na LT1085 je bio po njegovom DS-u.

[savan]

Bilo bi zanimljivo videti kako bi se ponasao buck regulator u kombinaciji sa shuntom, pokusao sam sa LM2576_TRANS.lib ali nesto nije u redu kada se konvertuje u Tina makro.

[Dragan100]

Bilo bi zanimljivo videti kako bi se ponasao buck regulator u kombinaciji sa shuntom, pokusao sam sa LM2576_TRANS.lib ali nesto nije u redu kada se konvertuje u Tina makro.

Za takvu simulaciju zatreba se puno PC resoursa, 
-Buck treba da se digne u StartUpu, 
-u medjuvremenu mu več strujni limiter diktira taj StartUP inače bi Buck u par desetaka milisec odradio to, 
-ali limitira ga onda kad počinje regulaciju i AAS loop
Tako da ako se nadje povoljan Buck macro i sa dobrim PCjem moglo bi se čak i odraditi.
Možda probati sa LTspice jer za njega se ima puno SMPS simulacija.

Evo nekih Buck LTspice simulacija:
https://forum.yu3ma.net/thread-1484-post...l#pid67752
https://forum.yu3ma.net/thread-1463-post...l#pid67313

Izlaz Bucka se postavlja na nekih 14VDC, 
dodaje se mu AAS sada bez LM317,
oko omampa ostaje sve isto, izlazni napon AAS neka je 12VDC
NFB iz shunt otpornika i BJT aktivatora sada ide na FB pin Bucka, to mu je kao Tracking  i smanjivat če izlaz Bucka kao kod LM317,
da ima shunt tu zadatu struju 25mA nezavisno od izlazne potrošnje sve do strujnog limita!
Strujni limiter staviti po želji/opcija.

PS:
moja greška!
Shunt otpornik mora biti sada do POS out, onda je BJT aktivator PNP tipa i šalje do FB pina viši napon, tako Buck smanjuje onda svoj izlaz

[savan]

Hvala Dragane, probam ja to kad uhvatim vremena

[Dragan100]

Hvala Dragane, probam ja to kad uhvatim vremena

Nemam u blizini sade PC sa LTspice, možda probam ja sutra...

[Braca]

Možda će biti od koristi rezultat merenja na izlazu iz pozitivnog AAS (SMD verzija) pri napajanju iz kineskog 15-voltnog SMPS-a sa TPS65131.
Direktno merenje osciloskopom jer bi LNA zbog užeg frekventnog opsega (300kHz) ove frekvencije potisnuo.

Biće interesantno videti šta će simulacija sa LM2576 pokazati.

[savan]

Uh tu neka od izlaznih komponenti pravi oscilaciju na fb? Izgleda mi kao kod J.D. regulatora kad sam postavio fb na post kalem pa dobio ovako nesto slicno dok nisam stavio fb pre kalema.

[Vlada021]

Ja sam uradio izmene po @Braca predlozima na staroj šemi,jedino što nisam imao je HLMP6000 i tantal 4u7,stavio sam 3mm narandžastu led i 10uF Nichicon... Ledove sam uparivao kao i 1N4148 a usput i kondove,referenca je 2,463V stabilna. OpAmp je TLE2141, opterećenje od 80mA, obe grane aktivne.
Do 90% napona (15.4V) za 1.33s, 100% napona (17.1V) 2.2s.
Ne verujem da znam kako da naštelujem FFT (tu bi mi trebala pomoć) mada moj osciloskop ne ide ispod 500uV, ali evo sličica.

Na pozitivnom se vide pikovi ali ne i na negativnom,razlika je što je referenca napozitivnoj strani Ulaz-1N4148-led-GND , na negativnoj strani Ulaz-led-1N4148-GND.

Pozitivna

Negativna


Kada sam promenio na pozitivnom da na ulaz Opampa ide led - dobio sam ovo:

[attachment=41048]Pozitivna posle izmene redosleda Led/1N4148

[attachment=41049]Negativna posle izmene  redosleda Led/1N4148


Dali je neko primetio ovakve pojave promenom redosleda elemenata?

P.S. Mislim da FFT prikazuje više okolnu buku nego što je AAS.
P.P.S. Led rasveta je bila uključena prilikom merenja...

[Braca]

Vlado, ne moze se sum tog regulatora izmeriti osciloskopom cak ne ni dobrim ADC-om kao sto je Cosmos.
Neophodan je LNA sa bar 40dB pojacanja, pisali smo o ttome u jednoj drugoj temi.