Hallo,
ich brauche einen Festspannungsregler für eine 5V-USB Versorgung. Meine
Spannungsquelle bringt 5,4V bei 3A. Mein zu versorgendes Gerät verträgt
maximal 5,25V. Da ich andere Geräte, die durchaus 1,3A ziehen können mit
einem USB-Kabel anschließen möchte, möchte ich die Ausgangspannung des
Festspannungsreglers möglichst konstant auf 5,2V (+-0,5V) einstellen.
So ein vernünftiger low-drop Spannungsregler geht ja schon ins Geld,
daher wollt ich mal sehen, ob das nicht selbst zu bauen ist, dann lern
ich noch was.
Ich habe eine Referenzdiode in einem alten Netzteil gefunden, und einen
vernünftigen Leistungs-N-Mos mit 0,05Ohm Rds habe ich auch noch.
Zusammen mit einem Spannungsverdoppler wie z.B.
http://www.conrad.de/ce/de/product/1262032/PMIC-LM2767M5NOPB-SOT-23-5-Texas-Instruments?queryFromSuggest=true
, den ich noch kaufen müsste, habe ich mal ne Schaltung skizziert und
simuliert.
Kann ich das so machen, oder verstoße ich da gegen irgendwelche Regeln?
Ich wollte erst noch einen OP zwischen der Referenzdiode und dem n-Mos
setzten, das schien aber irgendwie überflüssig zu sein.
Hans schrieb:> So ein vernünftiger low-drop Spannungsregler geht ja schon ins Geld,> daher wollt ich mal sehen, ob das nicht selbst zu bauen ist, dann lern> ich noch was.
Nein, kannst du nicht selbst bauen. Sieht man schon an deiner
Anforderung. Du schreibst deine Geräte vertragen maximal 5,25 V, dein
Spannungsregler soll auf 5,2 ± 0,5 V stabil sein, also eine Spannung von
4,7…5,7V. Du merkst was? ;)
Im Prinzip könnte die Schaltung funktionieren. Die Stabilität hängt aber
von den Details des TL431 ab. Das kann funktionieren, aber auch schief
gehen - gerade bei so einem Teil das viele Hersteller hat und nicht von
jedem ganz gleich ist.
Der relativ große Widerstand vor dem Gate macht die Schaltung schon mal
recht langsam - ein schnelle Reaktion auf Lastwechesl würde ich also
nicht erwarten. Ob die Schaltung auch mit Kapazität am Ausgang stabil
ist, sollte man noch testen. Dafür so etwas wie 100µF low ESR und 1 µF
Keramik an den Ausgang und Eingang, damit man da nicht zu sehr von
externen Teilen abhängt, und auch nicht so viel HF Störungen einfängt.
Lurchi schrieb:> Dafür so etwas wie 100µF low ESR und 1 µF
Sehr hilfreich, danke.
Ich wollte eh erstmal einen Poti für R10 oder R11 einsetzen, um die
Spannung genau einzustellen
Also eine Schaltung, die 5V aus 5,7V unter Einsatz einer
Hilfsspannungsquelle von 10,8V erzeugt, weil ein n-Kanal-Sourcefolger
als Pass-Element eingestezt wird, kann man doch nicht wirklich als
Low-Drop-Regler bezeichnen.
ArnoR schrieb:> Also eine Schaltung, die 5V aus 5,7V unter Einsatz einer> Hilfsspannungsquelle von 10,8V erzeugt, weil ein n-Kanal-Sourcefolger> als Pass-Element eingestezt wird, kann man doch nicht wirklich als> Low-Drop-Regler bezeichnen.
Also so neu ist die Idee nicht. Linear DN-32 (Advertisement). Warum das
jetzt kein Low-Drop-Regler sein soll, ist mir nicht klar Arnor?
Historisch ist das einfach die Bezeichnung für Regler, die weniger als
die etwa 2-4 V Drop der klassischen Regler haben. Hilfsspannungen, etwa
mit Hilfe von Ladungspumpen, sind ja nun auch nicht verboten...
Williams hat dafür den m.E. durchaus passenden Begriff voltageoverdriven source follower gefunden (für Ugd > 0).
Marian B. schrieb:> Warum das> jetzt kein Low-Drop-Regler sein soll, ist mir nicht klar Arnor?
Ein echter LDO kommt insgesamt mit einer Spannung knapp über der
Ausgangsspannung aus. Bei der Schaltung oben geht das aber nicht (wegen
des Soucefolgers). Die Leistungsspannungsquelle oben hat doch mit der
Regelei gar nichts zu tun, daher kann man die ohne Rücksicht auf den
Rest der Schaltung einfach so dimensionieren, dass die zur
Ausgangsspannung gerade so noch den Spannungsabfall über dem
Leistungstransistor liefert.
Hans schrieb:> ich brauche einen Festspannungsregler für eine 5V-USB Versorgung. Meine> Spannungsquelle bringt 5,4V bei 3A. Mein zu versorgendes Gerät verträgt> maximal 5,25V. Da ich andere Geräte, die durchaus 1,3A ziehen können mit> einem USB-Kabel anschließen möchte, möchte ich die Ausgangspannung des> Festspannungsreglers möglichst konstant auf 5,2V (+-0,5V) einstellen.
Hmm. Das kann man so machen. Cleverer wäre allerdings, wenn man das
Netzteil gleich dahingehend modifizieren würde daß es maximal 5.2V
raushaut. Und BTW, ich nehme an du meinst 5.2V +/- 0.05V.
Daß die Netzteile im Leerlauf mehr als 5.0V liefern hat übrigens einen
guten Grund. USB-Kabel und Steckverbinder sind nicht unbedingt auf
Ströme von mehreren A ausgelegt (die Norm ging ursprünglich nur bis
500mA). Die extra Spannung soll den zu erwartenden Spannungsabfall
kompensieren, damit auch mit schlechten Kabeln und gealterten
Steckverbindern noch genug bei der Last ankommt.
> Ich habe eine Referenzdiode in einem alten Netzteil gefunden, und einen> vernünftigen Leistungs-N-Mos mit 0,05Ohm Rds habe ich auch noch.> Zusammen mit einem Spannungsverdoppler wie z.B.> http://www.conrad.de/ce/de/product/1262032/PMIC-LM2767M5NOPB-SOT-23-5-Texas-Instruments?queryFromSuggest=true> , den ich noch kaufen müsste, habe ich mal ne Schaltung skizziert und> simuliert.>> Kann ich das so machen
Unnötig kompliziert. Was soll die Spannungsverdopplung?
> Ich wollte erst noch einen OP zwischen der Referenzdiode und dem n-Mos> setzten, das schien aber irgendwie überflüssig zu sein.
Ein OPV ist auf jeden Fall weniger Aufwand als ein Spannungsverdoppler.
Aber natürlich reicht auch ein Transistor als Verstärker. Oder zwei als
Differenzverstärker. Schaltung wie z.B. hier:
Beitrag "Re: Low Drop Netzteil (Diskret) / Theoretischer Versuch"
Das Hauptproblem bei LDO ist aber immer die dynamische Stabilität.
Nachtrag: Ich sehe gerade den n-Kanal MOSFET. Deswegen wohl die
Spannungsverdopplung. Auch an dieser Stelle ist das wieder nicht clever
was du da machst. Wenn du schon einen n-Kanal MOSFET nehmen willst,
warum schaltest du ihn dann nicht in die GND-Leitung? Ist doch für das
angeschlossene Gerät vollkommen Wumpe, welche der beiden Leitungen das
Regel-Element enthält.
Hans schrieb:> Kann ich das so machen
Nein.
Zwar kannst du einen NMOSFET mit höherer Spannung steuern,
damit wird der LowDrop Regler zum stabilen Sourcefolger
aber nicht mit so schwacher (hochohmiger) Ansteuerung
und nicht ohne den TL431 durch Kondensatoren die höhere
Verstärkung durch den MOSFET zu kompensieren.
Betrachte mal den LP2975.
http://www.farnell.com/datasheets/1859432.pdf
Da steht was zur Leistungsfähigkeit von LowDrop
Spannungsreglern drin.
ArnoR schrieb:> Marian B. schrieb:>> Warum das>> jetzt kein Low-Drop-Regler sein soll, ist mir nicht klar Arnor?>> Ein echter LDO kommt insgesamt mit einer Spannung knapp über der> Ausgangsspannung aus. Bei der Schaltung oben geht das aber nicht (wegen> des Soucefolgers). Die Leistungsspannungsquelle oben hat doch mit der> Regelei gar nichts zu tun, daher kann man die ohne Rücksicht auf den> Rest der Schaltung einfach so dimensionieren, dass die zur> Ausgangsspannung gerade so noch den Spannungsabfall über dem> Leistungstransistor liefert.
Ich formuliere es mal anders: Wenn ich also einen IC designe mit On-Chip
Charge Pump für die Steuerspannung ist es kein LDO mehr?
Axel S. schrieb:> Nachtrag: Ich sehe gerade den n-Kanal MOSFET. Deswegen wohl die> Spannungsverdopplung. Auch an dieser Stelle ist das wieder nicht clever> was du da machst. Wenn du schon einen n-Kanal MOSFET nehmen willst,> warum schaltest du ihn dann nicht in die GND-Leitung? Ist doch für das> angeschlossene Gerät vollkommen Wumpe, welche der beiden Leitungen das> Regel-Element enthält.
Es sei denn natürlich, dass sie Massen von Gerät und Versorgung
anderweitig verbunden werden.
Michael B. schrieb:> und nicht ohne den TL431 durch Kondensatoren die höhere> Verstärkung durch den MOSFET zu kompensieren.
Sourcefolger haben eine Spannungsverstärkung nahe 1. Da gibt es meist
nicht sonderlich zu kompensieren, in jedem Fall weniger als im Falle der
Sourceschaltung.
Marian B. schrieb:> Wenn ich also einen IC designe mit On-Chip> Charge Pump für die Steuerspannung ist es kein LDO mehr?
K.A. ob die "Definition" von LDO sowas zulässt. Ich fände es jedenfalls
ungeschickt, in einen Linearregler solche Schalterei einzubauen, weil
man die auch in der Ausgangsspannung wiederfindet.
Kannst du nicht einfach eine dicke Diode zwischen Spannungsquelle und
Gerät einschleifen?
Si-Diode frißt um die 0,7V und Schottky-Diode entsprechend weniger (ca.
0,3V je nach Strom).
harry schrieb:> Kannst du nicht einfach eine dicke Diode zwischen Spannungsquelle und> Gerät einschleifen?
War ja klar, daß dieser Vorschlag auch noch kommen würde.
Wann stirbt dieser Schwachsinn endlich mal aus?
Hallo,
ich habe die Schaltung etwas modifiziert. Nach wie vor, nur in der
Simulation.
Widerstände angepasst, Gatewiderstand entfernt.
Bei einer schlagartigen Widerstandänderung dauert die Anpassung der
Spannung fast 100ns. Hab leier keine Ahnung, ob das schnell ist. Es
werden aber eher Stromspünge von 1A erwartet, daher ist hier mal wieder
alles für den schlimmsten Fall angenommen.
Axel S. schrieb:> Hmm. Das kann man so machen. Cleverer wäre allerdings, wenn man das> Netzteil gleich dahingehend modifizieren würde daß es maximal 5.2V> raushaut.
An dem Netzteil möchte ich nicht so gerne rumschrauben. Der
Innenwiderstand liegt bei 0.1Ohm, da schwankt die Ausgangspannung bei 3A
auch um 0.3V Da ich noch ein paar 100mV Spannungsreserve habe, wollte
ich das Beste draus machen
Axel S. schrieb:> Und BTW, ich nehme an du meinst 5.2V +/- 0.05V.
Das ist richtig!!
Axel S. schrieb:> Daß die Netzteile im Leerlauf mehr als 5.0V liefern hat übrigens einen> guten Grund. USB-Kabel und Steckverbinder sind nicht unbedingt auf> Ströme von mehreren A ausgelegt (die Norm ging ursprünglich nur bis> 500mA). Die extra Spannung soll den zu erwartenden Spannungsabfall> kompensieren, damit auch mit schlechten Kabeln und gealterten> Steckverbindern noch genug bei der Last ankommt.
Das Netzteil ist ursprünglich nicht für USB-Anwendungen gedacht gewesen.
Axel S. schrieb:> Wenn du schon einen n-Kanal MOSFET nehmen willst,> warum schaltest du ihn dann nicht in die GND-Leitung? Ist doch für das> angeschlossene Gerät vollkommen Wumpe, welche der beiden Leitungen das> Regel-Element enthält.
Da hast du recht und ich werde das warscheinlich auch so machen. Viel
einfacher. Aber ich probier hier noch eben ein bisschen rum, bevor ich
die Idee zu den Akten lege.
Michael B. schrieb:> Zwar kannst du einen NMOSFET mit höherer Spannung steuern,> damit wird der LowDrop Regler zum stabilen Sourcefolger> aber nicht mit so schwacher (hochohmiger) Ansteuerung> und nicht ohne den TL431 durch Kondensatoren die höhere> Verstärkung durch den MOSFET zu kompensieren.
Diese Aussage versteh ich noch nicht ganz? Den Widerstand zwischen TL431
und Gate habe ich entfernt. Kann ich die Reaktion mit einem Kondensator
am TL431 beschleunigen?
Vieln Dank für die vielen Anregungen
Was soll der FET Scheiss ? Der braucht zuviel Spannung. Nimm einen PNP
Transistor und das Ganze ist viel entspannter. Den kann man auf 50mV CE
runtersaettigen was dann auch dem Spannungs Verlust entspricht.
Oder D. schrieb:> Was soll der FET Scheiss ? Der braucht zuviel Spannung. Nimm einen PNP> Transistor und das Ganze ist viel entspannter.
Hm, hab ich mal kurz getestet. Wenn ich einen Bipolar nehme, dann werde
ich auch einen OP benötigen, da der Basisstrom die TL431 parasitär stark
beeinflussen würde.
Ja, den OpAmp benoetigt sowieso man wenn man Fehler = Null erreichen
will. Der PNP ist einfach besser ansteuerbar, denn muss man nu 0.7V
unter die Eingangsspannung ziehen, und er oeffnet.
Hans schrieb:> Bei einer schlagartigen Widerstandänderung dauert die Anpassung der> Spannung fast 100ns
Das ist gut, 1ms reicht meistens, aber nur beim Zuregeln. Das Aufregeln
über 300 Ohm dauert vermutlich länger.
Hans schrieb:> Diese Aussage versteh ich noch nicht ganz? Den Widerstand zwischen TL431> und Gate habe ich entfernt.
Das ist gut so und war Kern der Aussage.
> Kann ich die Reaktion mit einem Kondensator am TL431 beschleunigen?
Könnte man auch, ein Kondensator parallel zu R10, aber eher baut man
einen zur Verlangsamung ein um Überschwinger zu verhindern.
Stabilitätsbetrachtungen im verlinkten Dokument.
Marian B. schrieb:> Die TL431 ist ein Op-Amp. Mit eingebauter Referenz.
Öhm, ich hätte jetzt nur gesagt, dass da ein OP drin ist. Aber wie einen
OP benutzen geht damit praktisch nicht.
Man kann aufgrund der internen Beschaltung nur bestimmte Op-Amp
Schaltungen aufbauen. Egal. Mein Punkt weiter oben war einfach, dass wir
hier schon eine geschlossene Regelschleife mit der TL431 haben, weswegen
das Zitat unten falsch ist.
Oder D. schrieb:> Ja, den OpAmp benoetigt sowieso man wenn man Fehler = Null erreichen> will.
100 ns sind schon extrem schnell - so schnell will man eher gar nicht.
Da muss man dann schon die Leitungsinduktivitäten, bzw. die im MOSFET
berücksichtigen und ein HF gemäßes Layout haben.
In der Regel wird man einen gewissen Gate Widerstand haben wollen (so im
Bereich 10-100 Ohm), um Instabilität im HF Bereich zu vermeiden. Den
TL431 muss / sollte man ggf. noch bremsen, über einen Kondensator von
der Anode zum Ref. Eingang.
Um zu sehen ob das ganze Stabil ist, sollte man schon gute Modelle für
den TL431 und den MOSFET (ggf. mit Induktivitäten der Pins - die
üblichen Modelle sind der reine Chip ohne Gehäuse/Leitungen) haben. Über
die Ausgangsimpedanz im Frequenzbereich kann man Probleme recht gut
erkennen. Zu schnell sollte der Regler eher nicht werden - die ganz
hohen Frequenzen überlässt man eher dem Ausgangskondensator. Auch der
FET als Sourcefolger hat schon eine kleine Ausgangsimpedanz, zumindest
wenn genügend Strom fließt.
Es gibt ähnliche Regler mit höherer Hilfsspannung und externem MOSFET
auch als ICs zu kaufen.
Hallo,
ich hab das nun ein wenig umgebaut, verlangsamt, Spannungsverdopplung
raus.
Das gehört hier eingentlich nicht mehr rein, da nun kein LDO mehr.
Ich weiß nicht, ob man das so machen kann, zumal nun der TL431 und der
Mosfet keine gemeinsame Masse mehr haben. Ist wahrscheinlich "nicht ganz
üblich".
Sicher wieder einfacher als man denkt....
Vielen Dank für Input
Das ist die verrückteste virtuelle Masse die ich bisher sah. Soll der
MOSFET tatsächlich das Potential mit dem GND-Symbol – das Netzteil ist
ja mit diesem Symbol nicht verbunden – nach oben schieben? Würde dann
nicht auch der TL431 fußseits wacklig stehen? Ich schließe mich dem
Bipolar-Vertreter an, 0,4V ist eine passende
Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung. Moderne SMD-Transistoren gehen da
bis in den 10er mV-Bereich.
Ein Spannungsteiler von 300/300 Ohm lässt schon mal 10mA verschwinden,
ein TL431 braucht auch etwas Mindeststrom. Dann sollen noch 400mV bei
einem Strom von 1.3A vernichtet werden. Grob gepeilt ist das ein halbes
Watt verschenkte Leistung/ abzuführende Wärme. Da kaufe ich mir lieber
ein Steckernetzteil mit direktem 5V-Ausgang. Das regelt dann so ziemlich
alles inkl. thermischer Überlast und ist schneller beschafft als
Bauteile, Platine und Zeit zum Löten sowie der immer notwendigen
Fehlersuche.
Aber verrückte Lösungen können von noch verrückteren getoppt werden: es
gibt Schaltregler, die können Linearbetrieb, wenn die Spannungsdifferenz
zu klein wird. Vielleicht schaust du dich mal in der Workbench von TI
um. Der Lerneffekt ist umso größer. Am Ende hast du einen Step-Up der
permanent im Linearbetrieb arbeitet und die Welt anderthalb Watt wärmer
macht.
Schaltung.png
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