Hallo,
ich versuche es noch einmal mit neuen, konkreten Thread: Ich möchte eine
12V Spannungsbegrenzung für empfindliche IT-Geräte, die über einen
Solarakku statt Netzteil betrieben werden. Auch wenn der Akku lädt und
höhere Ladespannungen anliegen, sollen die Verbraucher auf 12V begrenzt
werden.
Fällt die Batteriespannung etwas unter 12V, dann soll der FET einfach
weiter voll durchschalten, so dass ggf. nur noch 11,5V nachts ankommen.
Ich habe nun schon in einigen KFZ/Wohnmobilforen ähnliche Probleme
gefunden, aber keine Lösung: Standardprodukte mit
Standardspannungsregler ala 7812 brauchen immer eine höhere
Eingangsspannung. Selbst Low-Drop Regler, brauchen eine, wenn auch nur
geringfügig, höhere. Weiß jemand was passiert, wenn eine geringere oder
gleichgroße Eingangsspannung anliegt? Schalten die dann einfach durch?
Auch sind sie wohl eher für kleinere Ströme gedacht.
In dem anderen Thread hat der User Helge mir eine fertige Schaltung aus
den 80ern präsentiert (Danke noch mal!). Dabei wird ein TL431 für die
Referenzspannung genutzt und ein BUZ111S als FET. Den BUZ111S bekomme
ich aus (üblich seriösen) Quellen nicht mehr. Wenn, dann ist er zudem
ziemlich teuer (>10EUR/Stk). Und aus China Direktversand sind eher
(leider aus eigener Erfahrung) Fakes/Umgelabelte darunter, die z.B.
einen höheren Innenwiderstand (Drain-Source Widerstand) haben als die
0,08mOhm.
Kann mir jemand einen modernen, günstigen Ersatztyp empfehlen, der in D
bei seriösen Händlern wie Reicht/Conrad zu bekommen ist?
Wie sieht es mit Kühlung aus? Reicht ein Alu-Kühlkörper?
Grob gerechnet bei 16V Ladespannung und 10A Last müssten
(16V-12V)*10A=40W Leistung verbraten werden? Ist jetzt als worst Case
gemeint, sprich Last wird wohl geringer (absichern will ich mit 10A) und
16V Ladespannung ist jetzt auch nur geraten (habe noch nicht
nachgeschaut, welche Ladespannung ein Victron-MPPT-Regler bei entladenen
Akku zu Beginn nutzt).
Am liebsten wäre mir ein komplett fertiges Modul. Aber so etwas suchen
viele auch in den anderen KFZ-Foren wohl vergeblich.
Ich finde die Schaltung von Helge mit 16 Bauteilen jetzt nicht ganz so
trivial, dass sie zeitlich schnell mal eben zusammengelötet werden kann
(z.B. auf Streifenraster), bzw. mal eben mehrere davon.
Bin für jeden Tipp dankbar,
Dominik
Dominik schrieb:> Standardprodukte mit Standardspannungsregler ala 7812 brauchen immer> eine höhere Eingangsspannung.
JEDER Regler braucht etwas von der Eingangsspannung, auch wenn es nur
0.1V ist.
> Selbst Low-Drop Regler, brauchen eine,> wenn auch nur geringfügig, höhere. Weiß jemand was passiert, wenn eine> geringere oder gleichgroße Eingangsspannung anliegt? Schalten die dann> einfach durch
Ja, aber durchaus mit Nachteilen: bei manchen Reglern steigt dann der
Ausgangswiderstand, bei anderen verhundertfacht sich die
Eigenstromaufnahme, wieder andere schalten irgendwann hart ab. Wenn man
Regler unterhalb ihrer drop out Spannung betreiben will, sollte man ins
Datenblatt gucken.
Dominik schrieb:> Dabei wird ein TL431 für die Referenzspannung genutzt und ein BUZ111S> als FET. Den BUZ111S bekomme ich aus (üblich seriösen) Quellen nicht> mehr. Wenn, dann ist er zudem ziemlich teuer
Man braucht einen für Linearbetrieb geeigneten FET. Das sind viele
moderne nicht mehr, aber es gibt noch welche. Du hast zwar geschrieben
was der Akku kann, aber nicht gegen welche Ausfälle du dich absichern
willst, bis eine 10A KFZ Sicherung durchbrennt können aber schon viele
hundert Ampere geflossen sein. Nur mal einen FDL100N50 der auch nicht
billiger ist.
Dominik schrieb:> Reicht ein Alu-Kühlkörper?
Vermutlich, hängt halt davon ab wie gross er ist. 40W geht gerade noch
mit TO220.
Hallo, Du könntest es mit einem MC34063 versuchen. In Bild 11b den PNP
durch einen P-CH (oder mehrere parallel) mit möglichst kleinem
Widerstand ersetzen. Der MC soll ab 3V laufen.
IRF9530, AUIRF6215 oder SPP18P06P hab ich bei Reichelt gesehen.
Wie im Bild oben, musst Du noch den Pin 5 über die Widerstände R1,R2
(oder/und Poti) anschließen.
Gruß Carsten
Dominik schrieb:> Am liebsten wäre mir ein komplett fertiges Modul.
Da könnte der DC-DC Wandler von Victron geeignet sein:
"Victron Energy Orion-Tr IP43 12/12-Volt 9 Amp 110-Watt DC-DC Konverter,
Isoliert"
Eingang 9....17V Ausgang einstellbar 10...15V 9A
PS.
Mosfet im Linearbetrieb hab ich nur einmal für eine Stromsenke
(Akkutester) benutzt. Für 10mA.....3A und max. 40 W Verlustleistung hab
ich 2St. IRL540n parallel benutzt. Das hat einwandfrei funktioniert.
-Es gibt sicher besser geeignete MOSFETS dafür, aber den hatte ich
vorrätig.
Carsten-Peter C. schrieb:> Du könntest es mit einem MC34063 versuchen.
WAS kann er damit versuchen ?
Sicher keinen ultra low drop Regler aufzubauen.
Auf welchen thread ist dein Beitrag eine Antwort ?
Selbst mit PMOSFET (für dessen Ansteuerung ein MC34063 eher ungeeignet
ist), bleiben 0.33V Spannungsabfall an Rsc und kommt der Spannungsabfall
an der Spule dazu, zudem erlaubt der MC34063 keine 100% Tastverhaltnis
sondern maximal 86% macht 85% der 13V am Ausgang, also 1.8V drop.
MaWin schrieb:> Man braucht einen für Linearbetrieb geeigneten FET.
Kannst du das mal erklären? Wenn der MOSFET in einer Regelschleife ist,
wird doch Drift und Nichtlinearität ausgeregelt, oder nicht?
Ich habe schon einige Spannungs- und Stromregler mit BUZxyz gemacht und
die haben eigentlich ok funktioniert. Klar macht die Gatekapazität einen
Pol in der Übertragungsfunktion. Aber den hat ein 2N3055 auch.
Für so einen Fall war ein Entwurf mit einem Transistor die
Konstantspannungsschaltung mit ZD zu ergänzen. Ein 555 arbeitete als
Ladungspumpenaufwärtswandler sobald die Spannung unter 12V fiel und
speiste somit Basis und Zenerdiode. Die Ladungspumpe war vom
Maximalstrom begrenzt, so dass Basisstrom mal Verstärkungsfaktor eine
ungefähre Strombegrenzung bewirkte. Der hohe auftretende Spannungsabfall
triggerte ein Relais zur Abschaltung.
Gunnar F. schrieb:> Kannst du das mal erklären
Linearbetrieb heisst, er muss GLEICHZEITIG relevanten Strom und einen
gewissen Spannungsabfall aushalten, also Leistung vernichten können, und
nicht nur ENTWEDER viel Strom ODER viel Spannung aushalten.
Ob ein MOSFET für Linearbetrieb taugt, findet man in der SOA Kurve, wenn
dort eine Kurve für DC (bei optimaler Kühlung) drin ist.
Dieter schrieb:> Die Ladungspumpe war vom> Maximalstrom begrenzt, so dass Basisstrom mal Verstärkungsfaktor eine> ungefähre Strombegrenzung bewirkte.
Als die Ladungspumpe ausgangsseitig gespeist wurde, ergab sich noch ein
Foldback-Verhalten und hatte damit einen Überlastungsschutz mit
Selbstwiederkehr, wenn die Überlastungsursache verschwand.
MaWin schrieb:>> Du könntest es mit einem MC34063 versuchen.>> WAS kann er damit versuchen ?
Das habe ich geschrieben, weil ich das nicht getestet habe, aber es
schon als Weg sehe.
Hallo, ich möchte noch kurz auf die Schaltung eingehen. Der Vorteil ist,
das der Regler auch weit unter den 12V arbeitet und keine großen
Verluste am Mosfet entstehen.
Ist ja schnell auf Rochraster aufgebaut.
Ach ja, wo war noch mal Dein Vorschlag?
Gruß Carsten
Erst mal Danke für die zahlreichen Antworten und Vorschläge. Jetzt bin
ich allerdings noch unentschlossener als vorher.
Die Schaltung von Helge (sorry Link vergessen) ist diese:
https://www.mikrocontroller.net/attachment/565165/lin-12V-limit.png
Kann ich den BUZ111 nun einfach durch den IRF3205 ersetzen, bezüglich
der genannten Tauglichkeit für den Linearbetrieb? Der ist ja recht
günstig. Ich möchte eigentlich gleich mehrere Spannungsbegrenzer bauen.
Ist Parallelbetrieb zweier IRF3205 vielleicht noch vorteilhaft? Bei den
Preisen, täte das auch nicht weh.
Die Schaltung von Michael M. ist ganz ähnlich. Aber wenn die schwingt...
Hat denn keiner einen 12V-Begrenzer, den er/sie mal real aufgebaut hat
und wirklich nutzt? Der Tipp mit dem MC34063 wäre auch gut, da deutlich
weniger Bauelemente nötig. Aber ich möchte echt ungern experimentieren
und nachher irgendwas kaputt machen oder gar abfackeln.
Insofern, was haltet ihr von der Schaltung von Helge:
https://www.mikrocontroller.net/attachment/565165/lin-12V-limit.png
Die ist wohl wenigstens praxisbewährt. Gibt es so etwas nicht auch in
modern?
Dominik schrieb:> Gibt es so etwas nicht auch in modern?
Mit noch weniger Bauteilen zum Beispiel. Ist aber nicht sehr genau in
der Regelung. Eingangsspannungsänderungen zusammen mit Laständerungen
schlagen mit 0,2...0,3V durch auf die Ausgangsspannung. Besser wird es
mit einem TL431.
Dominik schrieb:> Kann ich den BUZ111 nun einfach durch den IRF3205 ersetzen
Hast du denn nun Mal im Fatenblatt des IRF3205 nachgeguckt
MaWin schrieb:> Ob ein MOSFET für Linearbetrieb taugt, findet man in der SOA Kurve, wenn> dort eine Kurve für DC (bei optimaler Kühlung) drin ist.
ob da eine DC Kurve drin steht oder doch nur eine für fixe 10ms beim
schnellen Umschalten ?
Nein, warum, weil du deine Honks hast die für dich nachgucken, warum
sollten die nicht auch gleich die ganze Schaltung entwerfen und
aufbauen.
Carsten-Peter C. schrieb:> Ach ja, wo war noch mal Dein Vorschlag?
Tja, da seine Angabe '4V bei 10A' nicht für LD39200 passt, muss er wohl
selber bauen:
https://www.analog.com/media/en/reference-design-documentation/design-notes/dn032f.pdf
MaWin schrieb:> Dominik schrieb:>> Kann ich den BUZ111 nun einfach durch den IRF3205 ersetzen>> Hast du denn nun Mal im Fatenblatt des IRF3205 nachgeguckt>> MaWin schrieb:>> Ob ein MOSFET für Linearbetrieb taugt, findet man in der SOA Kurve, wenn>> dort eine Kurve für DC (bei optimaler Kühlung) drin ist.>> ob da eine DC Kurve drin steht oder doch nur eine für fixe 10ms beim> schnellen Umschalten ?
Es steht nur letzteres drin. Man kann den natürlich dennoch im
Linearbetrieb nutzen, nur garantiert Infineon dafür eben keine
Grenzwerte.
Michael M. schrieb:> Dann habe ich hier noch eine andere Schaltung (Bild).
Die Schaltung von mir im Posting davor ist auf geringen
Eigenstromverbrauch getrimmt. Das Prinzip ist ansonsten sehr ähnlich.
Manchmal ist es möglich eine ZD mit einer LED zu kombinieren. Ohne
Mehrstromverbrauch ergibt sich so zusätlich eine Betriebsanzeige.
Nochmals von Vorne. Der Poster moechte etwas fuer empfindliche IT
Gerate. Bedeutet etwas Ripple, in den mV ist akzeptabel. Dann wuerde man
einen Buck oder Buckboost nehmen, und haette sich die Verlustleistung
vom Hals geschafft. Ich wuerd's mal mit einem LTC7806 oder aehnlich
versuchen.
Dessen Shunt verbraucht 20mV oder so, und hat eine maximale Pulsbreite
von 93%.
Mir ist, ehrlich gesagt, auch nicht klar, warum man das unbedingt mit
einem MOSFet lösen will als Linearregler. Für einen Shuntregler, wie
Horst meint, wäre der schon geeignet, aber als Linearregler ist der
freilebende BJT seit Jahrzehnten bewährt und ohne grosse Feedback
Klimmzüge vorhersehbar, da er immer 0,6V zwischen B und E abfallen
lässt.
Mit einer ZD13 und einem passenden NPN (evtl. als Darlington) ist das
ganze mit 3 Bauteilen erledigt.
Matthias S. schrieb:> warum man das unbedingt mit> einem MOSFet lösen will als Linearregler
- geringe DropSpannung
- verträgt mehr Verlustleistung
- modern
- Verfügbarkeit.
.....
Tany schrieb:> - modern> - Verfügbarkeit
Du möchtest sicher nicht sagen, daß das Gründe sind. Verfügbarkeit ohne
die Fakegefahr ist bei MOSFets doch viel schlechter. Und modern lasse
ich nicht gelten. Was soll daran modern sein, die schlechte
Vorhersehbarkeit des GS Drops mit zusätzlichen Bauteilen kompensieren zu
wollen?
Tany schrieb:> - verträgt mehr Verlustleistung
Alles eine Frage des richtigen Bauteils.
Tany schrieb:> - geringe DropSpannung
Gut, wenns auf ein paar 100mV ankommt, hast du recht. Aber das scheint
mir hier nicht der Fall zu sein.
Horst M. schrieb:> Wäre ein Shunt-Regulator mit TL431 aka Power-Zener nicht die bessere> Lösung?
Shunt Regler ist völlig ungeeignet, da er offensichtlich einen Blei Akku
als Pufferspeicher hat und der mit bis zu > 14V geladen werden muss,
gleichzeitig aber die Verbraucher nur max. 12,xx V bekommen sollen.
Was mit dem Shunt Regler passiert wenn es sich um ein WoMo handeln
sollte und beim Fahren dann die Lima mit >100A und bis 15V laden will
wäre auch interessant zu sehen. :-)
Vieleicht sollte der TO mal sagen was genau er da meint schützen zu
müssen?
Die meisten 12V Geräte kommen doch auch mit einem 12V Bleiakku und damit
mit <15V klar.
Horst M. schrieb:> Wäre ein Shunt-Regulator mit TL431 aka Power-Zener nicht die> bessere Lösung?
Immer über 10A durch den Vorwiderstand fliessen lassen und 120 Watt
aufnehmen aus einem Akku ?
Woher kommt die Beharrung auf einen Linear Regler ? Bei 10A.
Da ist das Verlustelement, bei 40W im TO247, doch schon groesser wie der
Regler bei einem Buck Regler. Ein zB LTM4705 hat ausser zwei Caps alles
drin. Regler, Leistungshalbleier, Spulen, .. der Chip ist nur 0.5cm^2
Matthias S. schrieb:> Alles eine Frage des richtigen Bauteils.
Im konkreten Fall 16V 10A: welche BJT kommt in Frage?
> Gut, wenns auf ein paar 100mV ankommt,
Im Abhängigkeit von Rds_on noch viel weniger: I² X Rds_on
>...ohne die Fakegefahr ist bei MOSFets doch viel schlechter.
Meinst du die Chinesen können BJT nicht fälschen?
> Und modern lasse ich nicht gelten
Fakt ist nur, BJT wird nicht so sehr intensiv weiter entwickelt.
Udo S. schrieb:> Shunt Regler ist völlig ungeeignet,
Er meinte Shunt Regler im Regelkreis....
Flachtroll schrieb:> Ein zB LTM4705 hat ausser zwei Caps alles drin
Und wenn der TO mehr als 6V am Ausgang haben will?
Es ist aber richtig, bei 10A sollte man ein Buck Konverter zu nehmen.
Dominik schrieb:> fertige Schaltung aus den 80ern präsentiert
Ich nehme mir irgendwas passendes aus dem Teilespeicher, was
idealerweise (aber hier nicht notwendig) ein Audio-geeigneter Mosfet
wäre. Mit so einem kann man größere Spannungsfälle realisieren, zum
Beispiel wenn dazu noch eine Strombegrenzung kommt (und 15V verbraten
werden bei einem Kurzschluß am Ausgang).
Zur Auswahl hier: Der Halbleiter sollte
1. die Verlustleistung abkönnen (großzügig rechnen, muß reichen bis eine
Vorsicherung auslöst)
2. im Bereich V(gs) 1-6V vom gesperrten bis in den vollständig leitenden
Bereich umschalten
3. im durchgeschalteten Zustand einen eher niedrigen Innenwiderstand
haben
4. wenigstens die betriebsspannung aushalten :-)
Falls grad nichts passendes zur Hand, nimm deinen bevorzugten
Teileversender und such dir den billigsten passenden aus, den du gut auf
einen Kühlkörper montieren kannst.
Danke erst mal für die zahlreichen Antworten.
Erst mal möchte ich klarstellen: Der einzige Honk hier bin ich! Ich bin
kein Akademiker, sondern Handwerker (Strippenzieher) und somit nur
Hobbyelektroniker im praktischen Sinne. Analogtechnik ist da meine
Schwäche, insbesondere wenn es ins tief ins Detail geht wie
Regelschleifen und irgendwelche Kennlinien/Abkürzungen, die mir nichts
sagen und ich auch nach googeln nicht verstehe. Ich bin wirklich für
jeden Tipp/Hilfe dankbar und dabei natürlich absolut erwartungsfrei.
Meine Frage zielte eher auf die Hoffnung, dass jemand so etwas (=12V
Limiter) praktisch schon gemacht hat oder gar Erfahrung mit ein
(bezahlbares) Fertigprodukt hat.
Insofern: Keiner muss mir antworten oder irgendwas raussuchen, was er
nicht will! Und bitte seit mir nicht böse, wenn ich einen Tipp
überlesen, schlichtweg nicht verstanden oder aus persönlichen Gründen
NICHT umsetzen möchte!
Nun kurz zu den vielen neuen Antworten:
@Dieter: Vielen Dank für Deine Mühe Dieter. Simulation sieht gut aus. Es
sind letztendlich aber auch nur wenige Bauteile weniger. Die Schaltung
hat eine Grundlast und es gibt keinerlei Praxiserfahrung. Der fast schon
obligatorische Kommentar, dass die Schaltung in der Praxis schwingt ist
noch nicht gekommen. Ich werde sie aber vermutlich dennoch so nicht
umsetzen. Aber wer weiß, vielleicht komme ich doch noch darauf zurück.
@Flachtroll: Ein effizienter Buck-Regler käme dann in Frage, wenn er
kein Problem mit niedrigeren Eingangsspannungen als die Ausgangsspannung
hat, sondern einfach voll durchschaltet. Der wäre mir sogar lieber, weil
weniger Verlustleistung. Geht denn so etwas? Ein FET als Linearregler
würde bei niedrigeren Eingangsspannungen einfach voll durchschalten und
bei höherer geregelt als entsprechender Reihenwiderstand fungieren.
Könnte derselbe FET in Reihe stattdessen auch einfach als Schaltregler
fungieren, gepuffert mit entsprechenden Elkos? 100-200mV Ripple würde
sicher auch okay sein. Wichtig wäre mir nur, dass er bei niedriger
Eingangsspannung eben voll durchschaltet.
Es gibt auch fertige Step-Up-Step-Down-Regler. Boost wäre allerdings
unnötig, da mein Victron MPPT-Regler eh bei 11,1V den Lastausgang
abschaltet, um den Pb-Akku zu schützen. Mir geht es wirklich nur darum
tagsüber hohe Ladespannungen zu kompensieren ab ca. 13V. Ich habe auch
schon an eine Art automatischen Umschalter gedacht zwischen Buck und
Direktverbindung. Das muss aber unterbrechungsfrei gehen und soll auch
keine steile Umschaltflanke haben.
Hans B. hat mir ja einen Victron DC-DC Regler vorgeschlagen. Dieser ist
natürlich relativ teuer und macht auch nur 9A. Der hat aber auch einen
Step-Up drin mit entsprechenden Nachteilen wie Grundverbrauch,
Wirkverluste, die ich nachts im reinen Batteriebetrieb eher nicht haben
möchte. In China habe ähnliche Module auch schon gesehen. Dort würde ich
auch 15A-Regler für etwas weniger als den Victron bekommen
https://www.aliexpress.com/item/1005002665046444.html
@Michael M.: Deine "neue" Schaltung gefällt mir eigentlich am besten.
Wirklich ziemlich einfach und übersichtlich gehalten. Allerdings sind
P-Channel FETs noch schwieriger zu bekommen und teurer. Oder gibt es
einen günstigen, bestellbaren? Einen der vielleicht noch etwas mehr
"Dampf" als der IRF9541 in der Schaltung hat. Wenn ich das Datenblatt
richtig interpretiere, ist der nur für 12A unter Last ausgelegt. Der
DS-Widerstand auf Durchlass ist auch doppelt so hoch als die die
N-Channel Lösungen.
Dominik schrieb:> Es gibt auch fertige Step-Up-Step-Down-Regler.
Teile mit dem XL6009 schalten zum Beispiel voll durch.
Eine Liste vieler möglichen Varianten wird zum Beispiel so angezeigt:
https://www.ebay.de/b/Buck-Boost-Converter-in-Platinen-Entwicklungskits/65507/bn_7004430516
Als fertiges Produkt wäre vielleicht das etwas:
https://joy-it.net/de/products/JT-DPH5005
Wichtig:
Es können sogar Spannungen hoch als auch runter gewandelt werden. ( Buck
& Boost Wandler )
Joy-it JT-DPH5005 Labornetzgerät, Step Up/ Step Down 0 - 50V 0 - 5A 250W
Schraubklemmen fernsteuerbar, programmierbar, schmale | voelkner
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Bei solchen Modulen ist der größte Anteil am Ruhestromverbrauch die
LED-Anzeige. Daher meine Empfehlung diese auslöten und Stiftleiste
einlöten um bei Bedarf diese mal anzudrücken und sonst wegzulassen.
https://joy-it.net/de/products/SBC-BuckBoost01
