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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Lowdropout-Spannungsregler diskret aufbauen


Autor: Karl (Gast)
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Hallo zusammen,

ich müsste aus einer Batteriespannung, die zwischen 13,5V im
vollgeladenen Zustand und 12 V im 2/3 entladenen Zustand einigermassen
konstant 12V machen. Dabei können dauerströme um die 5-6 Ampere
auftauchen.
Herkömmliche Spannungsregler-ICs haben aber einen relativ hohen Dropout
von um die 2V und sind meistens auch zu schwach.

In http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaere...
ist eine Spannungsreglerschaltung vorgestellt, die ich gerne nachbauen
und dabei gleich etwas aufbohren würde.

Nur: Was nehme ich als Spannungsreferenz? Gehen normale Zenerdioden?
Welche MOSFETS nehme ich ? Es sollen laut Beschreibung P-Kanal
Anreicherungstypen sein. Hat jemand zufällig ein paar Fets im Kopf, die
dies erfüllen?
Welchen OP-Amp nehme ich am besten?

Zusatz zur Information:
Die Spannungsreferenz sollte einigermassen temperatusstabil sein, weil
die Schaltung draußen, Sommer wie Winter eingesetzt wird.
Aber ein paar zig Millivolt darf sie schon schwanken.
Die Eingangsspannung ist bei meinem Einsatzzweck relativ ruhig.
Sie fällt halt langsam über Tage hin mit leerer werdender Batterie ab.
Macht aber keine großen Sprünge. Die Ausgangsleistung schwankt aber
schon sehr, um den Faktor 50 !! Und dass mit etwa 100 Hertz.

Vielen Dank für Eure Tips
Karl

Autor: Simon Küppers (Gast)
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Hm. Ich könnte dir ne Schaltung von mir Vorschlagen die bei 6Ampere ca.
0,4V Dropout hat. (Je nach verwendetem P-FET) Siehe Anhang. Nur die
Pinbelegungen am OPAMP stimmen nicht !

Autor: Simon Küppers (Gast)
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Ich seh grad, das entspricht der Schaltung beim EL-KO :-))) Ist mir erst
im Nachhinein aufgefallen. Ich benutz die Schaltung so sehr
erfolgreich.

Der FET brauch unbedingt einen Kühlkörper. Wenigstens nen kleinen ;)

Autor: Karl (Gast)
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Hallo Simon,

erst mal Danke für die superschnelle Lösung.
Zwei Fragen dazu:
Du hast ja einen ganz normalen Spannungsregler als Referenzspannung
gewählt. Dort hast du hinter und vor den Spannungsregler die gleichen
Elkos eingebaut. Gibt das nicht irgendwie Probleme, wenn der hintere
z.B. durch Materialtoleranzen größer als der vordere ist?
(Rückstrom)

Könnte ich theoretisch die Stromfestigkeit durch simples
parallelschalten weiterer IRF530 erhöhen?

Wie groß muss so ein Kühlkörper bei 5 Ampere und 1,5V Spannungsabfall
denn so sein? Das sind 7,5 Watt. Reicht da noch ein passiver
Kühlkörper?

Vielen Dank nochmal und ebenso viele Grüße
Karl

Autor: Simon Küppers (Gast)
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Richtig, Als Referenz kannst du auch einen 78x05 nehmen. Diese erzeugt
dir immer 5V Ref. Durch die Spannungsregler bekommt der OPAMP bei
12Vout immer 5V zurück.
Die Elkos sind Laut Datenblatt so vorgeschrieben, da der Regler sonst
anfangen können zu schwingen. Der 78xxx brauch sowas ja auch.

Theoretisch müsste das so gehen, aber der IRF5305 hält doch immerhin
bis 31Ampere und einer maximalen Verlustleistung von 110Watt..
http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf5305.pdf

bei 7,5Watt genügt ein passiver Kühlkörper allemal. Zwischen "Kein
Kühlkörper" und "ein kleiner Kühlkörper" ist ein riesen(!!)
Unterschied.

Autor: Arno (Gast)
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14 K/W sollte der Kühlkörper maximal haben. Dann wird er immer noch
deutlich über 100°C (über der Umgebungstemperatur) bei Vollast
erreichen.
Datenblätter sind Werbung, Leute. Lest Euch doch mal die Bedingungen
für die 110W durch! Hat schon mal jemand ein Gehäuse auf 25°C
gehalten??
Ohne Kühlkörper reichen schon 3W und der IRF ist hin.
Bei 30°C Umgebungstemperatur (einschließlich globaler Erwärmung) und
gewollter maximaler Kühlkörpertemperatur von 80°C (gibt nicht sofort
Verbrennungen) hast Du eine Temperaturdifferenz von 50K zur Verfügung.
50/7,5 sind 6,666 K/W jetzt die 1,4 K/W RTHJ abgezogen, verbleibt ein
kühlkörper von 5,2 K/W und das ist schon kein "kleiner" mehr.
Wenn Du es für Dich baust und auch länger was davon haben willst, ist
Lösung 2 die bessere. Die wirtschaftlichste Lösung liegt irgendwo
dawzischen.
Arno

Autor: Stephan (Gast)
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Ja, und am besten einen MOSFET nehmen, der thermisch geschützt ist bzw.
sich selber abschaltet bei zu großer Last.

Stephan.

Autor: Arno (Gast)
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Wenn ich eine funktionierende Schaltung aufbauen will, dann muß ich
davon ausgehen können, dass die Peripherie hundertprozentig
funktioniert.
Wenn meine Controllerschaltung hakt, weil der Spannungsregler wegen
besch... Dimensionierung dichtmacht, suchst Du Dir erstmal einen Wolf.
Schutzschaltungen sind ja gut und schön, aber sie sollen mir helfen und
nicht mich sabotieren.
Arno

Autor: Karl (Gast)
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@Simon:
Du schreibst ganz oben, "Nur die Pinbelegungen am OPAMP stimmen nicht
!"
Meinst du die Pinbelegungen in der von dir angehängten Schaltung?
Dann wäre ja die aus ELKO ja auch falsch oder?

Noch eine allgemeine Frage:
N- und P-Kanal ist ja meistens in der Transistor-Bezeichnung angegeben.
Wie erkenne ich aber, ob ein MOSFET ein Verarmungs- oder
Anreicherungstyp ist? Und ob er ein Sperrschicht-MOSFET ist?
Oder ist ein Verarumgstyp automatisch ein Sperrschicht-MOSFET ist?

Autor: Arno (Gast)
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Autor: Simon Küppers (Gast)
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@Karl:

Ups, vielleicht waren die garnicht falsch. Ich berichtige meine
Aussage: "Ich habe ein anderes Symbol für den OPAMP verwendet und kann
nicht garantieren dass die Pins die richtigen sind." (siehe Datenblatt:
http://techwww.in.tu-clausthal.de/Dokumentation/Ba...)

Zu den MosFets:
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0510161.htm
siehe Symbol in der Tabelle unten. Wie du siehst benutz ich nen
selbstsperrenden Anreicherungstyp.

Autor: buz11 (Gast)
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Die Leistungsmosfets sind , glaube ich , alle selbstsperrend .
( Anreicherungstyp )

Autor: Karl (Gast)
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Der IRF 5305 hat ja einen relativ hohen RDSON von um die 70mOhm.
Hat jemand zufällig eine P-Kanal-FET als Anreicherungstyp parat,
mit einem günstigeren RDSON ? Am besten einen , den man auch bei
Reichelt bekommt und nicht größenordnungsmäßig teurer ist, als der
IRF 5305.
Das ist mir deshalb wichtig, weil ich möglichst wenig Leistungsverlust
haben möchte, wenn die Spannung auf oder unter  die Zielspannung von 12
Volt fällt.

Danke für Eure Tips
Karl

Autor: A.K. (Gast)
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Wie sieht's mit der Massefreiheit aus? Was RdsOn angeht ist man mit
N-Kanal-FETs besser dran. Wenn also die Batterie nicht die gleiche
Masse haben muss als der Ausgang, dann dreh den Kram einfach rum, mit
N-Kanal-FET im Minus-Zweig.

Autor: Uwe (Gast)
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Hi!
Wenn du der Schaltung von oben statt eines OV einen Komp.(LM393)
spendierst und hinter den Fet(zb.IRF4905) eine Drossel in
Sromflussrichtung nebst einer Diode(zb.MBR4520)nach Masse einbaust,
hast du einen einfachen , diskreten und kalten Spannungsregler nach Art
der Drosselwandler.(Diode natürlich in Sperrichtung)
Benutze ich schon seit Jahren auch für hohe Ströme, nur dann hat der
Fet einen ordentlichen Treiber.
MFG Uwe

Autor: Karl (Gast)
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Hallo Uwe,

erst mal vielen Dank für deinen Hinweis.
Kannst du mir den Schaltplan deines Schaltreglers anhängen?
Welche Funktion hat die Diode?
Wie muss die Drossel dimensioniert sein?
Warum brauche ich bei leistungslos gesteuerten MOSFETS überhaupt
einen Treiber? Oder wird der so extrem hochfrequent geschaltet,
dass die Gatekapazität zu einem echten Stromfluss führt?
Wie sieht es mit der Restwelligkeit aus? (+/-0,1V wäre OK)

Viele Grüße
Karl

Autor: Uwe (Gast)
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Hallo Karl!
Schau mal in den Netztei-Thread und nimm das 2. SR1.png als Grundlage
für 5-6A ist allerdings der LM393-Ausgang(OC!) zu schwach. Unterstütze
ihn einfach mit einem 2.Transistor, die Z-Diode kann
entfallen(Umax13,8V)und die Eingänge des OV vertauscht du.(180°an T2)
<Welche Funktion hat die Diode?
sie ermöglicht die Abgabe der gespeicherten Energie aus der Drossel
(UF möglichst klein)
<Wie muss die Drossel dimensioniert sein?
nimm aus einem alten SNT den Ringkern einer Netzdrossel, mache ca 50
Wdg. 0,5mm Cul oder besser 4x0.15mm Cul(Skineffekt) drauf und Teste
<Warum brauche ich bei leistungslos gesteuerten MOSFETS überhaupt
<einen Treiber? Oder wird der so extrem hochfrequent geschaltet,
<dass die Gatekapazität zu einem echten Stromfluss führt?
du sagst es, die Schaltflanken müssen sehr steil sein
Wie sieht es mit der Restwelligkeit aus? (+/-0,1V wäre OK)
Das hängt sehr stark von der Drossel und den Ausgangskondensatoren ab,
10mV sind gut erreichbar

Anmerkung: Der Wirkungsgrad steht und fällt mit der Drossel. 95-97%
sollten bei dir erreichbar sein. Es lohnt dich also damit zu
experimentieren.

Viel Erfolg, Uwe

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