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Thema: (Linearen) Spannungsregler auf 0V bringen

  1. #1
    Benutzer Stammmitglied Avatar von PlasmaTubeI²C
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    (Linearen) Spannungsregler auf 0V bringen

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    Servus zusammen!

    Ich plane derzeit ein Projekt, nix besonderes, Standart-Gedöns eben: Ein regelbares Netzteil mit Strombegrenzung, ich lege hierbei jedoch mehr Wert auf Genauigkeit, als auf reine Leistung.
    Heißt im Klartext, mit 0-25V bei 0-2A bin ich absolut zufrieden, für diesen Zweck sind lineare Regler ja ganz gut zu gebrauchen, deren extreme Verlustleistung bei niedrigen Spannungen entgegenzuwirken habe ich geplant, vor den LDO-Regler einen Schaltregler zu setzen, der die Ausgangspannung des LDOs misst und seine Spannung auf diese plus einen Offset setzt.
    Soweit so gut, ich bin (noch) kein Experte in Sachen E-Technik (Der Physikunterricht in der Oberstufe hilft da nur wenig...), also muss ich leider mit solchen "Anfängerfragen" nerven:

    Der bekannte LM317 hat ja bei 0V am Adjust-Pin eine Ausgangsspannung von 1.25V (idealerweise versteht sich), bedingt durch die interne Spannungsreferenz, es gibt aber den Trick, die Ausgangsspannung auf 0V zu bringen, indem man -1.25V an den Adjust-Pin legt, um den Offset wegzubekommen.
    Leider ist das aber nicht bei allen Reglern möglich, also fällt die negative Spannung am Set-Pin schon mal ins Wasser. Als Beispiel nehme ich mal den LT3086, dessen minimale Ausgangsspannung bei 0.4V liegt.
    Welche Möglichkeiten gibt es nun, diese Spannung weiter zu verringern? Ohne den Regelkreis unnötig zu beeinflussen versteht sich...

    Meine Idee war, eine einfache Siliziumdiode zu verwenden, das gibt 0.6V Spannungsabfall, beim maximalen Strom von 2.1A wären das 1.26W, welche in Wärme umgesetzt würden, die Diode könnte man aber problemlos am Hauptkühlkörper anbringen.
    (Und: Die Spannungsregler benötigen einen minimalen Laststrom, um eine Stabilität der Spannung sicherstellen zu können, da kann man aber einfach ne Konstantstromquelle direkt an den Ausgang des LDOs setzen.)

    Funktioniert das in der Theorie, dass die Diode die Spannung reduziert, ohne dass das Regelverhalten geändert wird? Hab das ganze mal in LTspice simuliert, da hat es problemlos geklappt, aber vielleicht hat von euch jemand ne bessere Idee, oder sonst ne Ladung Senf abzugeben.
    Gruß, Stefan. Rechtschreibfehler gefunden? Kannste behalten!

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Hallo Stefan,

    So ganz sauber funktioniert das mit der Diode nicht.
    Der Spannungsabfall an der Diode hängt vom Strom ab, sieht man im Datenblatt.

    Die 0.65V hat man nur bei kleinen Strömen, so um die 10mA bei Gleichrichterdioden.
    Bei richten Strömen sind es dann schnell mal 1V.

    Das ganze ändert sich dann noch mit der Halbleiter-Temperatur. Wobei die Schwellspannung mit etwa -2.5mV/K abnimmt, dafür steigt der Widerstand mit der Temperatur.
    Wie das dann in der Kombination aussieht, weiss das Datenblatt der Diode.

    Wenn der Regler auch Ströme gegen Masse ableiten kann, dann ändert sich das regelverhalten zusätzlich, da die Diode dies verhindert.

    MfG Peter(TOO)
    Manchmal frage ich mich, wieso meine Generation Geräte ohne Simulation entwickeln konnte?

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    @PlasmaTubeI2C
    Ganz sicher, dass du bestimmt so bald keine Stromregelung haben willst?
    Machbar ist vieles; ob es aber gut funktioniert und Sinn macht, ist eine andere Sache. Der Kurzschlussstrom der LM317er ist temperaturabhängig und recht locker spezifiziert.
    Ein Anwendungsbeispiel für das, was du willst, zeigt das Datenblatt von TI auf Seite 8:
    http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm317.pdf
    Für das, was du vorhast, heißt bzgl. Linearregelung der Klassiker "LM723".

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von White_Fox
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    für diesen Zweck sind lineare Regler ja ganz gut zu gebrauchen, deren extreme Verlustleistung bei niedrigen Spannungen entgegenzuwirken habe ich geplant, vor den LDO-Regler einen Schaltregler zu setzen, der die Ausgangspannung des LDOs misst und seine Spannung auf diese plus einen Offset setzt.
    Hm...halte ich weniger für eine gute Idee. Schaltregler machen viel HF-Dreck den auch ein Linearregler nicht sauber rauskriegt.
    Ein Trafo wäre besser, wenn du es schick machen willst. Das Problem mit der Verlustleistung kannst du durch mehrere Trafoabgriffe lösen.

    Außerdem bist du bei 2A schon recht weit über dem, was die meisten Linearregler können.

    Allerdings find ich dein Projekt gut. Wenn der Physikunterricht zu mager ist (ich kenne das Problem auch von früher) kannst du dich ja hier mal einlesen:
    http://dieelektronikerseite.de/

    Insbesondere das hier dürfte für dich interessant sein:
    http://dieelektronikerseite.de/Lecti...%20Gleiche.htm
    http://dieelektronikerseite.de/Lecti...er%20Hoehe.htm

  5. #5
    Benutzer Stammmitglied Avatar von PlasmaTubeI²C
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    Danke schonmal für die Antworten!

    Das mit der Diode war echt mehr Schein als Sein...habs eben praktisch getestet, der Spannungsabfall ist tatsächlich extrem stromabhängig und eine Grundlast ist dafür ja auch notwendig. War wohl n Denkfehler, danke für den Hinweis.
    @RoboHolIC: Ja, das hatte ich vergessen, eine Stromregelung darf natürlich nicht fehlen! Ich möchte eben mein derzeitiges (billig-)Linearnetzteil ersetzen, ich kann ja mal meine geplanten Vorgaben aufzählen:

    - Spannung 0-25V (Muss wirklich 0 sein)
    - Strom 0-2A
    - Einstellungen per Dreh-Encoder
    - Messwertdarstellung digital: 2.451V [2.45V] --> Gemessene Spannung [Gesetzte Spannung] und das gleiche für den Strombereich
    - Möglichst "genau", was mit Hobbymitteln (-wissen) eben machbar ist.
    - Spannungsmessung in 1mV-Schritten, einstellbar in 10mV-Schritten
    - Strommessung: Bereich 1: 0-20.48mA (Auflösung 0.01mA, über nen Shunt und OPV)
    Bereich 2: 0-2.048A (Auflösung 1mA)
    --> 2 Bereiche für kleinere Lasten, vielleicht macht eine dritte Unterteilung (0-204.8mA) auch Sinn

    Ja das stimmt, Schaltregler erzeugen echt viele HF-Störungen, auch wenn einige ICs in Sachen Ausgangsripple ziemlich gut sind.
    Lässt sich das nicht durch nen Bandsperrfilter (Man kennt ja die Schaltfrequenz) und nen nachgeschalteten Kondensator ausreichend rausfiltern?

    @White_Fox: Ein Trafo mit mehreren Abgreif-Spannungen wäre auch keine üble Idee...nur könnte ich mir vorstellen, dass beim switchen zwischen den Spannungen auch eine Spannungsspitze am Reglerausgang messbar ist, oder?
    Das ist ja in den Datenblättern als Transient Response angegeben, bei einem Sprung von einem Volt gibt es da teilweise schon ein Delta von 50-80mV am Ausgang. (Ok, bei einer Anstiegszeit im µs-Bereich bezogen auf die 1V )
    Gruß, Stefan. Rechtschreibfehler gefunden? Kannste behalten!

  6. #6
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    Hallo!

    Zitat Zitat von PlasmaTubeI²C Beitrag anzeigen
    Welche Möglichkeiten gibt es nun, diese Spannung weiter zu verringern? Ohne den Regelkreis unnötig zu beeinflussen versteht sich...
    Eine davon: http://www.roboternetz.de/phpBB2/zei...ag.php?t=44150 .
    MfG (Mit feinem Grübeln) Wir unterstützen dich bei deinen Projekten, aber wir entwickeln sie nicht für dich. (radbruch) "Irgendwas" geht "irgendwie" immer...(Rabenauge) Machs - und berichte.(oberallgeier) Man weißt wie, aber nie warum. Gut zu wissen, was man nicht weiß. Zuerst messen, danach fragen. Was heute geht, wurde gestern gebastelt. http://www.youtube.com/watch?v=qOAnVO3y2u8 Danke!

  7. #7
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    Wenn man auch eine Stromregelung haben will, helfen der LM317 und ähnliche Regler ICs nicht wirklich weiter. Die passende Basis sind dann eher OPs als Regler und Transistoren / MOSFETs als Leistungselemente. Für den Bereich bis 25 V geht das auch noch relativ gut, weil es genügend OPs gibt die etwa den Bereich bis 30 V Abdecken. Wenn man wirklich wert auf eine saubere Spannung legt ist ein Trafo (ggf. mit Mittelabgriff) die bessere Wahl - die Störungen eines Schaltreglers kann man zwar filtern, aber das ist nicht wirklich trivial, sowohl vom Schaltungsentwurf als auch vom Layout. 25 V und 2 A sind sogar noch von einem Transistor / MOSFET zu verkraften.

    Wegen dem Bereich kleiner Ströme ist es ggf. einfacher einen 2. kleinen Regler bis etwa 100 mA Aufzubauen, als zu versuchen den Strom über einen sehr großen Bereich zu variieren. Das Umschalten des Shunts beeinflusst halt auch den Regelkreis und ein großer Transistor geht nicht gut bei kleinen Strömen und kann gut einen gewissen Ruhestrom vertragen. Für den Anfang könnt man da auch mit dem kleinen Regler anfangen - das ist etwas einfacher, aber im Prinzip das gleiche.

    Gerade für den Ruhestrom für die Endstufe hilft es sehr wenn man eine negative Hilfsspannung zu Verfügung hat.

    Schaltungen zu Labornetzteilen findet man zu Hauf im Netz - nur leider sind da auch sehr viele schlechte dabei.

  8. #8
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    Zitat Zitat von Besserwessi Beitrag anzeigen
    Schaltungen zu Labornetzteilen findet man zu Hauf im Netz - nur leider sind da auch sehr viele schlechte dabei.
    Das stimmt leider und auch wenn sich der LM317 häufig gewährt hat, möchte ich eben auf genauere/stabilere ICs zurückgreifen.
    Achso, die Regelung selbst entwerfen? Hmm, das würde natürlich mehr auf meine Ansprüche zurechtgeschnitten sein, allerdings ist das doch einen Ticken aufwändiger. (Überlast und Temperaturschutz)
    Werde mich dennoch mal genauer informieren, das Grundschaltbild eines LDO-Regler besteht ja nur aus einem OPV, nem Transistor und einer Referenzspannungsquelle.

    Zitat Zitat von Besserwessi Beitrag anzeigen
    Gerade für den Ruhestrom für die Endstufe hilft es sehr wenn man eine negative Hilfsspannung zu Verfügung hat.
    Das musst du mir jetzt noch mal genauer erläutern, stehe aufm Schlauch...

    Achja, nochmal zurück zur eigentlichen Frage: Ist es denn nun möglich, wenn die minimale Ausgangsspannung des Reglers nicht 0V beträgt, diese durch externe Beschaltung runterzubringen? Oder eignet sich ein solcher Spanungsregler dann einfach grundsätzlich nicht für diesen Anwendungszweck?
    Gruß, Stefan. Rechtschreibfehler gefunden? Kannste behalten!

  9. #9
    Erfahrener Benutzer Robotik Visionär
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    Der LM317 ist für so ein Projekt kaum geeignet, einfach wegen der Mindestlast. Da tut man eher keinen Gefallen und fängt gleich bei OPs und Transistoren an. Wenn es nur um eine Spannungsregelung (also ohne Präzise Strombegrenzung und Messung) geht, könnte man den LM317 ggf. noch nutzen. Bei mehr als 1,2 A ist auch das eher ein problem als eine Hilfe. Ein Problem beim LM317 ist schon, dass die Spannung direkt am Ausgang gemessen wird.

    Ein Besserer Ansatzpunkt wäre schon der LT3080 oder der alte LM723 (auch wenn es da mit der genauen Stromregelung schwer wird).

    Vermutlich wird man nicht drum rum kommen den Regler selber zu entwerfen, bzw. wenigstens einen Plan anzupassen.

    Damit die Endstufe gut Regeln kann brauchen die Leistungstransistoren (oder MOSFETs) fast immer einen Ruhestrom. Für sehr kleine Ströme werden sie oft langsam und haben andere Eigenschaften. Es wird also viel Einfacher wenn man den Ausgang mit einem konstanten Strom (z.B. 10 mA für das 2 A Netzteil) belastet. Diesen Strom kann man vernünftig nur mit einer negativen Hilfsspannung (vor dem Regler - nach Außen sieht man davon nichts) erzeugen, wenn die Ausgangsspannung bis 0 runter soll.

    Ein Projekt so etwa in die Richtung wäre das hier:
    http://www.heise.de/ct/artikel/Klein...rk-291224.html

  10. #10
    Benutzer Stammmitglied Avatar von PlasmaTubeI²C
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    Ah, über das Netzteil-Projekt von Heise bin ich vor knapp zwei Jahren mal gestolpert, war mir damals aber zu kompliziert. Vielleicht lässt sich da einiges aus dem Schaltplan an Ideen übernehmen, dankeschön.
    (Auch hier das Problem: Spannungsspitzen beim Umschalten der Versorgungsspannung, aber darüber kann man sich auch später Gedanken machen.)

    Hab mich eben mal durch die ganzen Regler bei Digi-Key gewühlt, letztendlich hatte der LT3080-1 die besten Spezifikationen für dieses Projekt.
    Falls jemand den EEV-Blog schaut: Dave hat vor zwei Jahren eine Videoreihe bezüglich eines Eigenbau-Netzteils veröffentlicht, wobei er auch den LT3080 verwendete.
    Der LT3080-1 hat nen integrierten Widerstand von 25mOhm, um die Regler parallel verwenden zu können und die Ausgangsspannung geht bis (knapp) 0V runter, der maximale Strom in dieser Konfiguration beträgt 2.2A.

    Also, dass ich das richtig festige, durch die negative Hilfsspannung kann auch bei 0V Reglerausgang ein Strom fließen?
    Gruß, Stefan. Rechtschreibfehler gefunden? Kannste behalten!

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