Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LM317 mit Microkontroller regeln


von Peter K. (Gast)


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Hallo,

Hat jemand einen Schaltungsvorschlag wie man einen LM317 mit einem MC 
regeln könnte.

Der Spannungsbereich des LM317 liegt bei 1,25-21,5V.
Der MC wird mit 5V betrieben.

P.

von Max H. (hartl192)


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Du willst also die Ausgansspannung mit einem µC einstellen?
Welche Auflösung brauchst du?

Man könnte eine 0-5V Spannung mit einem DAC oder PWM + Tiefpass 
erzeugen, mit einem OPV auf 0-20.25V verstärken und die Spannung an den 
Adj des LM317 hängen: 
http://www.electro-tech-online.com/imgcache/882-DigitalPot2.png
Nur, dass U4 eine Verstärkung von 4.05 hat.

: Bearbeitet durch User
von Dario B. (abcd)


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per digital einstellbarem poti?

von Stefan us (Gast)


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Das wurde gerade erst diskutiert, benutze mal die Suchfunktion.

von Peter K. (Gast)


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Dario B. schrieb:
> per digital einstellbarem poti?

Nein. Ich möchte es per MC analogem Ausgang 0-5V über eine Schaltung 
regeln, das der LM317 sich möglichst linear im Bereich 1,25-20,5V damit 
aussteuern lässt.

Vorschlag?

von Peter K. (Gast)


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Max H. schrieb:
> Du willst also die Ausgansspannung mit einem µC einstellen?
> Welche Auflösung brauchst du?
>
> Man könnte eine 0-5V Spannung mit einem DAC oder PWM + Tiefpass
> erzeugen, mit einem OPV auf 0-20.25V verstärken und die Spannung an den
> Adj des LM317 hängen:
> http://www.electro-tech-online.com/imgcache/882-DigitalPot2.png
> Nur, dass U4 eine Verstärkung von 4.05 hat.

Ich würde einen Arduino nehmen 10 Bit Auflösung.
Der liefert im Wesentlichen am analogen Ausgang schon die 0-5V mit max. 
50mA.

Die Frage die sich stellt ist, ob der OP den Steuereingang des LM317 
linear regeln kann.

Wie würdest Du die Schaltung konkret auslegen damit sich das tatsächlich 
linear verhält? (OP, Spannungsteiler)

von Max H. (hartl192)


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Peter K. schrieb:
> Die Frage die sich stellt ist, ob der OP den Steuereingang des LM317
> linear regeln kann.
Ja, der OPV ist Liner, wenn du nicht übersteuerst und der LM317 liefert 
am Ausgange einfach 1.25V mehr als am Adj anliegen.

von Peter K. (Gast)


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Stefan us schrieb:
> Das wurde gerade erst diskutiert, benutze mal die Suchfunktion.

Statt dem Satz hättest einfach den konkreten Link schicken können, Herr 
Oberschulmeister!

von MaWin (Gast)


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Peter K. schrieb:
>> per digital einstellbarem poti?
>
> Nein. Ich möchte es per MC analogem Ausgang 0-5V über eine Schaltung
> regeln, das der LM317 sich möglichst linear im Bereich 1,25-20,5V damit
> aussteuern lässt.

Du meinst also, du willst partout den einzig sinnvollen Beitrag ablehnen 
und es unbedingt auf deine falsche Art versuchen ?

Nur zu, aber warum fragst du dann ?

von Peter K. (Gast)


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MaWin schrieb:
> Peter K. schrieb:
>>> per digital einstellbarem poti?
>>
>> Nein. Ich möchte es per MC analogem Ausgang 0-5V über eine Schaltung
>> regeln, das der LM317 sich möglichst linear im Bereich 1,25-20,5V damit
>> aussteuern lässt.
>
> Du meinst also, du willst partout den einzig sinnvollen Beitrag ablehnen
> und es unbedingt auf deine falsche Art versuchen ?
>
> Nur zu, aber warum fragst du dann ?

Einzig sinnvoller Beitrag? - Du überschätzt Dein Können - guter Mann.

Digitalpoti habe ich auch schon in Betracht gezogen. Mir gefällt aber 
nicht das sie relativ hochohmig sind und 256 Schaltzustände sind grade 
die untere Grenze, und ich habe keine Erfahrung damit, wie gut und 
stabil sie sich auf längere Zeit unter den gegebenen Bedingungen im 
Netzteil verhalten. Wenn die Teile - aus welchen Gründen auch immer 
versagen, dann habe ich ein viel größeres Problem.

Bin daher wieder davon abgekommen.

Aber was stört Dich so an einer Ansteuerung per Operationsverstärker?
Oder anderst gefragt - Angenommen Du würdest es mit einem 
Operationsverstärker bauen - welchen würdest Du für diese Anwendung 
verwenden?

von Peter K. (Gast)


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Max H. schrieb:
> Peter K. schrieb:
>> Die Frage die sich stellt ist, ob der OP den Steuereingang des LM317
>> linear regeln kann.
> Ja, der OPV ist Liner, wenn du nicht übersteuerst und der LM317 liefert
> am Ausgange einfach 1.25V mehr als am Adj anliegen.

Ich habe mir folgende Schaltung dazu überlegt.
Verstärkung wäre einstellbar, sodaß ich sie für den Ausgang kalibrieren 
kann.

Was hältst Du davon?

von Luca E. (derlucae98)


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Die Einstellung der Verstärkung ist so keine gute Idee. Der Opamp wird 
mit 10µF am Ausgang garantiert schwingen.

von Max H. (hartl192)


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Peter K. schrieb:
> Was hältst Du davon?
Der "analoge" Ausgang ist ziemlich sicher PWM, da brauchst du noch einen 
Tiefpass vor dem OPV.

von SI (Gast)


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> Was hältst Du davon?
Die Kondensatoren im Yoktofarad Bereich sind arg klein.

von Peter K. (Gast)


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Luca E. schrieb:
> Die Einstellung der Verstärkung ist so keine gute Idee. Der Opamp wird
> mit 10µF am Ausgang garantiert schwingen.

Ich hab die Schaltung ohne MC aufgebaut aber statt mit 24V nur mit 
12V(habe derzeit nichts anderes).

Statt MC Ausgang ein hochohmiges Poti zum regeln am Eingang des OP dazu.

Also schwingen tut da nichts. Hab allerdings keinen 741 gehabt und statt 
dessen den TL084 1/4 genommen.

Verstärkung funktioniert einstellbar, aber ist nicht ganz linear im 
unteren Bereich und im ganz oberen Bereich.

Das Stellpoti habe ich so kalibriert, das es zwischen 0,9V-5V liefert.
Der Op wurde so eingestellt, das er max 10V liefert, also 2 fache 
Spannungsverstärkung (leider macht mehr keinen Sinn bei 12V)

Den 220Ohm Widerstand habe ich weggelassen, und statt dessen eine 
ohmsche Grundlast an LM317 gelegt.

Funktioniert tadellos. Der sinnvolle Regelbereich bei einer 
Versorgungsspannung von 12V liegt mit der 2fachen Spannungsverstärkung 
bei 3-9,5V (LM317 braucht 2,5V)

Um die Sache etwas spannender zu machen, habe ich in einem nächsten 
Schritt nicht nur 1xLM317 genommen, sondern gleich 6xLM317 komplett 
parallel geschalten und den Op Ausgang als Steuereingang.

Als Last wurden 2x50Watt Glühbirnen verwendet und ich habe die Spannung 
auf 3 Volt herunter geregelt, damit die LM317 so richtig "heizen" - 
damit ich dann auch sehe ob diese Kombination stabil funktioniert.

Und siehe da. Ich lasse es seid einer Stunde laufen. die LM317 laufen 
auch parallel und mit OP Ansteuerung stabil. Kein schwingen. Der 
Kühlkörper wird aber ordentlich heiß und daher habe ich noch einen 
Ventilator dazu.

Ist und bleibt stabil.

von Wolfgang A. (Gast)


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Peter K. schrieb:
> Hab allerdings keinen 741 gehabt und statt

Kein Wunder, bin mir gar nicht sicher, ob der überhaupt noch hergestellt 
wird ;-)

Peter K. schrieb:
> Der Spannungsbereich des LM317 liegt bei 1,25-21,5V.
> Der MC wird mit 5V betrieben.

Mal eine ganz andere Frage: Wieviel Strom gedenkst du der Schaltung zu 
entnehmen?

Peter K. schrieb:
> 20150730_MC_OP_LM317_Steuerung.png

Wozu eigentlich das ganze "Leer"-papier?

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Peter K. schrieb:
> und statt dessen den TL084 1/4 genommen.   ....
> ist nicht ganz linear im unteren Bereich und im ganz oberen Bereich.
Irgendwie logisch, wenn man sich mal das Datenblatt des Bauteils 
ansieht...

Stichwort zur Suche: "Gleichtakteingangsbereich" oder "Common Mode Input 
Voltage Range". Als Abhilfe: nimm einen LM324.

von m.n. (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Als Abhilfe: nimm einen LM324.

... gefolgt von Leistungstransistoren und lasse den(die) LM317 weg.
Oder man schaltet einen LM317 vor diese Schaltung, um eine 
Überstrombegrenzung mit erprobt sanfter Kennlinie zu erhalten ;-)

von Jay (Gast)


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Neu ist das Steuern eines LM317 mittels Mikrocontroller nicht. Ein 
Beispiel wo es gemacht wird: 
http://www.atmel.com/webdoc/stk500/images/STK500.pdf

Das ist der Schaltplan von Atmels STK500 Programmer. Siehe Seite 4. Da 
siehst du zwei mal, wie Atmel jeweils einen LM317 mittels PWM ansteuert 
um Spannungen für den Programmer einzustellen.

von Harald W. (wilhelms)


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Wolfgang A. schrieb:

> Kein Wunder, bin mir gar nicht sicher, ob der überhaupt noch hergestellt
> wird ;-)

Das Rad wurde auch schon vor ziemlich langer Zeit erfunden.
Trotzdem ist es nach wie vor noch im Gebrauch.
Der 741 hat den Vorteil, das er auch recht hohe Betriebs-
spannungen verträgt. Für Präzisionsschaltungen oder als
Universal-OPV würde ich ihn heutzutage nicht mehr verwenden.

von Jemin K. (jkam)


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Peter K. schrieb:
> Um die Sache etwas spannender zu machen, habe ich in einem nächsten
> Schritt nicht nur 1xLM317 genommen, sondern gleich 6xLM317 komplett
> parallel geschalten und den Op Ausgang als Steuereingang.

Hast Du den 10 uF am Ausgang des OP noch? Kaum vorstellbar, dass das 
nicht schwingt. Und mach mal ein paar kleine Widerstände an die 
Ausgänge, sonst verheizen die LMs gegenseitig ihre 
Referenzspannungsdifferenz.

von Peter K. (Gast)


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Luca E. schrieb:
> Die Einstellung der Verstärkung ist so keine gute Idee. Der Opamp wird
> mit 10µF am Ausgang garantiert schwingen.

Also ich hab die Schaltung etwas modifiziert und dann LM317 parallel 
geschalten an den OP (1/4 TL084) drangehängt. (Hatte keinen 741 mehr zum 
probieren. Und statt der 10yF habe ich 1,5yF am Ausgang drangehabt, und 
eben 6x LM317 am Steuereingang aber ohne den Verbraucherwiderstand von 
220 Ohm)
Also schwingen tut da nichts. Jedenfalls nicht bei ohmschen Lasten. Habe 
2x50Watt Glühbirnen an die LM317 drangehängt, um Lasttests zu machen, 
und dann ganz normal am Eingang des OP (1/4 TL084)
Das Teil lässt sich ganz normal von ca. 2,9V bis 2,5V unter 
Eingangsspannung regeln.
Was eher ein Thema ist, ist das es sich nicht ganz linear verhalten hat.

Also, wenn ich am OP Eingang die Spannung verdoppelt habe, hat der OP 
diese nicht ganz sauber linear am Ausgang wieder gegeben, und der LM317 
hat dann auch nicht linear reagiert.

Was mich eher gestört hat, war die thermische Entwicklung. Da wird 
einfach zu viel ohmsche Last "verbraten". Das macht nichts wenn man das 
Teil nur für ein paar Testzwecke "ausprobiert" - aber in einem 
eingebauten Netzteil ist das nur mit intensiver aktiver Kühlung im Griff 
zu bekommen.

Zusammenfassend kann ich für mich sagen.

Prinzipiell machbar, aber ich würde sie auch nicht für so große Lasten 
empfehlen. War einfach ein Experiment um mich mit dem LM317 vertrauter 
zu machen. (Habe das Teil vorher nie benutzt)

von Peter K. (Gast)


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Max H. schrieb:
> Peter K. schrieb:
>> Was hältst Du davon?
> Der "analoge" Ausgang ist ziemlich sicher PWM, da brauchst du noch einen
> Tiefpass vor dem OPV.

Stimmt - PWM ist zwar ziemlich hochfrequent aber trotzdem, 
destabilisiert sie die nachfolgenden Steuerbauteile - und daher ist ein 
Tiefpass ein guter Mittelwert-Bilder (Itegrator) für die Regelspannung.

Ich habe noch keine Idee, wie steil ich abriegeln sollte, da der 
Tiefpass natürlich auch Trägheit in der Regelung bewirkt.
Insbesondere, wenn ich am Ausgang des LM317 wieder eine Spannungsmessung 
mache und sie an den MC einspeise und einen Soll/Ist Vergleich per 
Software mache und nötigenfalls den MC nachregeln lasse.

Schätze da könnte ein wabern entstehen, wenn der MC sich selbst ständig 
nachregelt (sich spannungsmässig bedingt) nachläuft um die Tiefpass 
"Trägheit" wieder gegen zu regeln.

Ziel ist es einen solchen Regelkreis aufzubauen, der sowohl Hard- als 
auch Software bedingt sich dämpfend verhält, insbesondere, wenn sich die 
Last am Ausgang rasch ändert.

Ich habe vor am Ausgang induktive Lasten zu betreiben.

von Peter K. (Gast)


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Jay schrieb:
> Neu ist das Steuern eines LM317 mittels Mikrocontroller nicht. Ein
> Beispiel wo es gemacht wird:
> http://www.atmel.com/webdoc/stk500/images/STK500.pdf
>
> Das ist der Schaltplan von Atmels STK500 Programmer. Siehe Seite 4. Da
> siehst du zwei mal, wie Atmel jeweils einen LM317 mittels PWM ansteuert
> um Spannungen für den Programmer einzustellen.

Danke für das Schaltungs-Template!

Ich habe diesen Teil mal herauskopiert und als eigene Datei hochgeladen, 
damit man es genauer unter die Lupe nimmt.

Der OP LM358 regelt so betrieben wahrscheinlich sehr viel linearer als 
mein Schaltungsvorschlag. Was ich aber als wesentlichen Nachteil 
empfinde (rot markiert) ist die dafür notwendige eigene 
Spannungsversorgung des OPs.

Das will ich unbedingt vermeiden!

Was mir gefällt sind die Tiefpassglieder vom PWM. Das macht was her. 
Könnte ich vielleicht sogar so ähnlich übernehmen.

von Peter K. (Gast)


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Dario B. schrieb:
> per digital einstellbarem poti?


Hast Du einen konkreten Schaltungsvorschlag.
Ich ziehe die Verwendung des MCP41010 mit 10kOhm in Betracht.

Hat jemand damit Erfahrungen. Es werden im Datenblatt einige nette 
Features angegeben, wie thermische Abriegelung und auch bei Überlast die 
Abschaltung eines Einganges.

von Tom (Gast)


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Peter K. schrieb:
> ist die dafür notwendige eigene
> Spannungsversorgung des OPs.

Die muss nicht sein. Wenn der LM317 nicht exakt bis auf 1.25V runter 
muss, tut es Masse als negative Versorgung, als positive Versorgung die 
Eingangsspannung der Schaltung. Der OP-Ausgang muss nur bis auf die 
Dropoutspannung des LM317 plus 1.25V, also ~3.25V an die 
Eingangsspannung der Schaltung herankommen, das schafft der LM358 
locker. 741 und TL081 sind ungeeignet, du brauchst etwas 
single-supply-fähiges, bei dem Ein- und Ausgang bis an die negative 
Versorgungsspannung (hier Masse) funktionieren.

von Peter K. (Gast)


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Wolfgang A. schrieb:
> Peter K. schrieb:
>> Hab allerdings keinen 741 gehabt und statt
>
> Kein Wunder, bin mir gar nicht sicher, ob der überhaupt noch hergestellt
> wird ;-)
>
> Peter K. schrieb:
>> Der Spannungsbereich des LM317 liegt bei 1,25-21,5V.
>> Der MC wird mit 5V betrieben.
>
> Mal eine ganz andere Frage: Wieviel Strom gedenkst du der Schaltung zu
> entnehmen?
>
> Peter K. schrieb:
>> 20150730_MC_OP_LM317_Steuerung.png
>
> Wozu eigentlich das ganze "Leer"-papier?

Wenn die Schaltung sauber funktioniert sollte ein Spannungsbereich von 
3-20V stabil und glatt regelbar sein.
Und ein Strombereich zwischen 0-18Amp, wobei die vermutliche Dauerlast 
sich so im 2-3Amp bewegen wird, aber eben auch Spitzen bis 18Amp 
auftreten, die natürlich sauber abgefangen werden müssen.

Das ganze soll über einen MC auch steuerbar sein, also im Realbetrieb 
nicht mit gewöhnlichen Poti's zu betreiben wie ein Labornetzteil sondern 
"fernsteuerbar" (I2C von einem anderen MC nach "Bedarf" automatisiert 
regelbar)

Das Netzteil wird für induktive und/oder ohmsche Lasten eingesetzt, die 
geschalten werden.
(Ich möchte das Netzteil aber natürlich möglichst universell bauen. 
Einerseits um daran zu lernen, andererseits um es robust einsetzbar zu 
machen)

Als Leistungslieferant kommen zwei in Serie geschaltene ATX-Netzteile 
die ich speziell dafür umgebaut habe mit insgesamt 24V/18Amp Dauerlast 
daher.
(typ. 500Watt ATX Teile)

von Peter K. (Gast)


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Jemin K. schrieb:
> Peter K. schrieb:
>> Um die Sache etwas spannender zu machen, habe ich in einem nächsten
>> Schritt nicht nur 1xLM317 genommen, sondern gleich 6xLM317 komplett
>> parallel geschalten und den Op Ausgang als Steuereingang.
>
> Hast Du den 10 uF am Ausgang des OP noch? Kaum vorstellbar, dass das
> nicht schwingt. Und mach mal ein paar kleine Widerstände an die
> Ausgänge, sonst verheizen die LMs gegenseitig ihre
> Referenzspannungsdifferenz.

da sind am Ausgang 2x50Watt Glühbirnen als Last dran!
Vielleicht ist das der Grund, das da nichts schwingt.

von Peter K. (Gast)


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Tom schrieb:
> Peter K. schrieb:
>> ist die dafür notwendige eigene
>> Spannungsversorgung des OPs.
>
> Die muss nicht sein. Wenn der LM317 nicht exakt bis auf 1.25V runter
> muss, tut es Masse als negative Versorgung, als positive Versorgung die
> Eingangsspannung der Schaltung. Der OP-Ausgang muss nur bis auf die
> Dropoutspannung des LM317 plus 1.25V, also ~3.25V an die
> Eingangsspannung der Schaltung herankommen, das schafft der LM358
> locker. 741 und TL081 sind ungeeignet, du brauchst etwas
> single-supply-fähiges, bei dem Ein- und Ausgang bis an die negative
> Versorgungsspannung (hier Masse) funktionieren.

Danke für den Tipp. LM358 könnte das "Problem" beheben.

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