Labornetzteil mit hoher Spannung

[Dominik009]

Danke für die Infos und Tipps.
ich habe erstmal die GND Verbindungen hinzugefügt. Jetzt ist die spannung sobald ich den Pott auf 0ohm drehe bei 49V
Da muss ich wohl die Eingsngsspannung erhöhen um auf 50v zu kommen.
sobald ich den poti auf 10kOhm drehe, fällt die Spannung immer weiter, jedoch ab ca. 1v nur noch sehr langsam, es dauert mehrere Minuten bis die Spannung bei 0,1v angekommen ist.

Ist das normal das der lm358 solange braucht um die Spannung runterzuregel?
die Spannung fällt nämlich pro Sekunde am Ende nurnoch um ca. 0,001v. Ich lasse die Simulation erstmal weiterlaufen um zusehen, wie weit die Spannung noch fällt. Ansonsten regelt der op die Spannung recht schnell (z.b. Bei poti=35%)

Werde gleich mal deine restlichen Vorschläge umsetzen.

Viele grüße
dominik

Edit:
Jetzt nach ca. 10min ist die ausgangsspannung bei ca. 7mV angekommen und fällt weiter, ich breche jetzt allerdings die simmulation ab.

Welche Diode würdest du den anstelle der Zenerdiode empfehlen und welche Werte sollte ich für die Wiederstände an Q1 wählen?
Wäre echt super wenn du mir da helfen könntest.

[Besserwessi]

Als Diode reicht eine ganz normale kleine wie 1N914 oder 1N4148 - die ist ja nur da um etwas Spannungsabfall zu haben, damit die Anzeige mit der LED funktioniert und der OP am Ausgang genug Spannung hat damit die LED auch sicher an ist, wenn die Spannung geregelt wird. Da sollten die 0,6 V einer normalen Diode reichen, und mehr Spannung sorgt nur für größere störende Überschwinger (weil der OP dann länger braucht) wenn zu vor die Strombegrenzung angesprochen hat und dann plötzlich wegfällt.

Das mit dem langsamen sinken der Spannung liegt an der sehr geringen Last am Ausgang, nicht am OP . Da sollte schon so etwas wie 1 K oder besser wohl eine Konstantstrom-senke mit etwa 1 mA dazu. Dann sinkt die Spannung auch schneller. Der Ausgang des OPs sollte schon recht schnell auf über 2 V gegangen sein.

Der interessante Test ist die Frage wie die Schaltung reagiert, wenn man an den Punkt zwischen R5 und R6 über einen größeren Widerstand (z.B. 100 K) eine Wechselspannung (ca. 10 Hz ... 10 MHz) einkoppelt. Das sollte dann für verschiedene Spannungen und Lastfälle geprüft werden, wie der Frequenzgang ist.


p.s.
Die Widerstände an Q1 könnten z.B. 2 mal 33 Ohm sein. Wegen der kleine Spannung (ca. 0,7 V) fließt da ja trotzdem nur ein eher kleiner Strom. Die sollen ein schnelles Abschalten von Q1 erlauben, und halt eine Erweiterung der Strombegrenzung zu kleineren Werten, ohne einen größeren Widerstand.

[Dominik009]

Danke für die ausführliche Antwort. Habe die Zenerdiode jetzt durch eine 1N914 ersetzt und die Kondensatoren entfernt. Alles läuft soweit ganz gut. Sobald ich jedoch den Spannungsteiller mit 2 Widerständen zu je 33Ohm einbau bekomme ich die Spannung selbst bei relativ niedrigem Strom nicht hochgehalten, egal wie ich R3 einstelle.

R2 habe ich auch etwas erhöht.

Was genau eine Konstantstrom-senke ist, werde ich mir mal durchlesen, aber ich habe ersmal einen Widerstand mit 1k als Last + 1 Amperemeter eingebaut. Der Op schallten auch schnell auf über 13V und fällt dann langsam etwas tiefer. Auch wenn die Spannung des OPs stabil steht (13,603V) fällt die Ausgangsspannung der Schaltung langsam weiter, kommt aber nie auf 0V.

Die LED leuchtet allerdings dauerthaft, auch bei niedrigen Spannungen.

Hier der aktuelle Schaltplan:
Bild hier  



Du meintest ja das die Werte für R8, R11, C4 und C6 evtl. nicht stimmen. Welche Werte wären den hier angebracht?


Viele Grüße
Dominik

[Besserwessi]

Die Werte für R8,R11,C4 und C6 können schon stimmen. Nur weil da noch zusätzliche eher störende Kondensatoren dran waren, hatte ich den Verdacht, das die Schaltung am schwingen war und die zusätzlichen Kondensatoren als Gegenmaßnahme dienen sollen. Genau um die richtigen Wert zu finden braucht man die Simulation. Soweit ich das ohne Simulation sehen kann, können die jetzigen Werte schon gehen: Der OP liefert nur für sehr niedrige Frequenzen eine Verstärkung von mehr als 5, zusammen mit dem Teiler aus R5 und R6 also weniger als 1. Damit reicht dann C4 und R8 zur Kompensation wohl aus. Die Zeitkonstante ist mit 22 µs noch relativ lang, also noch eher auf der sicheren Seite. Aber lieber ein langsames Netzteil, als eines das schwingt. Trotzdem könnte es bei großer Kapazität am Ausgang noch Probleme geben, den R2 und der Elko am Ausgang geben auch einen Tiefpass - da wäre dann aber wohl wirklich die Simulation für nötig, um das testen.

Die Widerstände R17 und R18 sind an der etwas falschen Stelle : es geht um die Basis von Q1. So ist es kein Wunder das es nicht geht, weil R1 nicht genug Strom liefern kann. Mit der Verstärkung durch Q2 sollte es aber reichen.

Die LED sollte Ausgehen, wenn die Strombegrenzung anspricht, oder wenn aus anderen Gründen die Spannung nicht den Sollwert erreicht, also z.B. wenn die Spannung V1 zu klein ist, oder mit R17/R18 so wie jetzt.

Die Stromsenke könnte z.B. ein Transistor mir einem sehr knapp bemessenen Basisstrom (ein paar µA) sein. Der Strom ist zwar nicht super konstant, und auch etwas temperaturabhängig, aber als Grundlast sollte das reichen.

[Dominik009]

Entschuldigung das ich mich jetzt erst wieder melde.

Also die Widerstände R17 und R18 habe ich korrigiert. Jetzt klappt die schaltung eigentlich recht gut. Die Spannung fällt mit der last von 1k zügiger auf fast 0V. Sobald die Strombegrenzung anspringt, geht die LED aus. Das funktioniert auch.

Nur die komplexen Sachen, die ich noch simulieren muss/müsste versehe ich nicht ganz, genauso warum ich einen frequenzgenenerator zwischen den Spannungsteiler setzen soll und dort frequenzen einspeisen soll (wie viel volt sollten die den so haben)?

Ein kleines Problem habe ich noch. Ich möchte neben dem 10k Poti für die Spannungseinstellung auch ein kleineres poti (habe an 1k gedacht) haben um die feineinstellung haben. Genauso bei der Strombegrenzung, wobei ich es da noch nicht versucht habe.

Bei der Spannungseinstellung bekomme ich es einfach nicht hin! Ich habe ja kein Problem 2 Widerstäde (oder potis) in reihe zuschalten, aber sobald alle 3 Pins des Potis belegt sind, bekomme ich es nicht mehr hin. Hier wäre ich für etwas hilfe echt dankbar.

Ich wollte mich gennerel nochmal bei allen bedanken die mir hier geholfen haben, ohne euch säße ich in nem Jahr noch an den Problemen.

Gruß Dominik

Achja, den Spannungsteiler für die Spannungsmessung via. OP habe ich durch einen 5k Poti und einen 50k Poti getauscht, um Umax genau einstellen zu können.

[PICture]

Bei der Spannungseinstellung bekomme ich es einfach nicht hin!

Versuche es, bitte, so (P1 fine und P2 grob) oder andersrum.

         1

         |
        .-.
     P1 | |<-+
        | |  |
        '-'  |
         |   |
         +---+
         |
        .-.
        | |<--- 3
     P2 | |
        '-'
         |

         2

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

[Besserwessi]

Für die Feineinstellung der Spannung gibt es 2 Möglichkeiten (additiv oder multiplikativ):
1) ein Variabler Widerstand in Reihe zu R14. Ein 1 K Poti könnte damit die Spannung um etwa 3% verändern, wenn R14 kleiner wird können das dann auch 5% werden.
2) eine Zusätzliche Schaltung ähnlich wie mit R14,P13,R12 wird ebenfals zum OP Verbunden (da wo R12 und R11 sich treffen) nur mit einem größeren Widerstand (z.B: 56 K) an der R12 entsprechenden Stelle. Das gibt eine zusätzliche Einstellung z.B. 0...5 V die sich zu der anderen Einstellung addieren.

Den zusätzlichen Test sollte man machen, um sicher zu gehen das die Schaltung nicht bei einer externen Last doch anfängt zu schwingen. Wenn der Regler so wie es aussieht jetzt noch nicht schwingt ist das schon mal ein guter Start und macht den Rest einfacher. Im günstigen Fall genügt es die Werte von C4,C6,R8,R11 anzupassen, damit der Regler unabhängig von der Last nicht schwingt, und dabei auf Laständerungen möglichst gutmütig reagiert. Wenn man schon mit einem Regler starten kann der nicht schwingt, kann man den Test auch mit einer Variablen Last am Ausgang machen - am einfachsten einer AC Stromquelle. Das ist zumindest noch relativ intuitiv. Über den Frequenzgang der Spannung am Ausgang bekommt man dann direkt den Ausgangswiderstand als Funktion der Frequenz. Wenn man da Probleme wie Resonanzen erkennt, muss man die oben genannten Teile anpassen und ggf. noch die eine oder andere RC Kombination (z.B. ein kleiner Widerstand in Reihe zu R4) zur Schaltung hinzufügen, bis es passt.

Die Schaltung hat so immer noch das Problem mit der Belastbarkeit des Endstufentransistors. Bei 80 V als Eingangsspannung kann der nicht wirklich viel Strom liefern. Das ist halt ein Problem bei den hohen Spannungen. Eine Möglichkeit wäre es da so etwas wie eine automatische Umschaltung zwischen 2 Spannungen vom Trafo vorzusehen. Das wäre so ähnlich wie bei einem Klasse G (oder H) Audioverstärker. Der Spannungsabfall wird dabei auf 2 Transistoren in Reihe aufgeteilt, die dann deutlich mehr Strom liefern können. Außerdem reduziert sich die Verlustleistung und der Kühlkörper darf kleiner werden.

[Dominik009]

Hallo!

Vielen, vielen Dank für die umpfangreiche erkläurung

Ich werde das Poti Problem lösen wie von PCIture vorgeschlagen oder wie von Besserwessi in ) vorgeschlagen. Das geht schneller und leichter als die multiplikative möglichkeit. Werde mich da heute abend noch dransetzen.


Mit schwingungen sind wie ich annehme schwankungen der ausgangsspannung gemeint, die man mit eime Oszi feststellen kann, richtig?

Zum Thema SOA. Gibt es keine Transistoren wo die SOA höher liegt (z.b. Darlingtontypen)? Habe mal in die Datenblätter von
BDV 65B ,BDX 67C und von den BU-Transistoren bein BUX98 ISC geschaut und nichts von einer SOA gefunden. Haben die keine? Kann ja eigentlich nicht sein. Wäre anstelle eines NPN Transistor nicht auch ein MOSFET möglich?

Wäre es alternativ nicht möglich 2 Transistoren zusammenzuschalten?
Bild hier  

Viele Grüße
Dominik

[PICture]

Bei jedem analogem Spannungregler wird immer (Eingangspannung - Ausgangspannung) * Ausgangstrom in Wärme umgewandelt, die Abgeführt werden muss, egal wie sie verteilt wird. Ohne Lüfter könnte man nur bis zu 1/3 der max. Verlustleistung (Ptot) z.B. von einem Transistor praktisch nutzen.

[Besserwessi]

Bei Schalttransistoren wie dem BUX98 fehlt oft eine Angabe zum SOA - das heißt aber nicht, dass es da nicht auch die Grenze gibt, sondern einfach nur das man sich als Schalter nicht so drum kümmern muss. Das Problem ist ein prinzipielles, und trifft auch MOSFETs: Der Strom verteilt sich nicht immer gleichmäßig, und über die Temperatur kann es zu positiver Rückkopplung kommen, vor allem wenn die Spannung hoch ist. Auch bei MOSFETs gibt es eine solche Grenze, die aber nur sehr selten angegeben wird, weil die meisten MOSFETs als Schalter vorgesehen sind. Für Audioanwendungen gibt es da spezielle relativ teure Typen, die auch für den Linearbetrieb vorgesehen sind und nicht so sehr unter den Begrenzungen leiden.

Es gibt auch etwas stärkere Transistoren wie z.B. den MJ15003. Da wäre dann rund 1 A möglich.
Die günstigere Alternative wäre aber wohl 2 Transistoren in Reihe, die sich die Spannung aufteilen. Da könnten dann 2 Stück BD249 bis etwa 1,5 A liefern. Dazu käme noch das man damit eine 2. kleinere Spannung vom Trafo nutzen könnte.

Parallel ginge im Prinzip auch, so ähnlich wie gezeigt mit je einem zusätzlichen Widerstand am Emitter, damit sich der Strom gleichmäßig verteilt. Allerdings hätte man mit 2 mal BD249 dann auch nur etwa 500 mA als Limit. Bei Leistungsverstärkern oder Linearnetzteilen für kleinere Spannungen macht man das mit der Parallelschaltung auch häufig.