Switching Regulators..

[lemon]

Μόλις τελείωσα με την εγκατάσταση ενός μέσα σε ένα ψηφιακό δέκτη οικιακό, όπου κάλυψα την τάση των 5V με παροχή 12V μπαταρίας.
Το άτιμο για τέτοιες δουλειές λειτουργεί καλά, δε ζεσταίνεται, οπότε δεν χρειάζεται επιπλέον ψύκτρα, ένα βίδωμα στο κέλυφος του δέκτη ή ακόμη και χύμα μέσα είναι ΟΚ.
Συνήθως αυτός ο δέκτης όταν του συνδέσεις εξωτερικό δίσκο με τροφοδοσία από την usb, τραβά ρεύμα γύρω στο 1,4-1,8Α αναλόγως του δίσκου.
Λειτούργησε απρόσκοπτα, δίχως υπερθερμάνσεις και τα σχετικά.

Στα γρήγορα πήρα και μία μέτρηση με τον παλμογράφο όπου φαίνεται η κυμάτωσή του, στο συγκεκριμένο κύκλωμα που τροφοδότησε και στη συγκεκριμένη απαίτηση ρεύματος.

Έδωσε κυμάτωση pk-pk γύρω 328mV με κάτι κορυφές μέσα ή γύρω στα 275mV δίχως αυτές σε μια συχνότητα περίπου στα 45KHz. Για τη συγκεγκριμένη εφαρμογή δεν το έψαξα περαιτέρω, γιατί είδα ότι ο δέκτης λειτουργεί πολύ καλά.

 

[lemon]

Για την κυμάτωση μη βιαστείτε να κατηγορήσετε το κυκλωματάκι, γιατί για να λέμε και του "στραβού το δίκιο" δεν έχω κάνει σωστή παρουσίαση.
Κανονικά έπρεπε να μετρήσω και κυμάτωση τάσης εισόδου, για να δούμε σε πρώτη φάση τι είχε παραλάβει.

Απλά για τις δοκιμές μου το σύνδεσα μεν κανονικά ως προς την έξοδο, με κοντές καλωδιώσεις και κολλητές, αλλά για είσοδο, τράβηξα πρόχειρα καλώδια από μια μπαταρία αυτοκινήτου που είχα στην άκρη, με καλώδια προέκτασης και κορκοδειλάκια, οπότε μην τα πάρετε της μετρητής.

 

[lemon]

Σήμερα, με περισσότερο χρόνο ξαναείδα το κύκλωμα και το σύνδεσα πλέον κανονικά, όχι πάνω στο αυτοκίνητο, αλλά πάνω σε μια μπαταρία αυτοκινήτου που έχω εφεδρική με κανονικές συνδέσεις, όχι πρόχειρες.

Στη κουβέντα που κάνουμε δίνω το γράφημα στον παλμογράφο για την εισερχόμενη και εξερχόμενη τάση, σε ρεύμα 1Α.
Πάνω με κόκκινο είναι η εξερχόμενη τάση των 5V και κάτω με κίτρινο η εισερχόμενη τάση των 12V.
Ακολούθως ότι επισημαίνεται ως μέτρηση (κάτω αριστερά) με κόκκινο (1) αφορά μετρήσεις στην έξοδο και ότι με κίτρινο αφορά την είσοδο (2).
Η συχνότητα της κυμάτωσης σταθερή στα 43,54KHz για είσοδο-έξοδο. Κυμάτωση εξόδου pk-pk 60mV, ενώ η κυμάτωση εισόδου προσέγγιζε τα 292mV με τις κορυφές της.

Νομίζω ότι με τέτοια κυμάτωση εισόδου, μάλλον καλά τα πάει, τι λέτε;

 

[Στέλιος Περγιουδάκης]

Μανόλη, πως γίνεται να δίνη τέτοια μορφή η μπαταρία, που όλοι θα περίμεναν μια ευθεία γραμμή;

 

[lemon]

Δεν έχεις καθόλου άδικο, αλλά δυστυχώς αυτή την κυματομορφή έδινε στην πλευρά της σύνδεσης με το κύκλωμα.

Η κυματομορφή της μπαταρίας (την είχα μετρήσει απλά δεν ήθελα να επεκταθώ περισσότερο) είναι η αναμενόμενη, παρουσιάζει ένα θόρυβο μεταξύ 12-18mV (δες ένα capture που είχα κρατήσει, μετρημένο στην άκρη του καλωδίου σύνδεσης δίχως να τοποθετηθεί στο δέκτη).

Η σύνδεση μέσα στη συσκευή ακολουθεί το παρακάτω πρόχειρο σχήμα: υπάρχει ένα βύσμα εισόδου, από αυτό φεύγει η θετική γραμμή η οποία διακλαδίζεται σε δύο μέρη, η μεν πρώτη πάει κατευθείαν στα 12V του ψηφιακού δέκτη με μεσολάβηση δύο διόδων εν σειρά, η δε δεύτερη πάει στην είσοδο του κυκλώματος που βάλαμε. Η αρνητική γραμμή διακλαδίζεται και αυτή στα δύο, η μεν πάει στο σημείο γείωσης της συσκευής η δε δεύτερη πάει στην είσοδο του κυκλώματος.

Έχω φτιάξει τα σημεία που μπήκαν τα probe του παλμογράφου. Όσο και να το έψαξα η κυματομορφή της εισόδου δεν άλλαζε με τίποτα.
Τη θεώρησα δεδομένη για τον τρόπο σύνδεσης και μέτρησα.

 

[Salas]

Έχει αρκετή αντίσταση εξόδου ή μπαταρία φαίνεται καί ακολουθεί τό ρυθμό switching;

 

[lemon]

To ότι έχει ίδια συχνότητα τόσο στην είσοδο όσο και στην έξοδο, αυτό δεν μας λέει κάτι;

Φοβάμαι λόγω ότι η εφαρμογή που παρουσιάζω ναι μεν είναι diy αλλά δεν έχει σχέση με τον ήχο, μήπως ξεπερνώ τα όρια της συζήτησης.

Να δώσω μια τροφοδοσία - πάλι με 12βολτη μπαταρία - στην emu0404 και να δούμε γενική συμπεριφορά και το πως επηρρεάζεται το fft της κάρτας;

 

[lemon]

Για να το μεταφέρουμε λίγο στον ήχο που είναι και η ενότητα, δοκίμασα τελικά το κύκλωμα ως αντικατάσταση του διακοπτικού τροφοδοτικού που έχει η κάρτα emu0404 usb 2.0

Οι μετρήσεις μέσω παλμογράφου έγιναν ακριβώς στην είσοδο της πλακέτας με καλώδιο κολλημένο απευθείας σε μπαταρία 12V και στην έξοδο της πλακέτας με καλώδιο κολλημένο και κατάληξη σε βύσμα αντίστοιχο της emu.

'Οπως βλέπετε η κυματομορφή της εισόδου (κόκκινη) ακολουθεί προφανώς το ρυθμό του παλμού, το ίδιο είχαμε δει και στην πρωτύτερη εφαρμογή της πλακέτας σε γενική εφαρμογή. Να σκεφτούμε ότι αυτή η είσοδος προέρχεται από μπαταρία αυτοκινήτου 12V με θόρυβο μόλις 12-18mV.
Παρουσιάζει και πάλι μια συχνότητα εκεί κοντά στα 46KHz.

Η έξοδος δεν είναι ήρεμη σε φορτίο, έχει αρκετή κυμάτωση από 50-240mV. Το ρεύμα προφανώς πρέπει να είναι κοντά στο 1Α, γιατί το εργοστασιακό παλμοτροφοδοτικό είναι 1Α.

(συνεχίζεται...)

 

[lemon]

Παρατηρήσεις μέσω FFT

Οι μετρήσεις που αφορούν το FFT, έγιναν μέσω του ARTA με μέτρηση εξόδου->εισόδου. Έγιναν 3 μετρήσεις noise, snr, thd+N με το εργοστασιακό παλμοτροφοδοτικό και με το LM2596.
Μετρήθηκε επίσης και στο απλικέισσσοοο (έτσι Ντίνο) του παλμογράφου για να δούμε σε υψηλές συχνότητες δειγματοληψίας πως συμπεριφέρεται, συχνότητες που δεν μπορεί να ψηφιοποιήσει η emu.

Κατώφλι θορύβου στα 48KHz

Πάνω είναι το κατώφλι με το εργοστασιακό τροφοδοτικό. Με εξαίρεση κάτι τσιμπήματα που λαμβάνει από τη συχνότητα δικτύου (50Hz), έχουμε ένα καθαρό θόρυβο που επεκτείνεται μέχρι το μισό της δειγματοληψίας.
Τα δύο παρακάτω είναι του κυκλώματος που διερευνάμε, το πρώτο στα 48KHz και το δεύτερο στα 96KHz.
Μη μας κάνει εντύπωση ότι είναι πιο καθαρό στις χαμηλές συχνότητες - είναι εξαιτίας της μπαταρίας (απουσία 50Hz και παραγόγων).
Ενώ βλέπουμε ότι ο θόρυβος δεν απέχει από εκείνο του εργοστασιακού τροφοδοτικού, εντούτοις από τα 13+KHz αναπτύσσεται κορυφή ή οποία δημιουργεί αντίστοιχες αρμονικές. Αυτό διακρίνεται και στην επόμενη δειγματοληψία των 96KHz όπου υπάρχει αρμονική γύρω στα 46+KHz.

 

[lemon]

Tώρα τι γίνεται ως προς το θόρυβο σε υψηλότερες συχνότητες. Αυτή η πρώτη κορύφωση μέχρι που πάει;

Απλικέισο, λοιπόν και νέο fft, αλλά περιορισμένου δυναμικού εύρους (γαρ 8bit).

To πάνω είναι από τα 0Hz - 500KHz και το κάτω φθάνει μέχρι και το 1,25MHz.
Μέχρι και τα 400KHz περίπου, οι αρμονικές σβήνουν και δεν φαίνεται να παρουσιάζει κάτι ιδιαίτερο υψηλότερα (η πάνω μωβ γραμμή είναι στα 0dB η κάτω στα -61dB περίπου, αλλά είναι το γράφημα γύρω στα 10dB πιο χαμηλά από το κανονικό).

(συνεχίζεται...)

 

[lemon]

Αρμονική Παραμόρφωση και Θόρυβος (thd+N)

Και εδώ, έχουμε ένα πρότυπο όπως του θορύβου, δηλαδή δεν φαίνεται να επηρρεάζεται στις ακουστικές συχνότητες, αλλά να δημιουργεί τις γνωστές κορυφώσεις με θεμελιώδη αρμονική εκεί γύρω στα 23+KHz.
Μάλιστα αμφότερα των 23KHz δημιουργεί άλλες δύο. Αυτό το ίδιο μοτίβο επαναλαμβάνεται και στα 46+KHz κ.ο.κ

Τέλος να σημειώσουμε ότι δεν παρατηρήθηκε βελτίωση η χειροτέρεψη και στο snr (δεν παραθέτω τις καμπύλες για οικονομία χώρου).

 

[dinos]

Μανόλη συγχαρητήρια για τη πολύ καλή δουλειά.
Το πρώτο που θέλω να ρωτήσω είναι γιατί καταγράφονται συχνότητες 43ΚΗz (που γίνονται 46,3 ΚΗz σε άλλο φορτίο και με πιθανότατα άλλη θερμοκρασία, πράγμα μάλλον φυσιολογικό), ενώ ο κατασκευαστής δίνει συχνότητα 150 ΚΗz (με διακύμανση 110 – 173 ΚΗz και σε καμία περίπτωση τα 43ΚΗz). Το LM 2596 ορίζεται σαν σταθερής συχνότητας (με τις όποιες κατασκευαστικές και θερμοκρασιακές διακυμάνσεις) και με μεταβλητό duty time. Εδώ όμως βλέπουμε μια τελείως διαφορετική συχνότητα έξω από κάθε όριο προδιαγραφών. Τι συμβαίνει;

Όσο αφορά τη μέτρηση της τάση στην είσοδο δεν νομίζω πως υπάρχει πρόβλημα. Αν σκεφτούμε πως το σύνολο της εσωτερικής αντίστασης της μπαταρίας και των καλωδιώσεων εύκολα μπορούν να φτάσουν τα 0,1 – 0,2 Ohm τότε στο 1Α (RMS) και με peak πολύ μεγαλύτερα (>2Α) οι κυματομορφές θα έχουν τη μορφολογία που βλέπουμε. Ο θόρυβος χωρίς σύνδεση (2- 3 mV) οφείλεται στα probes – συνδέσεις καθώς και στις βαθμίδες εισόδου των οργάνων μέτρησης. Το μικρό peak στη είσοδο αποτελεί παρασιτική ταλάντωση που αποδίδεται συχνά στα καλώδια σύνδεσης ή τα probes και όχι στο κύκλωμα. Ελαχιστοποιείται με όσο μικρότερο μήκος συνδέσεων ή πολύ μικρή απόσταση του ground από την ακίδα του probe (δες την εικόνα).

Όσο αφορά τα φάσματα νομίζω πως επίσης τα αποτέλεσμα είναι αναμενόμενα. Η θεμελιώδης και η πρώτη αρμονική είναι στα -61,6 db σε σχέση με το επίπεδο της DC συνιστώσας. Είναι απόλυτα φυσιολογικό να υπάρξει διαφυγή στο ADC της EMU (όσο απότομο φίλτρο και να έχει στην είσοδο), ώστε σχεδόν μια οκτάβα και 36db χαμηλότερα να ανιχνεύεται προϊόν αλλίασης, (αναφέρομαι στα ~ 23KHz στα – 98 db).

 

[Salas]

Μήπως παίζει ρόλο ό κύκλος μέ τήν D1 καί εμφανίζονται τά spikes 4 φορές αργότερα από τόν εσωτερικό ταλαντωτή, στήν έξοδο. Λέω ένα κουφό εγώ τώρα χωρίς νά τό μελετήσω πρώτα.

 

[lemon]

Ντίνο, το fft του παλμογράφου έδειξε συχνότητα f=23.20KHz (βλέπε τιμή με κίτρινο) που το ίδιο έδινε και η emu (δεν έκανα ζουμ στο ARTA για να δω την ακριβή συχνότητα, αλλά όταν έφερα τον κέρσορα επάνω στην κορυφή έδειχνε 23+KHz). Παραπλήσια τιμή έδωσε και η μέτρηση στο γράφημα του παλμογράφου, που αναφέρεται ως F=23.04KHz (βλέπε τιμές με κίτρινο)
Εάν θεωρηθεί διαφυγή και θεωρήσουμε βασική την επόμενη 46,4KHz απέχει πολύ μακριά από τα 150KHz που λέει ο κατασκευαστής.
Μήπως έπεσα σε τυχαίο κομμάτι και να κάνω δοκιμή και με κάποιο άλλο; Έχω μπόλικα.

Όσο για την μπαταρία, δεν νομίζω οι μπαταρίες αυτοκινήτου να φημίζονται για την μικρή εσωτερική αντίστασή τους, οπότε ότι αναφέρεις σωστά ακούγονται και τεκμηριώνονται.

Νίκο, για ποια D1 αναφέρεσαι;
Εάν πρέπει να το δοκιμάσουμε και σε κάτι άλλο, πείτε μου.

 

[Salas]

Τή Schottky στήν έξοδο παράλληλα. Πρίν τό πηνίο.

 

[dinos]

Μανόλη μέτρησε τη κυματομορφή στο ποδαράκι 2, καθώς επίσης και με μικρό φορτίο (π.χ 200 mΑ).
Παρεμπιπτόντως η EMU 0404 έχει σχεδόν σταθερή κατανάλωση 0,9Α στα 5V και δεν μπορεί να θεωρηθεί μικρό φορτίο από πλευράς ρεύματος.
Επίσης κο
ίταξε το κωδικό στο LM2596, υπάρχει και το ισοδύναμο LM2576 με κατασκευαστικό και θερμοκρασιακό εύρος 42 – 60 KHz (τυπικά 52 KHz). Ταιριάζει στη περίπτωση μας
(Chinese fast posting, but moderate pousting?).:flipout:

 

[Κωνσταντίνος Τυροβολάς]

Μανόλη συγχαρητήρια για τη πολύ καλή δουλειά.
Το πρώτο που θέλω να ρωτήσω είναι γιατί καταγράφονται συχνότητες 43ΚΗz (που γίνονται 46,3 ΚΗz σε άλλο φορτίο και με πιθανότατα άλλη θερμοκρασία, πράγμα μάλλον φυσιολογικό), ενώ ο κατασκευαστής δίνει συχνότητα 150 ΚΗz (με διακύμανση 110 – 173 ΚΗz και σε καμία περίπτωση τα 43ΚΗz). Το LM 2596 ορίζεται σαν σταθερής συχνότητας (με τις όποιες κατασκευαστικές και θερμοκρασιακές διακυμάνσεις) και με μεταβλητό duty time. Εδώ όμως βλέπουμε μια τελείως διαφορετική συχνότητα έξω από κάθε όριο προδιαγραφών. Τι συμβαίνει;

Σόρι Ντίνο που παρεμβαίνω στο σώμα του μηνύματος, αλλα την ίδια απορία έχω κι εγώ. Η μέτρηση - ειδικά η αρχική του- δείχνει συχνότητα ταλάντωσης γύρω στα 40+ κηζ. Καμμία σχέση με 100 και πάνω..

Όσο αφορά τη μέτρηση της τάση στην είσοδο δεν νομίζω πως υπάρχει πρόβλημα. Αν σκεφτούμε πως το σύνολο της εσωτερικής αντίστασης της μπαταρίας και των καλωδιώσεων εύκολα μπορούν να φτάσουν τα 0,1 – 0,2 Ohm τότε στο 1Α (RMS) και με peak πολύ μεγαλύτερα (>2Α) οι κυματομορφές θα έχουν τη μορφολογία που βλέπουμε. Ο θόρυβος χωρίς σύνδεση (2- 3 mV) οφείλεται στα probes – συνδέσεις καθώς και στις βαθμίδες εισόδου των οργάνων μέτρησης. Το μικρό peak στη είσοδο αποτελεί παρασιτική ταλάντωση που αποδίδεται συχνά στα καλώδια σύνδεσης ή τα probes και όχι στο κύκλωμα. Ελαχιστοποιείται με όσο μικρότερο μήκος συνδέσεων ή πολύ μικρή απόσταση του ground από την ακίδα του probe (δες την εικόνα).

Όσο αφορά τα φάσματα νομίζω πως επίσης τα αποτέλεσμα είναι αναμενόμενα. Η θεμελιώδης και η πρώτη αρμονική είναι στα -61,6 db σε σχέση με το επίπεδο της DC συνιστώσας. Είναι απόλυτα φυσιολογικό να υπάρξει διαφυγή στο ADC της EMU (όσο απότομο φίλτρο και να έχει στην είσοδο), ώστε σχεδόν μια οκτάβα και 36db χαμηλότερα να ανιχνεύεται προϊόν αλλίασης, (αναφέρομαι στα ~ 23KHz στα – 98 db).

...

 

[lemon]

Αφού διάβασα με προσοχή τα όσα γράψατε, έγιναν εκ νέου μετρήσεις χωρίς φορτίο και με φορτίο 200mA (έβαλα ένα ανεμιστηράκι).

Το probe πήγαινε πρώτα στον αναλογικό παλμογράφο, για να ξέρουμε τι βλέπουμε και με καλώδιο bnc->bnc (50άρι) ενωνόταν ο αναλογικός με το ψηφιακό.
Οι κυματομορφές που συλλάμβανε ο ψηφιακός ήταν πολύ καλής ποιότητας.
H τροφοδοσία της πλακέτας, έγινε από 12βολτη μπαταρία αυτοκινήτου (τη φόρτισα πλήρως αυτή τη φορά).

Να επισημάνω ότι το τσιπ έχει χαρακτηριστκά της National με αναγραφή LM2596S.

• Μέτρηση στο pin1 (input) του τσιπ άνευ φορτίου: Καταγράφηκε συχνότητα ≈47KHz με μια κυμάτωση γύρω στα 12mV
• Μέτρηση στο pin1 (input) του τσιπ με φορτίο 200mA: Καταγράφηκε συχνότητα ≈47KHz με μια κυμάτωση γύρω στα 80-105mV (βλέπε συνημμένο LM2596S_pin1 load 200mA)
• Μέτρηση στο pin2 (output) του τσιπ άνευ φορτίου: Καταγράφηκε συχνότητα ≈128-170KHz με μια κυμάτωση γύρω στα 12mV (βλέπε συνημμένο LM2596S_pin2 without load)
• Μέτρηση στο pin2 (output) του τσιπ με φορτίο 200mA: Καταγράφηκε συχνότητα ≈125-154KHz με μια κυμάτωση γύρω στα 80-105mV (βλέπε συνημμένο LM2596S_pin2 load 200mA)
• Μέτρηση επί της εξόδου του κυκλώματος: Καταγράφηκε συχνότητα ≈47KHz με κυμάτωση γύρω στα 60-70mV (βλέπε συνημμένο Circuit_out).

(Μετέπειτα επεξεργασία = τελικά ο τρόπος συνημμένων του φόρουμ δεν βοηθάει καθόλου, κρύβει τα ονόματα των αρχείων, οι μετρήσεις που παρουσιάζω παραπάνω αντιστοιχούν με τη σειρά των συνημμένων που έχω προσθέσει με εξαίρεση την πρώτη μέτρηση στο pin1 άνευ φορτίου που δεν έχει εικόνα).


Το ίδιο μοτίβο παρατηρείται και επί της ένωσης διόδου & πηνίου δηλ γύρω στα 47KHz.

Εν κατακλείδι, εσωτερικά το τσιπ λειτουργεί σύμφωνα με τις προδιαγραφές, επί της εξόδου του κυκλώματος όμως έχουμε τη συνιστώσα συχνότητας που έχουμε συλλάβει και είναι γύρω στα 47KHz.

Σκέφτομαι να κάνω και μια δοκιμή με προσθήκη εξωτερικού φίλτρου, για να δω τη συμπεριφορά της κυμάτωσης...

 

[lemon]

Και για να μην επαναλαμβάνομαι, οι ίδιες μετρήσεις : pin1 με φορτίο, pin2 με φορτίο και έξοδος όπου για φορτίο έχει μπει η τροφοδότηση της emu0404 usb2.0

Ως προς τη συχνότητα, παρατηρούνται τα ίδια με τα αντίστοιχα του φορτίου 200mA, απλά η κυμάτωση της εξόδου είναι πολύ μεγαλύτερη.

 

[kontr]

πολύ ωραία δουλειά Μανόλη μπράβο.

Για εμένα είναι κλασικό και κακό παλμοτροφοδοτικό για ήχο. Ασε δηλαδή που δεν φορτώνει μόνο την έξοδο με θόρυβο αλλά και την είσοδο.
η καλή απόδοση του βέβαια το κάνει ιδανικό για κάποιες εφαρμογές