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BID = 502346
maxpower
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Hallo zusammen,
ich brüte gerade an einem stabilisierten Labornetzgerät, dabei bin ich mir nicht sicher, ob ich echtes PWM verwende.
Es wäre auf jeden fall sehr nett, wenn ihr euch das zugegebenermaßen etwas wirre Layout mal anschauen könntet und eure Meinungen dazugebt und Verbesserungsvorschläge gebt, auch über Bauteildimensionierung oder mich bei gravierenden Mägeln zurechtweist.
An das Gerät stelle ich keine alzu hohen anforderungen was restwelligkeit,... angeht, ist wahrscheinlich eher als ein Lernprozess meinerseits anzusiedeln...will das Gerät aber dennoch bauen. Der Ausgang sollte bis ungefähr 30V 3A gehen, wobei es noch keine konkrete Anwendung gibt.
Als Quelle dient ein Trafo, welcher 2x 28V(~39Vss), 2x 22V(~31Vss) und 1x 9V liefert.
Da ich mit LtSpice gearbeitet habe, sind einige Bauteile nicht ganz korrekt:
- R5+R6 sind ein 10K Drehpoti zur Spannungseinstellung in der Frontplatte
- R13 ist ein 10k Drehpoti zur Strombegrenzung in der Frontplatte
- R12 ist ein Trimmpoti zur Begrenzung des Maximalstromes
die folgenden Vorschläge kommen daher, da ich diese Bauteile noch rumliegen hab
-A2> NAND ist ein MC14911 CMOS (Quad-Nand)
-A1> D-FF ist ein SN74LS74AN TTL (Dual-D-FF)
- OPs sind MC1458N oder TL081
- anstatt dem 555 hab ich nen 7555(der meines Wissens gleich ist)
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So funktioniert das Gerät in meinem Kopf:
U1 (OP) vergleicht meine Referenzspannung mit der realen Ausgangsspannung (über Spannungsteiler). Ist Ausgangsspannung größer als Referenz, dann ist der Ausgang auf 0 und umgekehrt. Der Ausgang geht auf NAND.
U2 (OP) vergleicht die Spannung am Shunt mit Stromreferenzspannung. Ist der reale Strom größer als Referenz geht der Ausgang auf 0 (bzw. -U) . Auch auf NAND.
Das Nand ist am D-Eingang des D-FF.
Am Clock ist der 7555 mit ca.100kHz.
Ich wollte eigentlich ein UND anstatt des NAND verwenden, aber das D-FF kann den "Lasttransistor" Q2 nie direkt ansteuern. Daher NAND und dann wieder über Invertierung über den Treiber Q1.
R16 ist eine Beispiellast
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Nun auch noch ein paar fragen:
-Verstehen sich das NAND und das D-FF wegen TTL vs. CMOS?
-Funktioniert die Strombegrenzung (sind ja immer Stromimpulse, welche ich versuche durch D5, C9(1n?) und R1(100k?) zum Mittelwert des Stromes zu bringen)?
- Abgesehen davon, dass die Ausgangsspannung bei sehr kleinen Spannungen und großen Strömen sehr zerhackt aussähe. Wie erreiche ich eine sehr kleine Ausgangsspannung, da der Poti (R5+R6) ja nie gegen 0Ohm geht sondern immer einen Restwiderstand(~100Ohm) hat?
Nicht sooo wichtig:
Könnte mir auch jemand den TL494 etwas näher beschreiben (soll laut einigen Aussagen ja sowas ähnliches machen, wie ich es gern hätte)? Aus dem Datenblatt werde ich einfach nicht richtig schlau wie die internen Komponenten angeschlossen werden und was sie dann machen...
Auf Rapidshare.com ist das *.log File
http://rapidshare.com/files/93963519/Final.log.html
die *.asc und *.plt sind im Anhang.
Besten Dank an alle, die sich die Mühe machen!!!
Gruß Max |
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BID = 502357
perl
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Zitat :
| | brüte gerade an einem stabilisierten Labornetzgerät, dabei bin ich mir nicht sicher, ob ich echtes PWM verwende. |
Du must dir darüber im Klaren sein, dass du dann erhebliche Anteile der Schaltfrequenz in der Ausgangsspannung hast.
Für ein Akkuladegerät mag das akzeptabel sein, für ein Labornetzteil meist aber nicht.
Allenfalls könnte man darüber nachdenken, den Schaltregler als Vorregelung für einen linearen zu verwenden, damit dort nicht so hohe Verluste entstehen.
Unterschätze aber nicht die Schwierigkeiten, die es macht die Schaltfrequenz wirklich von der Ausgangsspannung fernzuhalten!
Viele Labornetzgeräte verwenden daher lediglich eine Umschaltung des Netzrafos etwa bei der Hälfte der vollen Ausgangsspannung.
Im übrigen ist deine Schaltung schlicht falsch!
Man braucht eine Speicherdrossel und eine Diode am Ausgang des Schalttransistors, sonst wird das nichts.
Solange du nicht einmal das Prinzip verstanden hast, solltest du dich nicht an Schaltnetzteilen versuchen.
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Bei obigem Beitrag handelt es sich um meine private Meinung.
Rechtsansprüche dürfen aus deren Anwendung nicht abgeleitet werden.
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BID = 502394
maxpower
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@Perl
Danke dir für die schnelle Antwort.
Dass die Schaltfrequenz im Ausgang als restwelligkeit ist, stört mich prinzipiell nicht.
Bei der angegebenen Schaltung beträgt die Ausgangsspannung laut Simulation 20,78V +-0,014V (die Simulationen dauern, ohne dass LtSpice wegen zu geringer Auflösung meckert, für 250ms ca eine Stunde)
Aber über nachgeschaltete Linearregler hab ich noch gar nicht nachgedacht... .
Könntest du mir bitte erklären, warum meine Schaltung PRINZIPIELL falsch ist? Außer die Stromregelung.
Was PWM ist mir klar, nur wie sie praktisch realisiert wird nicht.
Es wird doch durch durch den Tastgrad des Ausgangstransistors der arithmetische Mittelwert der Spannung abgesenkt.
Bei meiner Schaltung wird jedoch bei jeder steigenden Flanke der Clock "geschaut" ob die Referenzsspannung oder die Ausgangsspannung größer ist. Falls die Spannung größer werden muss, schaltet das D-FF den Ausgangstransistor durch. Dies wird so oft verglichen bis der Ausgang größer als die Referenz ist (so lange bleibt der Transistor durchgehend eingeschaltet, da am D-Eingang des FF eine logische 1 ist). Dann wird so lange gesperrt, bis der Ausgang wieder kleiner als die Referenz ist, usw. Ist also meiner Meinung nach nur fast PWM, daraus ergibt sich ja Schaltungstechnisch die Welligkeit.
Jedoch arbeiten die Digitalverknüpfungen laut Datenblatt bis über 100MHz. Wenn man dann noch Luft für die Laufzeiten lässt und dann nochmal Sicherheit, musste man doch die Clock weit über 100kHz hochschrauben können, was dann die Welligkeit weiter minimieren dürfte.
Sorry wenn ich total auf dem Holzweg bin, aber bitte erklären.
gruß Max
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BID = 502419
perl
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Zitat :
| | Es wird doch durch durch den Tastgrad des Ausgangstransistors der arithmetische Mittelwert der Spannung abgesenkt |
Das kannst bei kleinen Leistungen, etwa dem Audio-DAC eines CD-Players machen, aber wenn du bei grossen Leistungen die Drossel vergisst, qualmt es.
Wenn deine Simulation das nicht erkennen lässt, ist sie schlicht falsch.
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BID = 502465
maxpower
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Kann mir das jemand mit der Drossel im Ausgang genauer erklären, oder einen Link, auf dem das verständlich beschrieben ist.
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Mutmaßungen:
Ich glaube zu verstehen, dass die Drossel durch die in ihr gespeicherte Energie in den Pausen durch eine Freilaufdiode den Stromfluss aufrecht erhält.
Falls das o.g. stimmt, wäre doch die Spulendimensionierung für so ein "Weitbereichsnetzgerät" mit wahrscheinlich sehr unterschiedlichen Lasten so gut wie unmöglich.
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Glättet der Kondensator im Ausgang (C6 3300uF)<(könnte ja auch noch größer ausfallen) die Impulse nicht genügend? Laut der Simulation gibt es dort keine Spannungsspitzen?!?
@Perl
Was qualmt? Ich steh wirklich total auf dem Schlauch. Sorry!
gruß Max
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BID = 502472
perl
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Zitat :
| | Ich glaube zu verstehen, dass die Drossel durch die in ihr gespeicherte Energie in den Pausen durch eine Freilaufdiode den Stromfluss aufrecht erhält. |
So ist es.
Zitat :
| | Falls das o.g. stimmt, wäre doch die Spulendimensionierung für so ein "Weitbereichsnetzgerät" mit wahrscheinlich sehr unterschiedlichen Lasten so gut wie unmöglich. |
Deshalb ja auch die oft zu gestellte Forderung nach einer Grundlast. Wer hat denn behauptet, dass die Dimensionierung eines SNT einfach sei ?
Der Schalttransistor oder die Elkos oder alles zusammen.
Zitat :
| | oder einen Link, auf dem das verständlich beschrieben ist. |
In hunderten von Datenblättern und Applikatiosschriften zu Schaltreglern findest du das Wichtigste. Du brauchst das nur zu lesen.
Manchmal steht darin sogar, wie man es vermeidet anstelle eines Netzteils einen Störsender zusammenbrauen.
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BID = 502491
maxpower
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@Perl,
Besten dank für die schnellen und kompetenten Antworten! Jetzt bin ich schon mal weiter.
Ich versteh zwar immer noch nicht ganz, warum das nötig ist und die Überbrückung nicht von einem großen Kondensator am Ausgang allein übernommen werden kann. Ich vertrau aber natürlich deiner Erfahrung. Du bist ja nicht erst seit Gestern hier unterwegs.
Hab das mal kurz bei unveränderter Schaltung probiert. Mit 10 Ohm Last.
Eine >500mH< Drossel im Ausgang mit der dicken Schottky als Freilauf.
Problem: da treten Stromspitzen (nur für ca 1ms, aber immerhin) von über 80A auf. Ohjemine!!!
gruß Max
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BID = 502531
berufsbastler
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Ohne Induktivität jagst du immer Kurzschlussströme in den Elko und natürlich genau so durch den Schalter.
und hier kannst du mal gucken wie ein Tiefsetzsteller funktioniert, was du für deine Anwendung bräuchtest
http://www.ipes.ethz.ch/ipes/dcdc/Buck_1.html
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BID = 502711
UniTech
Gerade angekommen
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Hallo maxpower,
möchte Dir mal etwas weiter helfen.
Lade Dir mal die PDF-Datei und schau Dir
mal die Schaltungen an, hilft Dir garantiert weiter.
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BID = 502915
powersupply
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Hallo
Als Freund der deutschen Sprache möchte ich Dir DIESE Seite empfehlen
Gruß powersupply
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BID = 503747
teotihuacan
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Erkundige dich erst mal genau über Abwärtswandler. Da gibt es viel zu beachten, es ist nicht so einfach, mal schnell ein Schaltnetzteil bauen.
Zitat :
| | Wenn man dann noch Luft für die Laufzeiten lässt und dann nochmal Sicherheit, musste man doch die Clock weit über 100kHz hochschrauben können, was dann die Welligkeit weiter minimieren dürfte. |
Bei solchen Frequenzen ist zwar die Restwelligkeit geringer und man braucht auch keine riesigen Induktivitäten mehr für die Speicherdrossel, jedoch handelt man sich auch schnell mal andere unschöne Sachen ein, z.B. kann man auch schnell mal einen Störsender betreiben. Dazu kommt, dass der Schalttransistor sowie die Ansteuerung für diesen für Frequenzen jenseits der 100kHz ausgelegt sein müssen. Transistoren verbraten während der Anstiegs- und Fallzeiten die meiste Energie, d.h. je größer die Schaltzeiten, desto kleiner der Wirkungsgrad und desto schlechter kann man ab bestimmten Frequenzen regeln (wenn aufgrund miserabler Flanken die erwünschte Rechteckspannung schon mehr einer krummen Dreieckspannung gleicht). Auch Operationsverstärker sind relativ langsam, z.B. der TL082 hat eine Slewrate (Anstiegsgeschwindigkeit) von 13V/µs, d.h. er braucht für einen Anstieg bzw. Fall um 13V 1µs. Da hat man dann bei 100kHz schon ziemlich schlechte Flanken und ab ca. 1MHz bei einer Amplitude von 5V nur noch eine Dreieckspannung.
Von daher würde ich nicht weit über 100kHz hinausgehen.
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BID = 503752
perl
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Zitat :
| | Von daher würde ich nicht weit über 100kHz hinausgehen |
Selbst das dürfte ein TL082 an dem hochkapazitiven Eingang des MOSFETs nicht schaffen.
10kHz oder noch weniger dürften da realistischer sein.
Nicht umsonst gibt es spezielle MOSFET-Treiber, die Ausgangsströme im A-Bereich liefern.
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BID = 503832
teotihuacan
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Natürlich wäre ein Mosfet-Treiber angebracht. Dies ist zum Beispiel durch eine Komplementär-Treiberstufe aus zwei bipolaren Transistoren einfach zu realisieren. Bei den GS- und GD-Kapazitäten von Power-Mosfets fließen da locker mal Ströme von 200mA oder etwas in der Größenordnung. Da haut der TL082 und wohl so gut wie jeder andere Standard-OP seine Strombegrenzung rein.
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BID = 503869
berufsbastler
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auch mal 2-3 A
gibt aber bipolarstufen die das auch packen, auch bei 100kHz oder mehr.
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BID = 504879
maxpower
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N´Abend,
vielen dank für die vielen super Antworten! Hab die letzten Tage sehr viel Zeit im Keller und vor LtSpice verbracht.
Jetzt versteh ich wenigstens die zusammenhänge. Super sache, so ein Step-Down-Wandler.
Nun mal einige Anmerkungen: (Bis jetzt nur Erfahrungen von der Simulation, da ich (noch) kein Oszi hab)
- Hab als Schalter einen N-Kanal IRF740 (Weil der bei mir noch rumliegt). Kann denn der Gatestrom von ca. 80mA stimmen? Ich arbeite gerade mit 90kHz.
- Wie kann ich es denn erreichen, dass ich vor dem ersten einregeln beim Einschalten keine Spannungsspitze an den Ausgang bekomme (ohne Relais)?
- Für was ist denn der Deadtime-Eingang beim Tl494 vorhanden? Hab meine Schaltung bis jetzt diskret aufgebaut (Timer mit ICM555), da ich mit dem IC immer noch nicht per DU bin?
Resumé bis jetzt:
Wer sich so ein Weitbereichsgerät bauen will, muss entweder richtig viel Geld in gute Bauteile stecken, einen extremen Aufwand treiben.... oder keine allzuhohen Anforderungen an die Ausgangsspannung haben. Vor allem die dimensionierung des Ausgangs scheint ja ne Wissenschaft für sich zu sein.
@Perl: Sogar die Geschichte mit der Grundlast ist jetzt angekommen 
Bis jetzt sehe ich das noch so, kann sich ja noch ändern?!
gruß Max
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