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Spannungsregelung (DIY)

Diskutiere Spannungsregelung (DIY) im Elektronik allgemein Forum im Bereich WEITERE ELEKTROTECHNISCHE BEREICHE; Hi, ich habe ein kleines Problem bei dem ihr mir sicherlich helfen könnt. Ich habe vor einen Spannungsregler zu bauen mit dem ich über einen µC...

  1. ruNN0r

    ruNN0r Strippenstrolch

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    Hi, ich habe ein kleines Problem bei dem ihr mir sicherlich helfen könnt.
    Ich habe vor einen Spannungsregler zu bauen mit dem ich über einen µC eine Soll Spannung vorgebe und der diese Spannung am ende halten soll. Es sollen dabei auch größere Ströme fließen können (3-4A)
    Es hört sich schon fast an wie ein Projekt zum bau eines Labornetzteils und ja, sowas ähnliches wird das auch ;) Jedoch habe ich noch einige Probleme.

    Um die Spannung zu regulieren habe ich mir eine OPV schaltung überlegt. Ein Transistor soll dann als Emitterfolger die Spannung am Ausgang liefern. Dabei plane ich keinen Vorwiderstand damit der Strom maximal fließen kann. Ich hoffe soweit habe ich keine Denkfehler gemacht. Ich habe ein Bild einer Simulierten Schaltung angehängt.
    opv.jpg

    Am nicht invertierten eingang lege ich eine Spannung an die vom µC mittels DAC erstellt wird. Am ivertierten eingang lege ich die Ausgangsspannung an und über die Diode die reale Ausgangsspannung die ich habe. So soll der OPV immer schön nachregeln. Funktioniert auch super wenn ich die Spannung an V2 verändere. Jedoch, wenn ich eine Last an den Transistor hänge, bricht meine Spannung zusammen und erholt sich auch nicht wieder. Warum? Ich verstehe leider nicht. Selbst bei 100Ohm (somit ca. 300mA) bricht die Spannung auf gut 7V zusammen in der Simulation. Fand meine Idee so toll, und war stolz dass es soweit funktioniert. Liegt das vielleicht an der Simulation oder ist das wirklich so bzw. wird das so passieren?

    Ich hoffe ihr könnt mir helfen und Danke im vorraus.
     
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  3. bigdie

    bigdie Freiluftschalter

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    AW: Spannungsregelung (DIY)

    Ich denke mal so in der Art wird das eher etwas. Der OP muss ein Rail2Rail Typ sein, oder er braucht eine negative Betriebsspannung. Der Spannungsteiler am Ausgang bestimmt die Verstärkung. Wenn du ihn weglässt und direkt zurückkoppelst aud den invertierenden Eingang des Op, dann ist die Ausgangsspannung genauso Hoch wie die Spannung des DA-Wandlers vom Prozessor.
     

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  4. ruNN0r

    ruNN0r Strippenstrolch

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    AW: Spannungsregelung (DIY)

    Das ist nicht schlecht! Damit lassen sich dann auch gleich die 5V des µC realisieren. Das wollte ich eigentlich mit einem 2ten OPV realisieren. Ich frage mich jedoch wozu die beiden Widerstände an den eingängen da sind. Über die Eingänge fließt dich eigentlich (soweit ich es gelesen habe) kein Strom und somit fällt für mich die "schutzfunktion" weg. Ich habe es in der Simulation mit 10k Widerständen realisiert und einmal ganz ohne. Jedoch gibt es keinen Unterschied für mich.
    Ansonsten, echt genial!

    Jetzt muss ich nur noch aufpassen, dass ich den OPV nicht überlaste wenn ich höhere Lasten schalten will. Also ich mein bei 3-4A könnten ja schon je nach Transistor so 20mA I_BE zusammen kommen oder? Könnte man das besser mit einem Treibertransistor lösen oder mit einem Darlington? Ein Darlignton ist dann ja nicht viel anders als wenn ich einen zweiten Transistor einbaue oder?

    Danke dir auf jeden fall!
     
  5. bigdie

    bigdie Freiluftschalter

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    AW: Spannungsregelung (DIY)

    Das kommt auf den Op an. Nur bei Ops mit Fet-Eingängen fließt kein Strom, die meissten Ops haben aber bipolare Transistoren im Eingang.
    Ob du einen integrierten Darlington oder eine Darlingtonschaltung aus 2 Transistoren nimmst, ist eigentlich egal. Ist das nur ein Anfängerbastelprojekt, welches dann selten läuft, oder soll es etwas werden, was ständig in Betrieb ist? So eine Längsreglerschaltung ist eine Energievernichtungsmaschine und wenn man schon einen Microkontroller davor hat, gibt es da bessere Möglichkeiten. Mit einem Pwm Ausgang steuerst du den Schalttransistor, hier im Bild mit Darlington, dafür kann man auch einen Mosfet nehmen. Danach kommt die für Schaltregler typische Speicherdrossel und Schottkydiode. Und vom Spannungsteiler geht die Rückführung auf einen Analogeingang des Prozessors. Die Regelung ist dann Software.
     

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  6. ruNN0r

    ruNN0r Strippenstrolch

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    AW: Spannungsregelung (DIY)

    Es wird ein Versuch der hoffentlich gelingt ;) Also ich möchte gerne eine Variable Spannungsquelle haben um meine Schaltungen zu realisieren (Labornetzteil). Jedoch geht es mir ums selber bauen und ich lege nicht so viel wert auf einige Details. Ich möchte gerne verstehen wie man Spannung mittels µC steuern kann und nach dieser Planung möchte ich das noch auf den Strom ausbreiten. Jedoch ist dies kein großes kriterium.
    Zu guter letzt, möchte ich gerne ein Netzteil haben, das mit 2 Variable Spannungen liefert mind. 0-24V. Die Spannungen sollen sauber sein (Also ohne schwingungen). Dazu noch 5V festspannung per USB und 12V Festspannung. Die Festspannungen sind von den anderen Spannungen separiert (extra Trafo). Die anderen beiden werden mit einem Trafo erzeugt. Ich will aber so planen dass ich es später umrüsten kann!

    Hört, sich ein wenig abenteuerlich an, ich weiß! Haben mir schon viele gesagt "Ey, kauf dir doch das und das". Das will ich nicht! Ich möchte verstehen warum das so ist. Warum die Spannung sich verändert. Warum der Strom begrenzt und die Probleme alleine (zugegeben, mit etwas hilfe ;)) lösen.

    An eine Drop-Down schaltung habe ich auch gedacht. Jedoch bin ich davon abgegangen, da ich eine Bechlor-Arbeit gelesen habe in der ein Student eine solche Dropdown mal so richtig auseinander genommen hat. Dabei kam dann zu tage dass die Spannung und der Strom nicht sooo stabil ist. Ebenfalls blieben restsignaturen des PWMs über. Für Schaltungen und Entwicklungen zu viel, seiner Meinung nach. Ich habe so eine Schaltung schon im Einsatz in meiner Lüftersteuerung. Bei 4 Lüftern bricht die Spannung um en paar 100mV zusammen. Macht bei den Lüftern nichts, aber wenn ich eine Schaltung habe, stört mich das bestimmt irgendwann. Ich möchte einen Ist-Wert vorgeben und dieser darf bei Lastveränderung nicht mehr als 100mV verändern.

    Da ich nun das erste Problem meiner Variablen Spannung mit Ist-Wert-Vorgabe dank dir gelöst habe, möchte ich noch eine Strombegrenzung in die Schaltung realisieren.
     
  7. bigdie

    bigdie Freiluftschalter

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    AW: Spannungsregelung (DIY)

    Eins solltest du dann aber bedenken, wenn du einen 24V Trafo nimmst, hast du nach der Gleichrichtung+ Glättung ca. 28-30V bei belastung. die brauchst du auch, wenn stabile 24V herauskommen sollen. Angenommen du stellst die Strombegrenzung auf 3A ein und machst dann einen Kurzschluss, dann muss der Transistor ca. 90 Watt verbraten. Wenn du die Spannung z.B. auf 5V einstellst, und 4A brauchst, verheizt der Transistor 100W. Dementsprechend muss der Transistor und auch der Kühlkörper ausgelegt sein.
    Die Firma Statron hatte in ihren Längsreglernetzteilen deshalb eine Umschaltung der Eingansspannung. Dabei wurde die Ausgangsspannung überwacht, und wenn diese unter 9V sank, wurde vor dem Längsregler die Spannung am Trafo umgeschaltet. Dazu brauchst du dann aber entweder einen 24V Trafo mit Mittelanzapfung oder 2 12V Trafos.
    In den vorherigen Beispielen würde sich die Verlustleistung dadurch halbieren.
     

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  8. #7 ruNN0r, 31.03.2013
    Zuletzt bearbeitet: 31.03.2013
    ruNN0r

    ruNN0r Strippenstrolch

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    AW: Spannungsregelung (DIY)

    Die Idee, ist echt genial!!! Bedeutet aber auch, dass ich meine Steuerelektronik zusätzlich versorgen muss. Über ein Minitrafo oder so. Habe aber schon gehört, dass soll besser sein wenn man die Steuerung extra versorgt. So, ich versuch mich mal weiter an der Strombegrenzung. Leider bekomme ich das noch nicht so ganz hin. Ich habe schon versucht, mittels eines PNP Transistors dem letzen Transistor die Elektronen zu klauen. Aber das geht leider auch nicht so ganz. Einen PNP in reihe dazu schalten soll wohl auch gehen, aber dann habe ich wieder einen Spannungsabfall und einen Transistor mehr den ich kühlen muss später.

    Zur kühlung später habe ich mir gedacht, nehme ich lieber 2 Leistungstransistoren und schalte die parallel. So müsste ich rein Theoretisch weniger probleme damit bekommen und kann ggf, auf eine aktive kühlung verzichten. Aber das ist alles noch etwas hin ^^

    Edit: Wenn ein Admin das hier sieht, könnt dieser bitte den Titel des Themas in "Spannungsregelung u. Strombegrenzung (DIY)" ändern. Ich denke dass ist passender und erleichtert die Suche anderer. Danke!
     
  9. ruNN0r

    ruNN0r Strippenstrolch

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    AW: Spannungsregelung (DIY)

    So,
    ich denke ich habe es geschafft. Ich habe einen weiteren Transistor hinter den Lastwiderstand gelegt den ich dann per DAC steuern kann. das ist dann nicht 100%ig linear und auch nicht sehr genau, aber besser habe ich es nicht hin bekommen. Ein Shunt am Lowside gibt mir noch die möglichkeit den Strom zu messen, 8x verstärkt durch einen weiteren OPV.
    V3 = Versorgungspannung.
    V2 = Versorgung der Logikschaltung.
    V1 = DAC Strom.
    V4 = DAC Spannung

    Was meint ihr?
     

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  10. bigdie

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    AW: Spannungsregelung (DIY)

    2 mal Eingreifen in den Hauptstrom würde ich nicht. Beide Transistoren und Kühlkörper müsstest du für die volle Leistung auslegen. Ich hab hier mal schnell sowas aufgezeichnet (ohne Funktionsgarantie) wie ich es machen würde. Der Op wäre dann ein 4-facher mit Fet Eingang z.B. TL084. Die negative Spannung für die Ops erzeuge ich mit einem 555 wie auf folgender Seite
    KHD Timer 555
    Rechte Spalte 6. Zeile.
    Die Darlingtonschaltung wird in diesem Fall über einen Widerstand durchgesteuert und das so lange bis entweder T3 oder T4 durchsteuert. T3 macht das, wenn die Spannung zu hoch wird, T4 bei zu hohem Strom. Op3 Verstärkt die Spannung über dem Shunt. Dieser kann daher einen sehr kleinen Widerstand haben z.B. 0,01 Ohm
    Ich nehm dazu immer solche, da ist Strom und Spannungspfad getrennt und daher die Leiterplatte unkritisch
    Isabellenhütte Präzisionswiderstand PBV 0,5% PBV 0,01 (L x B x H) 22 x 4 x 17 mm 0.01
    Parallel zum Op könntest du an den Schunt auch ein Messgerät zur Strommessung hängen.
     

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  11. bigdie

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    AW: Spannungsregelung (DIY)

    Wie gesagt nur ein grober Entwurf ohne Widerstände zu berechnen usw. In der Praxis kämen dann noch parallel zu den Elkos 100n Keramikkondensatoren ebenso an alle Op-Eingänge gegen masse. Im Ausgang ebenso ein 100n + ein 10-100µ Elko. Direkt am Op würde dann die positive und auch die negative Betriebsspannung auch mit jeweils einem 100n Kondensator abgeblockt. Das mußt du dier alles dazu denken und beim Leiterplattenentwurf beachten.
     
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