Analogni ESR/Z metar

Instrumenti

Moderators: stojke369, pedja089, [eDo], trax

Re: Analogni ESR/Z metar

Postby sashko » 16-10-2014, 23:35

ovaj je slican ko sto prodaje proka sa tri led diode,postoji li sema za to?
sashko
 
Posts: 370
Joined: 29-03-2010, 13:56
Location: GRAD EXITA

Re: Re: Analogni ESR/Z metar


Re: Analogni ESR/Z metar

Postby bogoljub » 17-10-2014, 21:47

Za šemu moraš Proku da pitaš a kaže da je nedaje već samo prodaje gotove uređaje.A ako hoćeš da praviš onaj sa dva LM324 evo ti link da skineš časopis Radio HRS 2004 broj 2 tamo ima članak o ESR metru a ako ti treba nacrt pločice javi se na PP
http://www.hamradio.hr/index.php?option ... Itemid=573
bogoljub
 
Posts: 28
Joined: 05-02-2006, 23:49

Re: Analogni ESR/Z metar

Postby morski_pas » 17-10-2014, 22:53

htio sam raditi ovaj ESR al neznam di da nabavim ovaj K157DA :(
Image
Image
http://radio-hobby.org/modules/news/article.php?storyid=1039
User avatar
morski_pas
 
Posts: 637
Joined: 07-03-2011, 23:58
Location: Rijeka

Re: Analogni ESR/Z metar

Postby bogoljub » 17-10-2014, 23:05

Samo u Rusiji možeš nabaviti taj IC interesantan esr.
bogoljub
 
Posts: 28
Joined: 05-02-2006, 23:49

Re: Analogni ESR/Z metar

Postby bogoljub » 17-10-2014, 23:18

Nije ni skup 7,2 rublje ali kako do nas?
bogoljub
 
Posts: 28
Joined: 05-02-2006, 23:49

Re: Analogni ESR/Z metar

Postby sashko » 18-10-2014, 00:22

mozda lm348 ili nesto slico ,dual op

sad nadjoh
K157DA1 contains two OP AMP (gain 7 ... 10) and two high-precision full-wave rectifier, K157DA1 no analogues.

Operating voltage: ± 15V, Operating Current 1.6mA, Output voltage +9V, DIP14 package

K157DA1 developed in Russia specifically for stereo VU-meter.
sashko
 
Posts: 370
Joined: 29-03-2010, 13:56
Location: GRAD EXITA

Re: Analogni ESR/Z metar

Postby LAF » 18-10-2014, 01:26

Narode, dopustimo da @elektor zavrsi zapoceto izlaganje pa onda dajmo komentare i sta se jos moglo uraditi.
Hvala.-

pOz
LAF
 
Posts: 1216
Joined: 19-07-2011, 14:42
Location: Sarajevo

Re: Analogni ESR/Z metar

Postby Fizicarzauvek1997 » 24-10-2014, 01:12

Da li moze neko da pi pokaze kako da nadjem u kolu ekvivalentnu otpornost...Postavicu sliku...
Fizicarzauvek1997
 
Posts: 1
Joined: 24-10-2014, 01:09

Re: Analogni ESR/Z metar

Postby alexa_pg » 05-11-2014, 23:10

Sta bi sa ovim izlaganjem?
Alexa
alexa_pg
 
Posts: 1204
Joined: 11-03-2005, 22:21
Location: Podgorica

Re: Analogni ESR/Z metar

Postby elektor » 06-11-2014, 14:44

Isprike na čekanju, upao sam bio malo u gužvu s faksom.
Imam jedan post napola gotov, do vikenda ga sigurn objavljujem. A za vikend možda još jedan...
User avatar
elektor
 
Posts: 1588
Joined: 14-10-2008, 20:40
Location: Hrvatska, Rijeka

Re: Re: Analogni ESR/Z metar


Re: Analogni ESR/Z metar

Postby bogoljub » 06-11-2014, 21:44

Mi nigde nežurimo a i svako od nas ima bar jedan esr meter tako da oni koji budu hteli da prave nov po tvom projektu mogu i da sačekaju.
bogoljub
 
Posts: 28
Joined: 05-02-2006, 23:49

Re: Analogni ESR/Z metar

Postby elektor » 08-11-2014, 14:43

Sad kada znamo dovoljno "dosadne" teorije možemo krenuti na zanimljiviji dio.
Prvi korak pri projektiranju bilo čega je određivanje osnovnih specifikacija/karakteristika uređaja.

Osnovne specifikacije u ovom su slučaju:
- Analogna skala. Kineski analogni multimetar kao kućište uređaja i galvanometar (1000 Ohms, 130uA)
- Skala od 0 do 20 oma (ipedancija at 100kHz). True ESR mjerenje nije potrebno
- Osnovna zaštita protiv napunjenih kondenzatora
- Mogućnost mjerenja u krugu (testni signal oko 100mVpp)
- Napajanje iz jedne Li-Ion baterije, ili iz adaptera/USBa. Integrirani punja baterije i power switching sklop.
- Indikacija prazne baterije
- Dizajn većinom SMD kako bi sklop mogao stati u kućište multimetra.

Danas ću govoriti samo o projektiranju i simuliranju mjernog djela sklopa. O napajanju u sljedećem postu. Za simulaciju će se koristiti LTspice.
Shemu ću podjeliti u funkcionalne cjeline koje ćemo zatim posebno obraditi.

Image
http://www.mediafire.com/convkey/f8a2/d ... hvb5fg.jpg

GENERIRANJE TESTNOG SIGNALA

U prošlom postu sam pričao o CC i CV načinu mjerenja. Ja sam se odlučio za CV opciju što zbog nekih prednosti, opisanih u prošlom postu i odličnom PDFu koji je taggao LAF, a što zbog jednostavne generacije. Vjerujem da svaki forumaš zna bar 2 načina za generiranje pravokutnog signala.
Kako će u sklopu biti nužno koristiti pojačalo, odlučio sam se koristiti generator pravokutnog napona s operacijskim pojačalom.

Iz sheme vidimo da sklop ima dvije povratne veze. Pozitivnu s dva otpornika i negativnu s RC članom. Ovaj sklop djeluje kao komparator s dva kvazistabilna stanja.
Za opis načina rada ćemo pretpostaviti da se na izlazu nalazi pozitivni napon napajanja, te da je kondenzator prazan.
Na neinvertirajućem ulazu će se nalaziti referentni napon koji se dobije pomoću djelitelja napona koji se nalazi u pozitivnoj povratnoj vezi.
Kondenzator će se početi puniti preko otpornika R3. Kada napon na invetirajućem ulazu, tj. napon na kondenzatoru dosegne vijednost referentnog napona na neinvertirajućem ulazu dolazi po promjene stanja i na izlazu se sada nalazi pozitivni napon napajanja.
Vrijednost referentnog napona se mjenja, te s kondenzator prvo počinje prazniti, a zatim i nabijati naponom na izlazu.
Do promjene stanja će doći kada napon na kondenzatoru opet dosegne razinu referentnog napona.

Možemo primjetiti da frekvencija generiranog napona ovisi o referentnom naponu (ovisi o vrijednostima otpornika R1 i R2), te o brzini nabijanja kondenzatora, tj. vremenskoj konstanti koju određuju C1 i R3.
Frekvencija se računa putem formule: f= 1/(2*R3*C*ln((2*R1/R2)+1))
Za odabrane vrijednosti elemenata teorijska frekvencija je oko 110kHz, u praksi iznosi 95kHz. Za namještanje tne frekvencije se može dodati trimer otpornik.
Također možemo primjetiti da je napon na izlazu pozitivan ili negativan napon napajanja, te nam je potrebno rail to rail operacijsko pojačalo.

PRILAGODBA RAZINE NAPONA

U prošlim postovima smo doznali da nam za "in circuit" način rada treba testni napon koji neće uključivati poluvodiče. Generirani napon je 5Vpp te ga je potrebno smanjiti.

Logičan način za smanjivanje amplitude napona jest korištenje transformatora, naravno zbog visoke frekvencije mora biti riječ o transformatoru za switching napajanja s feritnom jezgrom. Problem je mala vjerovatnost da bi pronašli transformator odgovarajućeg prijenosnog omjera, tako da bi prematanje vjerovatno bilo nužno. Drugi problem su velike dimenzije koje bi onemogućile da se sklop smjesti u kućiše instrumenta. Zbog navedenih nedostataka morao sam odustati od ove metode.

Drugi način pomoću kojega je moguće smanjiti napon jest korištenje naponskog djelila s dva otpornika (R11, R12). Omjer dijeljnja je proračunat na cca.50 puta što će nam na izlazu dati napon od cca. 100mVpp. Ovo funkcionira samo kada djelilo napona nije opterećeno, tj. struja ne "izlazi" iz djelila. Stoga sam morao dodati naponsko sljedilo u vidu operacijskog pojačala. Kao što svi znamo ulazna impedancija operacijskog pojačala je veoma velika, a izlazna mala.
Potrebno je odabrati operacijsko pojačalo koje može dati dovoljno struje na izlazu.

ZAŠITA OD NAPUNJENIH KONDENZATORA

Oko zaštite nisam previše fantazirao već sam koristio praktički klasični sklop koji se koristi kod zaštičenih ESR metara.
Opornik R6 služi kao bleeder otpornk preko kojega se prazni kondenzator koji se testira. Korišten je 1Mohm otpornik snage 0,5W koji može podnijeti visoke napone.
C3 služi kao DC izolacija, radni napon ovog kondenzatora mora biti veći od najvećeg radnog napona kondenzatora na testu. Odabran je kondenzator klase X2.
Antiparalelne diode su "zadnja linija obrane", te neće provesti zbog niskog testnog napona. Služe za umanjivanje efekta prijelaznih pojava
Mogu poslužiti i za pražnjenje testnog kondenzatora u slučaju da C3 strada čineći kratki spoj (što se ne bi trebalo dogotidi), ali samo u slučaju da se u njemu nalazi mala količina energije.

MJERENJE STRUJE I PRIKAZ NA SKALI

R7 je shunt otpornik na kojem se mjeri struja. Izmjereni signal se pojačava invertirajućim pojačalom, pojačanje 15.
Signal se ispravlja Shockleyevim diodama. Osim ispravljanja služe i za stvaranje nelinearnosti (zbog UI karakteristike) mjerenja što nam omogućuje detaljniji prikaz malih vrijednosti otpora/ESRa.
Kondenzatorom C4 se smiruju oscilacije igle galvanometra.
R8 i R9 ograničavaju struju kroz galvanometar. R8 je trimer kojim se namješta nula na skali.
R10 predstavlja galvanometar.

EDIT: Za prikaz cijele sheme desi klik, pa view image. Probam sredit veličinu pa uploadam opet...
User avatar
elektor
 
Posts: 1588
Joined: 14-10-2008, 20:40
Location: Hrvatska, Rijeka

Re: Analogni ESR/Z metar

Postby elektor » 22-11-2014, 10:58

Nakon što imamo ideju kako se sklop treba ponašati to valjda potvrditi simulacijom.
Na žalost nisam usbio srediti da slike direktno budu u postu, pa će morati ići linkovi.

Napon na izlazu iz oscilatora:
http://www.mediafire.com/view/bwvrzfibj ... OscOut.png
Na slici se može vidjeti jedan detalj koji sam vam namjerno prešutipri objašnjavanju rada oscilatora. Iz valnog oblika se vidi da je prva poluperioda duplo kraća od ostalih. Razlog tomu je što je kod prve poluperiode nakon uključivanja sklopa napon na kondenzatoru oscilatora 0, te se on samo mora nabiti na jedan od napona na napona napajanja. U svim ostalim se slučajevima napon mjenja u kompletnom opsegu napona napajanja pa i nabijanje/izbijanje traje duplo duže

Napon na izlazu naponskog sljedila:
http://www.mediafire.com/view/mrc3bw2tk ... uffOut.png
Vidimo da smo uspjeli atenuirati signal na željenu vrijednost, operacijsko je pojaalo također stvorilo malo nadvišenje na bridovima signala. Ovo je signal kojim se testira kondenzator.

Struja kroz shunt otpornik:
http://www.mediafire.com/view/z6j65iv48 ... ShuntI.png
ESR je u simulaciji predstavljen otpornikom ESR, te mu se vrijednost mijenja prema listi. Točna korištena naredba se može vidjeti na shemi. U valnom je obliku struja za svaku vrijednost otpora označena drugom bojom. Vidimo da smo dobili očekivani valni oblik struje pri punjenju kondenzatora. Također vidimo i da se struja smanjuje povećanjem otpora što je također logično.

Znamo da struju mjerimo na shunt otporniku te da joj se vrijednost zatim povećava pojačalom. Na sljedećoj slici je prikazan valni oblik napona na izlazu iz pojačala:
http://www.mediafire.com/view/4x78rbf49 ... AmpOut.png
Očekivali smo identični signal (samo okrenut u fazi zbog invertirajućeg pojačala) koji je pojačan. Iz valnog oblika vidimo da je pojačalo u određenoj mjeri izobličilo signal, ali on i dalje (vrijednost napona) linearno ovisi o struji.

Na sljedećoj je slici prikazana struja kroz galvanometar i ona je linearna otklonu galvanometra:
http://www.mediafire.com/view/20c1z37t17al2c5/Out.png
Vidimo da otklon ovisi o vrijednosti ESRa/impedancije, te da valovitost napona nije velika što nam je bitno za lako očitanje (nema oscijalija kazaljke)

LTspice može prikazati bilo koju veličinu u ovisnosti o promjenjivom parametru simulacije (u našem slučaju ESR). Tu mogućnost sam iskoristio za prikaz srednje vrijednosti struje kroz galvanometar (jednaka je otklonu kazaljke) u ovisnosti o ESRu/impedanciji.
Zapravo ćemo dobiti prijenosnu karakteristiku sustava. Iz grafa je vidljiva poželjnja nelinearnost nastala zbog utjecaja U-I karakteristike diode.
http://www.mediafire.com/view/109ejpsblferntp/ESR.png
User avatar
elektor
 
Posts: 1588
Joined: 14-10-2008, 20:40
Location: Hrvatska, Rijeka

Re: Analogni ESR/Z metar

Postby Maki » 22-11-2014, 14:06

Evo ulovio sam malo vremena i pročitao što si napisao, svaka čast lijepo pojašnjeno !
Moram priznat, zainteresirao si me za gradnju ESR-a.
Maki
 
Posts: 763
Joined: 02-07-2012, 12:54

Re: Analogni ESR/Z metar

Postby alexa_pg » 22-11-2014, 20:25

Jesi li probao sa drugim tipom IC i kakvi su rezultati?
Alexa
alexa_pg
 
Posts: 1204
Joined: 11-03-2005, 22:21
Location: Podgorica

Re: Analogni ESR/Z metar

Postby elektor » 22-11-2014, 21:14

Što se operacijskog pojačala tiče osnovne parametre sam znao kakvi trebaju biti, a za ostalo sam gledao da bude što kvalitetnije. Sve u svemu je vjerovatno overkill.
LTC6244 je stvarno moćni OP, praktički instrumentacijski. Iako nije jeftin s obzirom na klasične OP nisam uspio naći jeftniji OP s sličnim karakteristikama. Tako da je vjerovatno najjeftiniji u klasi.
Slabije OP nisam pokušavao, tako da ne mogu reći. Išao sam na sigurno (pošto su djelovi naručivani iz Farnella), te s ovim dobio sve (Rail-To-Rail, visoki slew rate, low voltage i low noise).
Koliko bi se sklop gore ponašao s slabijim pojačalom, teško je reći. Vjerovatno ne puno gore. Bitno je da je pojačalo rail to rail tipa.
S povećanjem slew ratea imamo bolji pravokutni napon, ali se kvari i frekvencijski spektar signala (viši harmonici pa je dignal sve dalje od "sinusa" s frekvencijske strane). Visoki slew rate u simulaciji smanji nadvišenje atenuiranog signala na izlazu iz naponskog sljedila. Tako da je to sve igra što će više utjecati na rad sklopa...
User avatar
elektor
 
Posts: 1588
Joined: 14-10-2008, 20:40
Location: Hrvatska, Rijeka

Re: Analogni ESR/Z metar

Postby LAF » 23-11-2014, 00:15

U stvarnoj situaciji, tamo gdje je potreban izrazito nizak ESR, na kondenzator dolazi signal koji niti je
sinus, niti je cetvrtka. U SMPS pretvaracima izuzev rezonantnih, na elektrolite dolaze razne
"karakondzule" od impulsa, sa veoma strmom napadnom ivicom i raznim "repovima".-

U jednoj studiji koju je radio jedan poznanik sa instrumentima koji kostaju ko dobar stan,
mjerenjem svih parametara kondenzatora pri raznim frekvencijama dosao je do rezultata
da kondenzatori deklarisani kao LOW ESR najmanji ESR imaju izmedju 60 i 80 kHz, iako je
tzv "industrijski standard" taj parametar deklarisao na 100 kHz.-

Kod ovih tzv analognih ESR metara, bitna je stabilnost i velicina mjerenog napona koji dolazi na
mjereni kondenzator. Napon koji dolazi na mjereni kondenzator treba biti dosta nizak, nizi od PN ili NP
barijere da se moze kondenzator mjeriti bez skidanja sa ploce. Uobicajeni napon je 100 do 250 mV i
frekvencije od 60 kHz pa navise, cak do 360 kHz kod nekih.

Prvi ESR koji sam davno izradio imao je napon od svega 10mV na kondenzatoru i frekvenciju 100kHz.
Prije godinu dvije drugaru sam uradio ovaj na forumu objavljeni sa 74HC14 i zadovoljan je istim.
Radom se stice rutina i zacas se defektuje neispravan (osusen) elektrolit. Treba imati instrument i
koristiti ga.-

pOz
LAF
 
Posts: 1216
Joined: 19-07-2011, 14:42
Location: Sarajevo

Re: Analogni ESR/Z metar

Postby alexa_pg » 09-12-2014, 12:05

elektor wrote:...O napajanju u sljedećem postu...

Cekamo nastavak.
Alexa
alexa_pg
 
Posts: 1204
Joined: 11-03-2005, 22:21
Location: Podgorica

Re: Analogni ESR/Z metar

Postby elektor » 13-12-2014, 16:10

Moram vam priznati da sam malo "varao" pri izradi ovog projekta. Na početku nije sve bilo "tabula rasa", već sam znao s čime ću riješiti punjenje baterije.
Zapravo, samo sam čekao projekt u kojemu mogu iskoristiti zanimljivi IC koji sam pronašao. Proizvodi ga Microchip i krije se pod oznakom MCP73871.
Riječ je o kompletnom charge management i load sharing rješenju u jednom ICu. Omogućuje pravilno punjenje (CC/CV) Li-Ion/Po baterija, uz nadzor temperature i pokazivanje statusa punjenja, iz adaptera ili USB porta. Za USB port postoji mogućnost odabira ograničenja struje kako bi uređaj bio USB kompatibilan. Osim toga ako postoji eksterno napajanje automatski prebacuje napajanje uređaja s eksternog izvora. Na taj način omogućuje rad sklopa sa skroz praznom baterijom, te produljuje vijek baterije zbog manjeg broja ciklusa punjenja/pražnjenja.
Ima i signalizaciju prazne baterije, ali je malo čudno implemetirana i nisam ju još bio u mogućnosti testirati.
Uz sve navedene funkcije nije na odmet spomenuti da mu ni cijena nije velika, oko 2€/kom za male količine.
No kako to inače ide u životu, uvijek mora postojati neka zamka. Ovdje je to nezgodno kućište u kojem navedeni IC dolazi. Riječ je o 20 pinskom QFN kućištu čije su dimenzije svega 4x4mm.
Kao što već možete zaključiti MCP73871 će biti glavna "zvijezda" današnjeg posta.
Baterija koju sam koristio je Li-Ion 18650 baterija kapaciteta 2200mAh s ugrađenim NTC otpornikom za mjerenje temperature.

Sve o čemu u danas pričati se može naći u datasheetu: http://ww1.microchip.com/downloads/en/D ... 02090C.pdf
Raspored pinova je vidljiv na sljedećoj slici.
Image

Na IN se logično spaja eksterno napajanje, OUT se spaja na ostatak sklopa, dok se baterija spaja na Vbat. Na Vbat_sense se mjeri napon baterije te se on također spaja na bateriju.

CE je charge enable ulaz te je na njega potrebno dovesti logičku 1 (IN) da bi opcija punjenja bila uključena.

Sa SEL ulazom se odabire vrsta eksternog napajanja. S 1 na ulazu označava se napajanje iz adaptera (dozvoljava se max struja), a s 0 napajanje putem USB porta.

Programskim ulazom PROG2 odabire se ograničenje struje kod napajanja iz USB porta, ukoliko je SEL na 1 (napajanje iz eksternog adaptera) dozvoljena je max. struja bez obzira na stanje PROG2. Logičkom nulom se ograničenje postavlja na tzv. one unit load current (100mA), a logičkom jedinicom na five unit load current (500mA) što su USB standardi.

VPCC ulaz "osjeća" preveliki pad ulaznog napona (uslijed prevelike struje) te smanjuje struju punjenja baterije dok se napon na vrati u granice tolerancije. Ukoliko izvor ne može dati dovoljno struje potrebne sklopu ostatak struje će dati baterija.
Način na koji radi navedeni ulaz je usporedba napona na pinu s unutarnjim referentnim naponom od 1,23V. Kada napon na ulazu padne ispod vrijednosti referentnog napona zaključuje se da je ulazni napon prenizak, te se struja počinje smanjivati.
Funkcija se realizira pomoću naponskog djelitelja.
Za ukupnu (ulaznu) vrijednost djelitelja se odabere minimalni dozvoljeni napon napajanja, a djelitelj se proračuna tako da mu izlaz bude jednak referentnom naponu. Tako će za svaki ulazni napon manji od dozvoljenog na izlazu djelitelja biti napon manji od referentnog, te će nastupiti ograničavanje struje.
Ukoliko se ova funkcija ne želi koristiti VPCC ulaz se treba spojiti na IN.
Kod mene je za granični napon proračunato 5V, pošto adapter koji sam koristio daje 5,5V kada je neopterećen! Oni koji se odluče za izradu ovoga sklopa će možda trebati preračunati vrijednost navedenog napona da odgovara korištenom adapteru. To je najbolje izvesti tako da se adapter koji će se koristiti optereti na njegovu max. snagu, te izmjeri njegov izlazni napon. Tada po tom naponu valja proračunati djelilo napona koje se spaja na VPCC ulaz.

Na THERM ulaz se spaja NTC otpornik od 10k koji je gotovo standardan za mjerenje temperature u baterijama. Sklop kontinuirano motri temperaturu baterije. Kada se očita prevelika temperatura punjenje prestaje sve dok se temperatura ne vrati u normalu.
Ukoliko mjerenje temperature nije potrebno između THERM ulaza i mase je potrebno spojiti otpornik od 10k.

Ulazom PROG1 se određuje maksimalna dozvoljena struja punjenja postavljanjem otpornika između PROG1 i mase. Vrijednost otpornika se računa pomoću formule I=1000[V]/R pri čemu je vrijednost struje u miliamperima, a vrijednost otpora u kiloomima.
Za moju bateriju je određena max. kontinuirana struja punjenja od 1A, tako da sam koristio otpornik od 1k.

S PROG3 ulazom se određuje struja pri kojoj se punjenje završava. Vrijednost te struje se također postavlja pomoću otpornika između pina i mase. Te se za proračuavanje otpornika/struje koristi ista formula kao i za max. struju punjenja. U ovom je slučaju struja prekida punjenja postavljena na cca. 13mA pomoću otpornika od 75k.

Ulaz *TE je još jedna sigurnosna stavka ovoga sklopa. Postavljanjem logičke nule na navedeni ulaz aktivira se sigurnosni tajmer. Ukoliko je tajmer aktiviran mjeriti će se vrijeme od početka punjenja baterije. Ako se baterija ne napuni do tvornički definirane vrijednosti tajmera (4, 6 ili 8 sati) predpostavlja se da postoji greška ili kvar te se punjenje zaustavlja.
Resetiranje tajmera se vrši odspajanjem i ponovnim spajanjem baterije, bez toga punjenje nije moguće nastaviti.

*PG, STAT2, STAT1/*LBO su open-drain statusni izlazi na koje se mogu spojiti ledice ili mogu biti spojeni na mikrokontroler. O njima neću previše. Najbitnije je vidljivo iz tablice 5-1 u datasheetu.

U datasheetu nisu navedena minimalna ograničenja ESRa decoupling kondenzatora stoga su na svim izlazima korišteni keramički decoupling kondenzatori.
Pull-up/down otpornici na programskim ulazima se ne spominju u datasheetu, te nisu korišteni u dostupnoj microchipovoj shemi stoga očito nisu potrebni, tako da nisu ni stavljeni.

Gotova shema djela sklopa za punjenje baterije je prikazana na slijedećoj slici:
Image
Desi klik, view za punu sliku!
Samo jedna napomena na ovom komadiću sheme nije prikazan ulazni decoupling kondenzator. Riječ je o identičnom kondenzatoru kakav je korišten na BAT i izlaznim terminalima
User avatar
elektor
 
Posts: 1588
Joined: 14-10-2008, 20:40
Location: Hrvatska, Rijeka

Re: Analogni ESR/Z metar

Postby elektor » 19-12-2014, 14:32

U prošlom smo postu rješili problem vezan uz punjenje baterije. Međutim MCP u sebi nema nikakav regulatora napona tako da se napon na njegovom izlazu može kretati od cca. 5 do 2,8V. Gdje je 5V napon adaptera, a 2,8V napon gotovo prazne baterije. Nadalje, iz sheme mjernog sklopa se vidi da nam je potrebno simetrično napajanje. Danas ćemo rješiti izradu simetričnog napajanja i stabilizaciju napona, te praktički završiti priču vezanu za napajanje.

GENERIRANJE NEGATIVNE GRANE NAPAJANJA

Najjednostavnije rješenje problema simetričnog napajanja je korištenje virtualne mase kojom stvaramo novu referentu točku na vrijednosti polovice napona napajanja. U ovom slučaju zbog preniskog napona napajanja ne možemo primjeniti ovu metodu.
Sve druge metode uključuju povečanje ili invertiranje napona, što automatski znači upotrebu switching regulatora. Switching regulatori i analogni sklopovi (pogotovo oni s malim amplitudama signala) se, nažalost, i ne slažu baš najbolje. Stoga se odmah javlja problem filtracije "prljavog" napona na izlazu iz switching regulatora.
Ja sam se odlučio za korištenje "charge pump" invertera napona pošto se na taj način isključuje potreba za prigušnicom koja, osim što je dobar generator elektromagnetskih smetnji, ima i puno veće dimenzije od kondenzatora pa bi smještaj na pločicu bio problematičan.

Na kraju je za inverter napona odabran TPS60403.
Datasheet: http://www.ti.com/lit/ds/slvs324b/slvs324b.pdf
Jedan od razloga zašto sam se odlučio za ovaj IC je veoma visoka prekidačka frekvencije (250kHz) koja dodatno pridonosi budućoj filtraciji. Što je frekvencija veća napon na izlazu je "čišći" ali su i sklopni gubici veći.
ICu su potrebne samo tri dodatne eksterne komponente, dva decoupling kondenzatora i flying kondenzator koji služi kao spremnik energije, te mijenja prigšnicu. Za sva tri elementa su korišteni keramički kondenzatori kako bi ESR bio što manji, a tako i karakteristike sklopa bolje. IC nije osjetljiv na nizak ESR.
Korišteni su kondenzatori od 1uF, koji su min. preporučeni za max. izlaznu struju. Kako je stvarna struja puno manja od maksimalne ove vrijednosti kondenzatora bi trebale biti sasvim dovoljne.

REGULACIJA/STABILIZACIJA NAPONA

Kako je TPS60403 neregulirani inverter potreban je stabilizator i u negativnoj grani napajanja. Da bi se dobilo što bolje iskorištenje kapaciteta baterije potrebno je koristiti LDO regulator kako bi napon na izlazu bio točan bez obzira na pad napona na bateriji.
Texas Instruments je i ovaj put pobijedio te su odabrani TPS79325 kao pozitivni 2,5V regulator i TPS72325 kao negativni 2,5V regulator.
TPS79325-> http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps79325.pdf
TPS72325-> http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps72325.pdf
Oba imaju pad napona od samo 200mV što omogućuje potpuno iskorištenje kapaciteta baterije. Odmah ću vas pripremiti da su negativni LDO regulatori s ovako niskim padom napona poprilično skupi, pa TPS72325 košta skoro 20kn.

Oba regulatora imaju EN (enable) ulaz. Ako je EN postavljen na masu, većina sklopova u regulatoru neće imati napajanje i on će vući veoma malu struju što pridonosi trajanju baterije. EN je kod pozitivnog regulatora aktivan ako je spojen na pozitivni napon, a kod negativnog napon na EN ulazu može biti i pozitivan i negativan da bi on bio aktivan.
Ja EN ulaz nisam koristio pa sam ga spoji na ulaze regulatora kako bi regulator uvijek bio aktivan.

NR (Noise Reduction) ulaz služi za dodatno smanjivanje valovitosti i šuma u izlaznom naponu. Glavni uzrok šuma, tj.smetnji napona u LDO regulatorima je unutarnji referentni napon. Kod ovih je regulatora referentni napon preko unutarnjeg otpornika od 250kΩ spojen na NR pin. Dodavanjem kondenzatora prema masi s NR pina čini se niskopropusni filtar koji dodatno smanjuje moguće smetnje na izlazu. Vrijednost tog kondenzatora ne bi trebala biti veća od 100nF. Korištena vrijednost je 10nF.

Izbor filtarskih kondenzatora na izlazu LDO regulatora može biti problematičniji no što se na prvu čini. Što kondenzator ima manji ESR to će filtriranje biti bolje, međutim mnogi LDO regulatori imaju propisan minimalni ESR za stabilan rad. Ukoliko korišteni
kondenzator ima manji ESR od propisanog regulator može prooscilirati zbog nestabilne kontrolne petlje. Regulatori koje sam koristio nemaju propisan minimalni ESR, te bi trebali pravilno raditi i pri veoma malom ESRu.
Osim nekoliko filtarskih kondenzatora u negativnu granu napajanja sam postavio otpornik u seriju s ulazom negativnog regulatora napona. Pošto se u toj grani nalazi prekidački inverter očekivao sam veće probleme u filtraciji izlaznog napona. Mjesto otpornika je namijenjeno ugradnji otpornika ili zavojnice koji bi skupa s kondenzatorima činila RC, tj. LC filtar za dodatnu filtraciju. Ona na kraju nije bila potrebna pa je na navedeno mjesto ugrađen kratkospojnik.


Konačno smo došli do trenutka da znamo kompletnu električnu shemu. Ona se nalazi na slijedećem linku:
http://www.mediafire.com/view/0h6jgehdv ... 1Mala.png#

Jedino što nije spomenuto u dosadašnjim postovima je terminiranje nekorištenog operacijskog pojačala. Ali vjerujem da je većina s time upoznata, oni koji nisu ili se trebaju prisjetiti neka pogledaju ovaj video i sve će im biti jasno: http://focus.ti.com/general/docs/video/Portal.tsp?entryid=0_j0xekjxj&lang=en
User avatar
elektor
 
Posts: 1588
Joined: 14-10-2008, 20:40
Location: Hrvatska, Rijeka

PreviousNext

Return to Instrumenti

Who is online

Users browsing this forum: No registered users and 2 guests

GOOGLE

cron