Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannung von 5-8v auf 5,8v begrenzen


von Robert Budde (Gast)


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Hallo!

Ich bin auf der Suche nach einer Schaltung die eine Eingangsspannung
von 5-8v auf 5,8v oder weniger begrenzt.

Ich benutze einen 5-zelligen Micro-Akku-Pack um zwei Servos zu
betreiben die für maximal 6v vorgesehen sind. Da es sich um recht teure
Digitalservos handelt würde ich ungern die 7,6v draufschalten, die der
Pack im frisch geladenen Zustand hat.

Im Modellbau gibt es im Elektro-Bereich sehr sehr kleine Fahrtenregler
die unter anderem ein "BEC" mit 5,8v und bis zu 2,4A zur verfügung
stellen.

Ein Festspannungsregler fällt aufgrund der Tatsache raus das der Regler
ab einer bestimmten Spannung "durchschalten" soll, also unter 5,8v die
Akkuspannung direkt aufschalten soll. Eine Toleranz von 0,2v wäre auch
im laufenden Betrieb sicher kein Problem.

Hatte an eine Art selbstregelnden Spannungsteiler gedacht:
Ein Transistor schaltet immer so viel durch das an einem parallel zu
einem eventuellen Verbraucher geschalteten Widerstand 5,8v abfallen.
Wenn die Spannung durch vermehrte Stromaufnahme des Verbrauchers unter
5,8v fällt schaltet der Transistor mehr durch und regelt wieder auf
5,8v, wenn die Spannung zu hoch wird wird er hochohmiger. Wenn die
Eingangsspannung unter 5,8v fällt würde der Transistor durchschalten.

Was haltet ihr von der Idee? Welcher Transistor eignet sich hierfür
(wahrscheinlich ja ein Verarmungstyp)? Könnte so ein System zum
Schwingen neigen? Wie schnell könnte das System wohl auf eine
Zustandsänderung reagieren?

Der erhöhte Strombedarf wäre im Bereich bis zu 50mA unproblematisch, da
die Schaltung hinter einem Schalter liegen würde. Der Spannungsabfall
würde maximal 2v betragen, der Strom im Schnitt nicht über 1A, daher
sollten die 2W Verlustleistung handhabbar sein.

von Winfried (Gast)


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Es gibt Spannungsregler, wo nur 0.1 V Dropout abfällt bei 100mA, z.B.
von Torex. Ich weiß nicht, wie die sich verhalten, wenn Uin kleiner der
zu regelnden Spannung wird, vermutlich steuern die dann aber total durch
und es fällt eben die 0.1V ab. Wenn dir 5 V am Servo ausreichen, dann
kannst du einen 5 V Regler nehmen.

Siehe z.B.:
http://www.mikrocontroller.net/attachment.php/108355/0201_xc62fp.pdf

von Robert Budde (Gast)


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Hallo Winfried,

vielen Dank für deine Antwort. Leider ist das gute Stück für meine
Anwendung nicht geeignet, da er max. 250mA abkann. Alleine einer der
beiden eingesetzten Digital-Servos zieht bis zu 1,5A (Spitzenstrom).
Daher gehe ich einfach mal von mindestens 1A im Mittelwert aus.

Die Servos laufen zwar mit 5,0v bei schlechteren Leistungswerten,
allerdings ist für mich dann der Vorteil der 5 Zellen dahin und ich
kann 4 Zellen nehmen, womit ich mir auch wieder 14gr sparen würde.

Wie schon oben gesagt, das Teil muss eigentlich gar nicht "highly
accurat 2%" regeln, auch können es 5,6v oder 6,0v werden (auch im
Betrieb darf das langsam so schwanken, also durch Erwärmung des
Bauteils oder so).
Beim Einschalten darf auch kurzfristig die voll Spannung anliegen und
auch im "Störungsfall" darf die volle Spannung anliegen.

Dieser Link entspricht meiner Idee, allerdings verstehe ich nicht warum
er von LowDrop spricht, denn der Verarmungstyp sollte doch auch so
durchschalten wenn der Spannungsteiler Ugs nicht mehr so hoch bringt um
zu sperren? http://www.oliverbetz.de/ureg600/ureg600.htm

von Axel (Gast)


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Hi,
max1745? lässt sich auf 5,8Volt einstellen, und schaltet die
Eingangsspannung direkt durch, wenn se fällt.

Ob man den bekommt, weiß ich jedoch nicht

Axel

von Robert Budde (Gast)


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Hi Axel,

danke für deinen Beitrag! Der Max1745 sieht echt interessant aus! Vom
Verhalten her genau das was ich suche! Allerdings schon ein recht
schweres Geschütz. Zudem weiß ich nicht ob er evtl. meine
Fernsteueranlage stört, daher wäre mir eine analoge Lösung lieber. Auch
auf so schicke Sachen wie Strombegrenzung oder On/Off kann ich
verzichten, obwohl ich es echt interessant finde. Leider scheint er
echt nicht weit verbreitet zu sein. Werde mal nach nach anderen
100%-Duty-Cycle-Reglern gucken.

Keiner eine Idee zu obiger Schaltung? Oder ist die euch vom Verhalten
her einfach zu trivial? Evtl. könnt ihr mir einfach einen Tipp geben
für eine Standard-Type die ich bei Conrad bekomme (ist bei mir in
Schlagdistanz und ich muss nicht bestellen), dann könnte ich mal selber
testen.

Danke!

Gruß
Robert

von Benedikt (Gast)


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Was spricht gegen einen MOSFET als Extreme Low Drop Längsregler ?
Ein kleiner Operationsverstärker, eine Spannungsreferenz, ein paar
Widerstände und der MOSFET reichen.

von Ronny Schulz (Gast)


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Kommt eine Operationsverstärkerschaltung mit nachgeschaltetem FET oder
Transistor in Frage? Die Referenz könnte man ja mittels Z-Diode fest
einstellen. Verstärkungsfaktor ist dann einfach 1, da die Z-Diode ja
die Ausgangsspannung vorgibt.

von Robert Budde (Gast)


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Hallo Benedikt und Ronny,

die Idee klingt auch wunderbar. Würde wegen Gewicht, Preis und
ausreichender Genauigkeit dann die Z-Diode-Lösung bevorzugen. Also
einen Spannungsfolger dessen Rückkopplung hinter dem Mosfet abgegriffen
wird? Welcher Op würde sich denn anbieten für welchen Mosfet? Habe
leider was Mosfets angeht nicht wirklich den Durchblick welcher Typ mit
welcher Spannung angesteuert werden muss. Das Verhalten bei einer
Spannung unter 5,8v glaube ich scheint aber korrekt zu sein weil der OP
dann voll durchschaltet. Die Frage ist reichen dem Mosfet 5v oder gar
weniger um einigermaßen niederohmig zu werden?

Gruß
Robert

von Manuel Friedmann (Gast)


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Servus hier schreibt Dir der Manuel lol

Hast Du ne Fax-Nr.: ???

Habe gerade keine Lust dir die Schaltung im PC zu zeichnen.

Würde sie dir aber im laufe des Tages auf nen Zettel kritzeln und sie
dir dann zufaxen


Gruß Manuel

von Robert Budde (Gast)


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Hi Manuel!

Leider habe ich keine Fax-Nummer... Evtl. kannst du mir eine deiner
Idee sehr ähnliche Schaltung im Web zeigen? Danke!

Gruß
Robert

von Manuel Friedmann (Gast)


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ist "...@epost.de" deine aktuelle mailadresse???

las mir n bisserl zeit, habe gerade meine Anlage in einzelteilen und
keinen scanner zur hand aber heute abend oder morgen früh geht das ding
wieder dann schick ich dir n "*.jepeg"


Gruß

von Winfried (Gast)


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Der IRF7220 z.B. schaltet bei 2 Volt schon recht gut durch. Gibts bei
Reichelt.

Vielleicht ist es einfacher, so vorzugehen: Ein Wald-und-Wiesen
Low-Drop Spannungsregler, den du mit einem Fet auch überbrücken kannst.
Wenn die Eingangsspannung unter einen Wert sinkt, überbrückt der FET den
Regler.

von Winfried (Gast)


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Zur Idee mit Verarmungstyp-FET. Der BSP 135 kann nur so um die 100mA.
Ich kenne keine leistungsstarken Verarmungstypen. Gibt es sowas
eigentlich?

von Manuel Friedmann (Gast)


Angehängte Dateien:

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abend,

hier dein schaltplan.

so müsste es am einfachsten gehn!!!!


schreib mir obs geklappt hat.



gruß manuel

von Winfried (Gast)


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- Die OPV's sind beide nicht für diesen Spannungsbereich geeignet,
besser LM358. Aber auch der wirds in dieser Schaltungskonfiguration
nicht tun, weil der Eingangsspannungsbereich überschritten wird.

- Am Ausgang eines OPV's darf nie ein Kondensator - schwingt sonst.
Ist eine Todsünde, die aber irgendwie eine große Anziehungskraft hat.
Sehe ich immer wieder mal.

- Die Ausgangsspannung ist immer mind. 0.7 V niedriger, als die
Eingangsspannung. Ungünstig für diese Anwendungsfall.

- Den Sinn des Relais verstehe ich nicht, musst du mal erklären.

- 1000uF/16 V sind ziemliche Klopper. Für Modellbau nicht wirklich
günstig.

- Der Arbeitspunkt der Zenerdiode/Diodenschaltung wird ziemlich
wandern, weil der Strom im Bereich 5-8 Volt sich stark ändert.

von Ronny Schulz (Gast)


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Wieviel Leistung brauchst Du denn am Ausgang überhaupt? Oder umgedreht
wieviel Strom muss der Ausgangstransistor/FET regeln können?

von Manuel Friedmann (Gast)


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- na das stimmt so nicht ganz du verwechselst den tl071 mit dem  tl081
  der tl081 ist ein JFET-OP der arbeitet bei 2-30V und hat im lerlauf
  nur einen eigenbedart von unter 1mA

- da der OP als "entkoppelnder leitungstreiber" geschalten ist und
der
  sense anschluß (Pin 2) nicht direckt mit dem ausgang (pin 6)
  verbunden ist - sondern nach dem Leistungs-Darlington liegt hast du

  eine 0,7V minus da das der OP ausgleicht.
  Der Kondensator auf pin 6 fällt nicht weiter auf - da der op nicht
  als verstärker arbeitet - der ist auch mehr für den tip 140 gedacht

- da dieser ein 3fach leistungsdarlinton ist arbeitet der sau schnell
  und er schwingt eher auf als der OP.
  wenn eu angst hast mit aufschwingen dann kannst du noch einen 100K
  widerstand parallel zu dem elko auf pin 6 schalten.

- den ca. 10000 elko brauchst warscheinlich, kannst es ja mit mem
  kleineren mal ausprobieren. du mußt bedenken das das relais eine
  gewisse umschaltzeit hat.

- der arbeitspunkt der zehnerdiode schwankt nur minimal, da eine 5,1V
  und 5,6V zehner den besten siebfachtor von allen hat.
  die zehnerdiode ist bei den eingangsschwankungen eigendlich zu
  vernachlässigen nur die 1n4007 schwankt ein bischen.

- das relais ist dein umschalter zwischen geregelter betriebsspannung
  und direcktem akkubetrieb.
  du brauchst ein 6v relais mit einem umschalter, du mußt es so
  schalten das der umschalter im angezogenen zustand KEINE verbindung
  hat und den tip nicht überbrückt.
  wenn dann die spannung zu weit abfällt das der spannungsregler nicht
  mehr arbeiten kann, fällt das relais ab und überbrückt den tip.
  somit liegt die akkuspannung direckt am ausgang.


gruß manuel

von Robert Budde (Gast)


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Hallo Manuel!

Herzlichen Dank für deinen Schaltplan. Werde die Idee mit OP und
Transistor auf jeden Fall weiter verfolgen. Allerdings ist der "hohe"
Schaltungsaufwand wie Winfried schon richtig vermutet hat zu groß.

Es geht um einen ferngesteuerten Wettbewerbs-Verbrenner im Masstab
1:10. Bei den Autos feilscht man um jedes Gramm, andererseits braucht
man aber auch viel Kraft an den Servos (Die Digital-Servos stemmen über
100Ncm bei 0,08sec auf 60grad Stellweg bei 6v). Daher hat es sich
eingebürgert im Wettbewerbsbereich mit 5 Zellen zu fahren. Ein
Akku-Pack liegt dann je nach Zellentyp zwischen 70 und 100 gr. manche
Fahrer hängen sorglos die frischen Packs mit 7,6v dran (die Spannung
bricht dann recht schnell auf 6,7v oder so), ich suche ne Möglichkeit
das ganze schonender zu gestalten.

Interessanter wird er dann in der nächsten Stufe mit Li-Polymer-Zellen.
Diese haben ja 3,7v Nennspannung, also bräuchte man 2 Zellen (oder nen
Aufwärtsregler?). Dort liegt dann bei einer Ladeschlussspannung von
4,2v pro Zelle der Bereich sogar zwischen 8,4-5,0v (bei 2,5v pro Zelle
muss abgeschaltet werden).

Die Lösung mit dem Relais ist leider also zu schwer und würde die
Gewichtseinsparung zu nichte machen. Über dem TIP fält immer eine
Spannung von 0,7v ab (normale Transistorstufe?)? Zum anderen hätte ich
die Befürchtung dass das Relais im Brensbereich zum "schwingen"
neigen wird. Wenn die Regelspannung nicht mehr ausreicht (bei z.B. 5,4)
überbrückt es den TIP. Dann allerdings liegen wieder 0,7v mehr an (z.B.
ca. 6,1v) und das Relais zieht wieder an und öffnet die Brücke.

Die Lösung mit OP und Mosfet gefällt mir allerdings sehr gut. Hier wäre
es dann ja auch relativ einfach für die Lipo-Variante einen
Unterspannungsschutz mittels Komplett-Sperrung des Mosfet über einen
zweiten OP zu realisieren.

Gruß
Robert

von Winfriied (Gast)


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Hallo Manuel,

1. TL081 ist spezifiziert für 7 V Minimum, nicht 2V. Siehe:
http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/tl081.html

2. Darauf zu hoffen, dass ein 6 V Relais bei 5V abfällt und den Regler
überbrückt, halte ich für ziemlich crazy. So könnte man kein
Seriengerät bauen. Und eine kleine Erschütterung, und das Teil fällt
dann bei einer ganz anderen Spannung ab. Ich halte das für eine nicht
praktikable Lösung. Außerdem verbrauchst das sinnlos Strom. Für
Akkubetrieb nicht geeignet.

3. Du wirst am Ausgang niemals die volle Eingangsspannung liegen haben.
Der OP kann maximal, wenn du einen Rail-to-Rail hättest, auf +UB gehen.
Damit der Tranistor leitet, müssen ca. 0.7 V abfallen, also hast du am
Ausgang +UB - 0.7V. Da du noch ein 3-fach-Darlington einsetzt, sind es
+UB - 2.1V!!! Und da du noch einen OP einsetzt, der kein Rail-to-Rail
ist, werden es noch viel mehr sein.

4. Die Spannungsreverenz schwankt deshalb stark, weil die Stromänderung
enorm ist. Das liegt daran, dass am Vorwiderstand nur sehr geringe
Spannungen abfallen. Wenn man nur 5 V hat, sollte man besser Referenzen
verwenden, die so um die 1..3V liegen, um noch genügend Reserve an
Spannung für den Vorwiderstand zu haben. Bei deiner Konstellation
kommst du sogar in Bereiche, wo am Vorwiderstand kaum noch Spannung
abfällt, weil so gut wie kein Strom mehr fließt.

von Ronny Schulz (Gast)


Angehängte Dateien:

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Hier mal mein Beitrag. Habe ich schnell mal zusammengeflickt.

von Robert Budde (Gast)


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Hallo Ronny!

Das sieht doch schon mal kompakter aus! So in etwa könnte es gehen.
Aber warum verwendet ihr alle normale Transistoren?

Habe gerade festgestellt das ich noch 2 IRF9530N hier habe. Lt.
http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf9530n.pdf , erste
Tabelle, sollte man mit ca. 5V Ugs bei Uds von 5V knappe 2A schalten
können. Dies bedingt aber nach meinem Verständnis das der OP bis 0V
runter kommt. Als OPs hab ich TL072 und LM324 da. Zener-Dioden in rauen
Mengen. Ich werde mal mein Glück versuchen.

Gruß
Robert

von Robert Budde (Gast)


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Gerade noch mal die OPs nachgeschaut: Der TL072 fängt erst ab 7v an, der
LM324 ist wesentlich genügsamer und will nur 3v. Desweiteren schafft er
wohl 0v bis Versorgung-1,5v am Ausgang. Mal sehen.
http://cache.national.com/ds/LM/LM124.pdf

von Winfried (Gast)


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@Ronny: Der Transistor invertiert, also + und - am OPV vertauschen.
Hatten wir doch schonmal :-)

Wozu eigentlich D2?

Tranistor muss mindestens ein Darlington sein, weil Ausgang nur so
10-20 mA treiben kann. Das reicht nicht.

Zenerdiode würde ich mit Kondensator stabilisieren. Natürlich auch
100nF für Versorgungsspannungsblockung des OPV's.


@Robert: Mosfet könnte in der Tat eine bessere Idee sein, was geringen
Spannungsabfall angeht. Und natürlich auch geringere Verluste z.B.
durch Basisstrom.

von Robert Budde (Gast)


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Hi!

Habe das ganze mal heute nachmittag mit einem IRF9530N und einem LM324
ausprobiert. Eingang waren 9 oder 10 Volt geregelt (Linearregler).
Zener-Diode war 6,2V (hatte keine andere). Wie Winfried richtig sagt
muss man die Zener-Diode an U- und die Rückkopplung an U+ anschließen.
Drain hab ich über testweise 470 bis 180 Ohm an Masse gelegt als Last
(hab nur nen 100mA Linearregler gehabt). Rückkopplung direkt von Drain
auf U+.

Das ganze funktioniert auch recht gut, allerdings messe ich bei einer
Zenerspannung von 6,2V bei 9V-Betrieb eine Regelspannung von 6,3-6,4V,
bei 10V-Betrieb sogar 6,5V. Ebenfalls komisch ist das wenn ich die Last
erhöhe! (also kleineren Masse-Widerstand an Drain) die Spannung dort
steigt!. Die Regelung schingt desweiteren bei 9V-Betrieb bei 55kHz, bei
10V-Betrieb bei 64kHz. Leider weiß ich nicht in welchem Maße.

Gruß
Robert

von Winfried (Gast)


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Ich habe gestern noch eine Idee zu einer einfachen Schaltung gehabt. Ich
hoffe, ich kann es in Worten beschreiben:

1. Ein P-Kanal Mosfet (T1) in die Plusleitung, Source an Akkus, Drain
ist Ausgang, Gate mit Widerstand (R1) nach Masse.

2. PNP-Kleinleistungs Transistor (T2), Emitter an Ausgang, Kollektor an
Gate T1, Basis mit Widerstand (R2) an Ausgang, Basis mit Zenerdiode (Z1)
gegen GND.

Die Schaltung braucht also nur T1, T2, R1, R2, Z1. Die Widerstandswerte
sind unkritisch, z.B. R1=10K, R2=10K. T2 z.B. BC557. Z1 z.B. 5.1V.

Kurz zur Erklärung:

1. Solange die Eingangsspannung kleiner als Zenerspannung+ca. 0.7V, ist
T2 gesperrt und der Mosfet komplett leitend. Uout etwa Uin.

2. Sobald die Ausgangsspannung über Zenerspannung+0.7V, wird T2 leitend
und nimmt dem Mosfet die Gatespannung, in dem er das Gate hin zu Uout
zieht. Damit sinkt Uout, T2 und T1 pendeln sich etwa so ein, dass Uout
bei Zenerspannung+0.7V ist.

Das ganze funktioniert nur dann, wenn der Spannungsunterschied zwischen
Uout und Uin nicht zu groß ist und der Mosfet passend gewählt wurde.
Wenn z.B. der Mosfet bei 3 Volt schon ordentlich leiten würde und der
der Spannungsunterschied Uout-Uin 10V sein sollten, dann geht das
nicht, es wären dann nur Uout-Uin kleiner 3 V möglich.

Im konkreten Fall haben wir ja Uin 5-8V und Uout von 5.8V, worst case
also 2.2V. Damit dürfte es mit vielen Mosfets klappen, aber z.B nicht
mit dem irf7220, weil der schon bei 1.2V einen recht geringen
DS-Widerstand hat. Man braucht also eine P-Kanal Mosfet, der bei ca.
2.2V noch ziemlich gut sperrt, bei 5V dann aber sehr niederohmig ist.

Wäre bei den wenigen Bauelementen mal ein Versuch wert. Oder ist
irgendwo ein Denkfehler drin?

Ach ja, dran denken, dass an T1 Verlustleistung entsteht, ist
zwangsläufig bei allen Linearreglern der Fall und bei über 1A Strom
auch nicht wenig. Braucht ein kleinen Kühlkörper.

von Simon K. (simon) Benutzerseite


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Ich würde es mit einem TL431 + leistungstransistor versuchen zu 
realisieren. Ist allerdings nur meine erste Idee. Vorteil: Dort ist eine 
2,5V Bandgap Reference drin und ein OPAMP.

von mhh (Gast)


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Simon K. schrieb:
> Ich würde es mit einem TL431 + leistungstransistor versuchen zu
> realisieren. Ist allerdings nur meine erste Idee. Vorteil: Dort ist eine
> 2,5V Bandgap Reference drin und ein OPAMP.

Nach reichlich SIEBEN Jahren...

von Tom (Gast)


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Hm, was macht R2 in dieser Schaltung?

von Willi (Gast)


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mhh schrieb:
> Nach reichlich SIEBEN Jahren...

scheint die Schaltung immer noch Rätsel aufzugeben :-)

R2 kompensiert den fehlenden Aussteuerbereich des 272; es ist kein R-R 
Typ.

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