Eigenbau Labornetzteil: funktioniert das so?

Maximilian K. Gast #3813568
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Hallo alle Zusammen,

ich bin im Besitz eines sehr alten Netzteils von meinem Vater, das nicht 
einmal eine Strombegrenzung hat und außerdem Wesentliche Qualitätsmängel 
aufweist.
Anfangs war das noch OK, aber mit der Zeit sind meine Ansprüche 
gestiegen und ich beschloss mit einem Kumpel ein eigenes Laborzetzteil 
zu entwickeln.

Dies sollte µC-gesteuert mit einem 12bit Zweikanal-DAC die Spannung und 
die Strombergrenzung steuern.
Das Bild im Anhang zeigt den Schaltplan der Regelstufe und der Endstufe, 
die wir entwickelt haben.

An der Leitung Vcc soll die geglättete maximale Ausgangsspannung + 3V 
anliegen, da man durch die Darlingtonstufen Q2 und Q3 gewisse 
Spannungsabfälle hat. So liegen am Ausgang zwischen 3V und 30V an.
R1 dient der Schaltung als Shunt, um den Strom zu messen. dies wird von 
IC1A  und Umschaltung übernommen. Der Comperator IC2A vergleicht nun, ob 
der gemessene Strom oder der an Aset eingestellte 
Strombegrenzungsmaximalwert höher ist und zieht dementsprechend bei 
einem höheren nichtinvertierten Eingang den Ausgang hoch. der Transistor 
T1 Schaltet durch und zieht die Leitung Vset Voltage reg. auf Minus, um 
den Stromfluss zu begrenzen.
IC1B und Umschaltung sind zur einstellund der Spannung da.

Nun meine Frage:
Da ich kein Ass auf dem Steckbrett bin habe ich es gerade mal zur 
Endstufe geschafft; Sie funktioniert, aber die U/I-Regelung habe ich 
nicht aufgebaut bekommen. Liegt es an mir, dass ich Fehler beim Aufbauen 
gemacht habe oder ist der Schaltplan falsch? Ist überhaupt der Ansatz 
richtig? Kann das überhaupt funktionieren?

Wenn nicht:
Habt ihr eine bessere Lösung für mich?

Danke schon mal im Voraus für eure Hilfe,
Maximilian K.
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MaWin Gast #3813591
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Maximilian K. schrieb:
> Liegt es an mir, dass ich Fehler beim Aufbauen
> gemacht habe oder ist der Schaltplan falsch?

Was heisst Schaltplan falsch, die Bauteile sind ungeeignet.

Ein TL08x braucht MINDESTENS 3V mehr (und an GND 3V weniger)
als jede Eingangsspannung betragen kann, sonst funktioniert
er nicht. Ein Komparator als Strombegrenzer ist ... Murks,
das ist doch keine Sicherung die ein mal auslöst und dann
ist es vorbei, das ist also komzeptioneller Murks.

C1 macht deine Stromregelung zudem so langsam, daß bis dahin
die angeschlossene Schaltung schon in Rauch aufgegangen ist.

Aus einem TL082 kommen also NIEMALS 0V raus, wenn seine
negative Versorgun an 0V angeschlossen ist, da müssten schon
MINDESTENS -3V als versorgungsspannug anliegen. Zudem
verhält sich der TLß82 lutig, wenn die Spannung näher als 2V
an die Versorgung kommt: Der Ausgang polt schlagartig um,
es kommen also volle 30V aus ihm raus. Das Steinzeitbauteil
ist einfach nur unzumutbar.

Dann hast du einen 0.1 Ohm shunt und regelst von 0-5V. Das
macht 50A und 250 Watt. Komplett falsche Auslegung also.

Dann schaltest du 2 Transistoren parallel ohne dir um die
Stromverteilung gedanken zu machen, es fehlen im Emitterpfad
Stromverteilungswiderstände. Bei normalen Transistoren
reicht ein Widerstandswert, an dem bei vollem Strom ca.
0.7 anfallen, bei Darlingtons braucht man 1.5V.

Dann verwendest du TIP120. Bei 30V erlauben die laut
Figure 4. Safe Operating Area so 1.5A pro Stück, das
würde Stromverteilungswiderstände von 1 Ohm erfordern die
2.5 Watt aushalten sollten.

Damit 1.5A fliessen kann, reichen 1.5mA Basisstrom, aber
deine überflüssgen 2k2 führen dabei zu 3.3V SPannungsabfall.

Wenn man also 33V hineinsteckt kommen aus deiner Schaltung
5V am shunt
3V am OpAmp Ausgang
3.3V an den 2k2
1.5V am TIP120
1.5V am (fehlenden) Stromverteilungswiderstand
maximal 23.7V raus.

IC1B bekokmt bis 5V, verstärkt um 5.7, also auf 28V, die
werden nie erreichbar sein.

2u2 am Ausgangg werden uz wenig sein, eine Schwingneigung
zu unterdrücken, zumal 2u2 nach dem 10k die Schaltung so
unsäglich langsam machen.

Es sind also haufenweise massive Designfehler drin, schon
beim simpelsten Rechnen liegt man völlig daneben, und die
Bauelementeeigenschaften wurden komplett ignoriert,
offenbar im Trugschluss, reale Bauteile würden sich wie
theoretisch optimale Bauelemente verhalten.

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.9.1
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Achim S. Gast #3813593
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Maximilian K. schrieb:
> Der Comperator IC2A vergleicht nun, ob
> der gemessene Strom oder der an Aset eingestellte
> Strombegrenzungsmaximalwert höher ist und zieht dementsprechend bei
> einem höheren nichtinvertierten Eingang den Ausgang hoch. der Transistor
> T1 Schaltet durch und zieht die Leitung Vset Voltage reg. auf Minus, um
> den Stromfluss zu begrenzen.

Wird der Teil bei einem Überstrom nicht "oszillieren": sobald der 
Komparator umschaltet sinkt der Strom unter den Limitwert, der 
Komparator schaltet wieder zurück, der Strom steigt wieder auf zu große 
Werte, ....

Sind das vielleicht die Probleme, die du bei der U/I-Regelung 
beobachtest?

Maximilian K. schrieb:
> aber die U/I-Regelung habe ich
> nicht aufgebaut bekommen.

MaWin schrieb:
> würde Stromverteilungswiderstände von 1 Ohm erfordern

die sind doch drinnen? (R12, R13)
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Ulrich H. #3813596
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Ganz so einfach wie es auf den ersten Blick scheint, ist es mit einem 
Labornetzgerät nicht. Die Schwierigkeit besteht darin die Regelung auch 
bei verschiedenen möglichen Lasten stabil (d.h. nicht schwingend und 
ohne extreme Überschwinger bei Lastwechseln) zu bekommen.

Bei dem Vorschlag oben fehlt der Abgleich der Spannungsregelschleife - 
das würde vermutlich bei Kapazitiver Last zu schwingen anfangen. Auch 
ist die Strombegrenzung sehr langsam und auch da wären die Chancen hoch 
das es schwingt - schon bei der LM393 nicht gut für eine lineare 
Regelschleife geeignet ist. Die Strommessung über den Shunt und 
Differenzverstärker bringt auch recht viele Störungen rein, weil die 
Gleichtaktunterdrückung eher nicht so gut ist. Der TL082 ist auch kein 
Single Supply OP.

Bei einem Labornetzteil sollte man erst einmal das Steckbrett durch ein 
virtuelles wie LTcad ersetzen, also lieber simulieren statt 
Widerstände/Transistoren zu rösten.

Es gibt schon viele Labornetzteil Threads hier - leider auch viel 
schlechte Vorschläge. Ganz gut gelungen sieht etwa das Netzteil aus dem 
CT-Labor aus:
http://www.thoralt.de/wiki/index.php/DCG

Ganz 1:1 muss man es auch nicht nachbauen. Insbesondere die Umschaltung 
die Sense Buchsen und die Umschaltung der Strombereiche kann man sich 
meist sparen. Das Prinzip ist aber ganz brauchbar, zumindest solange man 
nur einen Kanal am Trafo betreiben will. Wegen des Shunts auf der GND 
Seite ist es da kaum möglich mehr als die eine Spannung ohne galvanische 
Trennung zu erzeugen.
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Maximilian K. Gast #3813614
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Danke für die Tipps und Verbesserungsmöglichkeiten.

Und MaWin:
Ich habe die Bauteileigenschaften tatsächlich ignoriert, da ich ein fach 
"Standatdbauteile" nehmen wollte, um ersteinmal das prinzip des 
Regelkreises darzustellen.
Danke trozdem für den Hinweis!
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