DC/DC + Linearregler optimieren

[Maik M. (myco)]

Hallo,

Ich versuche gerade einen SEPIC mit einem Linearregler zu kombinieren um 
aus 12V eine möglichst glatte Ausgangsspannung zwischen 0-24V 
herauszubekommen. Der max. Strom am Ausgang sollte dabei mindestens 5A 
im Bereich 0-12V und über 12V am Ausgang würden es auch weniger tun.
Ich habe das Ganze schon simuliert, nur leider ist das Ergebnis noch 
nicht sonderlich zufriedenstellend. Wie im Bild zu sehen überschießt der 
Ausgang des Linearregler um mehr als 1V. Ein Ripple beim Anfahren der 
Zielspannung ist nicht so entscheidend für mich, aber die Tatsache, dass 
er soweit über die eingestellte Zielspannung hinausschießt.

Auch scheint mir die Differenz zwischen Sepic-Ausgang und Linearregler 
Ausgang recht hoch, doch wenn ich sie verringere über U3, start der 
SEPIC garnicht mehr.

Ein weiteres (evtl. nur kosmetisches) Problem ist, der SEPIC Ausgang hat 
extrem große Ripple, und ich weiß dass das mit dem Feedback am FB-Pin zu 
tun haben muss, denn ich verwende bereits eine ähnliche (fest 
eingestellte) SEPIC-Schaltung die nur sehr geringe Ripples (<100mV) 
produziert.

Ich wäre für konkrete Vorschläge dankbar. Vielleicht kann jemand mit 
mehr Erfahrung mit der Materie mir ein paar Impulse in die richtige 
Richtung geben um das Projekt zu optimieren.

MfG
Maik

[Mampf F. (mampf)]

Hmm, ob das mit U3 so funktioniert ... In Regelungen von Schaltreglnern 
sollte man möglichst nichts rumpfuschen ...

Ich würde dringend auf den zweiten Feedback-Zweig über R16 verzichten 
und mir etwas anderes einfallen lassen!

Vmtl wär noch eine weitere Filterkombination aus L und C ratenswert.

Ansonsten ... kann das überhaupt funktionieren?

Ein 7812 zB hat ja auch 2-3 Volt Spannungsabfall - der Spannungsabfall 
über deinen Linearregler würde mich deshalb nicht wundern - und du mixt 
beide Ausgangsspannungen, die NIEMALS gleich sein können 1:1 mit dem OP 
zum Feedback zusammen (gleicher Spannungsteiler, gleicher 
Verstärkungsfaktor usw) ... Das klappt bestimmt nicht ... Vmtl bekommst 
du deshalb so einen seltsamen Ripple

[Oleg A. (oga)]

Warum versuchst Du nicht beide Regler (DCDC und LDO) mit jeweils 
separatem Feedback zu regeln? Dann lassen sich beide Spannungen beliebig 
einstellen und kompensieren.

[Maik M. (myco)]

@Mampf: Die Manipulation des Feedbacks ist nichts Neues, von LT gibt's 
sogar Beispiele in Datenblätter ihrer Linearregler, zB:
http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/3080fc.pdf

Das mit dem LC-Glied habe ich bereits voher probiert. Wenn ich die 
Vergleichsspannung für U3 nach dem LC-Glied abfasse, schwingt das ganze 
viel stärker (+/- 4V), greife ich die Spannung davor ab, ist das 
Verhalten am Linear-Ausgang identisch, nur hat der Linearregler am 
Eingang eine wesentlich glattere Spannung. Am Endergebnis ändert sich 
dadurch nur nichts.

@Oleg: Ich habe das auch schon probiert. An U3 kann man direkt die 
Zielspannung (von R7-R8) anstelle der Feedback Spannung vom 
Linear-Ausgang anlegen, es ändert allerdings nichts. Das Trimmen wäre in 
der Tat ein Vorteil.

[Pandur S. (jetztnicht)]

Ein 2N3055 hat im Uebrigen nie die Geschwindigkeit, um den Dreck eines 
Schaltreglers wegzuraeumen.

[Oleg A. (oga)]

Jetzt N. schrieb:
> Ein 2N3055 hat im Uebrigen nie die Geschwindigkeit, um den Dreck eines
> Schaltreglers wegzuraeumen.

Ups, ist mir gar nicht aufgefallen. Hast Recht, da gehört ein MOSFET 
hin.

[Maik M. (myco)]

Also mehr als Oszillation bekomm ich mit einem Mosfet nicht hin. 
Irgendwas überseh ich wohl.

Bin mir auch nicht sicher ob der Anfahr-Ripple im ersten Versuch von 
einem zu langsamen Transistor herrührt, ich würde eher auf eine 
Kapazität tippen, die gewisse Zeit braucht um sich aufzuladen/entladen.

[Joe F. (easylife)]

Maik M. schrieb:
> um
> aus 12V eine möglichst glatte Ausgangsspannung zwischen 0-24V
> herauszubekommen

Wie viel (wenig) Ripple darf denn noch drauf sein?
In der Regel reicht passive Filterung vollkommen aus.

[Maik M. (myco)]

So genau hab ich mir da noch keine Gedanken gemacht. Je glatter desto 
besser ;) Das ganze soll eine Art minimalistisches "Labornetzteil" 
werden, dass zB. von einem Blei-Akku oder einem ATX-Netzeil betrieben 
werden kann.

Ich habe das überschießen mittlerweile nahezu wegbekommen, scheinbar hat 
ein Kondensator über R5 völlig ausgereicht. U3 habe ich schon 
wegoptimiert.

In der Simulation schaut alles super aus, einzig die Ansprechzeit könnte 
Probleme machen. Muss das noch etwas mit gepulsten Lasten testen.

Trotzdem ein paar Ratschläge würden mir Helfen, da ich eigentlich keine 
Ahnung habe was ich tue... bin kein Ingeneur ;)

[Mampf F. (mampf)]

Maik M. schrieb:
> Ich habe das überschießen mittlerweile nahezu wegbekommen, scheinbar hat
> ein Kondensator über R5 völlig ausgereicht. U3 habe ich schon
> wegoptimiert.

Wie siehts denn jetzt aus?

[Maik M. (myco)]

Das ist der aktuelle Stand. Hab es auch schon mit ein paar geringeren 
Lasten simuliert, am Anstieg ändert es nicht viel. Bei 24V 
Ausgangsspannung überschießt er dennoch ein klein wenig, das ist aber 
akzeptabel. Ansonsten müsste ich C7 vergrößern und er würde länger 
brauchen bei geringeren Ausgangsspannungen um ans Ziel zu gelangen

[Joe F. (easylife)]

Dein Linearregler verbrät aktuell 20W (!)

[Mampf F. (mampf)]

na wer hätte es gedacht - ach moment ... Ich dachte, von einer 
verpfuschung des FBs im allerersten Post schon abgeraten zu haben ;-)

[Mampf F. (mampf)]

Aber der Linear-Regler ist wirklich murks ...

[Maik M. (myco)]

Joe F. schrieb:
> Dein Linearregler verbrät aktuell 20W (!)

Mampf F. schrieb:
> Aber der Linear-Regler ist wirklich murks ...


Verbesserungsvorschlag? Ich komme mit DC/DC Reglern irgendwie besser 
zurecht als mit Linearreglern.

[Joe F. (easylife)]

Maik M. schrieb:
> Verbesserungsvorschlag?

Ausgangsspannung des Linearreglers so nah wie möglich an den Sepic 
Output.

...oder passive Filterung versuchen (LC)

[Udo S. (urschmitt)]

Maik M. schrieb:
> Das ganze soll eine Art minimalistisches "Labornetzteil"
> werden, dass zB. von einem Blei-Akku oder einem ATX-Netzeil betrieben
> werden kann.

Und warum willst du dann auf Teufel komm raus noch einen extra 
Linearregler hinter dem Schaltregler?

[Maik M. (myco)]

Udo S. schrieb:
> Und warum willst du dann auf Teufel komm raus noch einen extra
> Linearregler hinter dem Schaltregler?

Um eine möglichst glatte Ausgangsspannung zu bekommen. Der Linearregler 
wird auch für den max. Ausgangsstrom zuständig sein

Joe F. schrieb:
> Ausgangsspannung des Linearreglers so nah wie möglich an den Sepic
> Output.
>
> ...oder passive Filterung versuchen (LC)

Eine Kombination aus beidem reduziert die Verlustleistung am 
Linearregler auf ca. die Hälfte laut Simulation. Ohne LC-Filter vor dem 
Linearregler konnte ich die Spannungsdifferenz Sepic->Linear nicht 
weiter reduzieren.

[Oleg A. (oga)]

Maik M. schrieb:
> Verbesserungsvorschlag?

Der OpAmp U2 ist mit ft=0.8MHz eventuell zu langsam. Und die Verstärkung 
im FB zu hoch.
Schau mal hier rein:
http://electronicdesign.com/power/zero-drop-05-voltage-regulator-costs-under-1

[Maik M. (myco)]

Oleg A. schrieb:
> Maik M. schrieb:
>> Verbesserungsvorschlag?
>
> Der OpAmp U2 ist mit ft=0.8MHz eventuell zu langsam. Und die Verstärkung
> im FB zu hoch.

Ich probier mal andere. Wäre halt zu schön, gerade den habe ich 
massenhaft rumliegen ;)


> Schau mal hier rein:
> http://electronicdesign.com/power/zero-drop-05-vol...

Ich habe versucht das Beispiel zu simulieren allerdings ist das Ergebnis 
ein anderes. Siehe Anhang

[Maik M. (myco)]

Habe nun einen anderen Ansatz probiert. Im Prinzip limitiert diese 
Version den Strom des SEPIC sodaß er nicht mehr "Unterlastig" operiert. 
Dadurch bleibt die Ausgangsspannung des DC/DC immer nur ein paar Volt 
über der eingestellten Zielspannung.
Ist auch nicht ideal, da der DC/DC nicht reagieren würde, wenn man eine 
Strombegrenzung in den Linearregler einbaut. Außerdem funktioniert das 
ganze auch nicht, wenn die Zielspannung < 0.5V ist. Das liegt daran, 
dass über R12 die Spannung am invertierenden Eingang von U3 die Spannung 
nach oben gezogen wird. Habe dafür noch keine Lösung...

[Mampf F. (mampf)]

Maik M. schrieb:
> Habe nun einen anderen Ansatz probiert.

So "minimalistisch", wie du es vorgehabt hast, sieht das aber nicht mehr 
aus ... Vlt sind die sonstigen Komponenten der üblichen Lösungen doch 
für irgendwas gut ...