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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Fragen zum Aufbau symmetrischer Spannungsversorgung


Autor: Santiago m. H. (mausschubser)
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Hallo,

bislang habe ich "nur" mit positiver Spannungsversorgung gearbeitet und 
wenn notwendig Inverter für den negativen Teil eingesetzt.

Jetzt möchte ich eine Schaltung versorgen, die beide Zweige (mehr oder 
weniger) gleichmäßig belastet, deshalb möchte ich eine symmetrische 
Spannungsversorgung aufbauen.

Ich habe einen Ringkern mit 2x 18V Sekundärwicklung - nach 
Gleichrichtung und Glättung liefert der 2x 25V Gleichstrom.

Als Ausgang möchte ich 15V und 5V symmetrisch (jeweils ca. 2-3A) und 3V 
einfach. Letzteres ist kein Problem, da dort auch kaum Leistung benötigt 
wird. Das könnte ich mit einem LM2574 erschlagen.

Die symmetrischen Spannungen würde ich gerne mit L296 oder so erzeugen.
(Da ich keine Ahnung von SNT-Technik habe, möchte ich weder mit PWM noch 
mit selbstgewickelten Trafos anfangen)

1. Kann ich den auch im negativen Spannungsteil einsetzen, ohne seine 
Regelungseigenschaften zu verlieren?
- Falls ja, Masse als Plus-Eingang und Masse-Ausgang als negativer 
Ausgang?
- Falls nicht, welcher Regler wäre für den negativen Zweig besser 
geeignet?

2. Kann ich alle Schaltregler eingangsseitig parallel schalten, oder 
beeinflussen die sich gegenseitig?

3. Ist es sinnvoller, den Schaltreglern noch Linearregler 
nachzuschalten, oder  können die Schaltregler auch so geglättet werden, 
dass auch VHC-Logic keine Panik bekommt?

Bin für jeden (anfängertauglichen) Tip dankbar.

Gruß Santi

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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> Ich habe einen Ringkern mit 2x 18V Sekundärwicklung - nach
> Gleichrichtung und Glättung liefert der 2x 25V Gleichstrom.

Guter Ausgangspunkt, solange beide Sek.-Wicklungen galvanisch 
voneinander getrennt sind - was bei RK-Trafos eigentlich immer der Fall 
ist bzw. sein sollte.

> Die symmetrischen Spannungen würde ich gerne mit L296 oder so erzeugen.
> (Da ich keine Ahnung von SNT-Technik habe, möchte ich weder mit PWM noch
> mit selbstgewickelten Trafos anfangen)

Wenn man es 'sauber' aufbaut, d.h. Leiterbahnführung, GND-Planes, etc. 
richtig macht, sollte es mit dem L296 keine Probleme geben.

> 1. Kann ich den auch im negativen Spannungsteil einsetzen, ohne seine
> Regelungseigenschaften zu verlieren?
> - Falls ja, Masse als Plus-Eingang und Masse-Ausgang als negativer
> Ausgang?
> - Falls nicht, welcher Regler wäre für den negativen Zweig besser
> geeignet?

Mit den 2 galv. getrennten Sek.-Wicklungen einfach 2 völlig getrennte 
Regler mit dem L296 aufbauen und dann die Ausgänge(!) in Serie schalten 
und voilá, heraus kommt ein eine pos. und neg. Spannung, wenn man den 
'Mittenabgriff' als GND ansieht.

> 2. Kann ich alle Schaltregler eingangsseitig parallel schalten, oder
> beeinflussen die sich gegenseitig?

Natürlich beeinflussen sie sich gegenseitig, wenn sie von ein und 
derselben Quelle ihren 'Saft' beziehen.
Speziell beim L296 gibt's extra zu diesem Zweck die Möglichkeit mehrere 
dieser Schaltregler zu synchronisieren (unbedingt das Datenblatt - 
insbesondere Figure 42 - zu Rate ziehen, denn dort ist genau beschrieben 
was zu tun ist, bzw. wie dann die Regler zu verschalten sind - Augenmerk 
bitte auf Pin 7 & 11 richten).

> 3. Ist es sinnvoller, den Schaltreglern noch Linearregler
> nachzuschalten, oder  können die Schaltregler auch so geglättet werden,
> dass auch VHC-Logic keine Panik bekommt?

Der L296 hat von Haus aus schon eine recht gute Line Regulation (typ. 
15mV, bei Uout=5.1V und Iout=2A) - zumindest für'n Schaltregler. Wer 
möchte kann zusätzlich am Ausgang ein zweites L-C-Filter nachschalten 
(wie z.B. in Figure 39 des Datenblattes gezeigt). Aber aufpassen: 
Niemals nicht auf die Idee kommen die zu regelnde Ausgangsspannnung 
hinter dem zweiten L-C-Filter abzugreifen, andernfalls quittiert dir das 
der Regler mit ein unangenehmen Schwingneigung (darauf ist seine 
Regelung einfach nicht ausgelegt). Allerdings ist dann der 
Spannungsabfall am Ri der 2. Spule zu berücksichtigen und sollte so 
niederohmig wie möglich ausfallen (naja, was man halt so beim großen 
C... oder R... bekommen kann und das Hobby-Etat erlaubt ;-) - 
übertreiben muß man es aber auch nicht).

Autor: Santiago m. H. (mausschubser)
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Hallo Raimund,

herzlichen Dank für Deine ausführliche Antwort!

> Mit den 2 galv. getrennten Sek.-Wicklungen einfach 2 völlig getrennte
> Regler mit dem L296 aufbauen und dann die Ausgänge(!) in Serie schalten ...

Bin etwas verunsichert. Meinst Du, den Mittenabgriff der Sekundärspulen 
nicht zusammenschalten?

Ausgänge in Serie schalten ist klar - nur die Eingangsbeschaltung nicht.
... und 2 getrennte Regler - gleichbedeutend mit identischer Aufbau?

Also ich stelle mir das so vor, dass ich 4 von den L296ern verwende, je 
2 pro Sekundärwicklung, einen für 15V, den anderen für 5V. Am Schluss 
verbinde ich dann die Massen der "oberen" Regler mit den 
"positiv"-Ausgängen der Unteren.

Verunsichert bin ich deshalb, weil mein jetziges (halbes) NT habe ich 
umschaltbar aufgebaut: doppelte Spannung bei halbem Strom oder einfache 
Spannung bei einfachem Strom.
Beim ersten Aufbau und Ausprobieren brachte ich die Zementwiderstände 
des Einschaltstrombegrenzers zum Rauchen. Scheint also nicht egal zu 
sein, wie man die Sekundärwicklungen anschließt.

> Wer möchte kann zusätzlich am Ausgang ein zweites L-C-Filter nachschalten
> (wie z.B. in Figure 39 des Datenblattes gezeigt). Aber aufpassen:
> Niemals nicht auf die Idee kommen die zu regelnde Ausgangsspannnung
> hinter dem zweiten L-C-Filter abzugreifen,

Hm, also wenn ein zweites L-C-Filter, dann mit nachgeschalteten 
L4805ern?
oder wie meinst Du die Warnung?
oder soll die Last am Spannungsteiler liegen?

> Speziell beim L296 gibt's extra zu diesem Zweck die Möglichkeit mehrere
> dieser Schaltregler zu synchronisieren

Schon klar, nur wie, bzw. wen synchronisiere ich sinnvoll?
Alle Regler einer Sekundärwicklung (also 2x 2), oder alle 4 zusammen?

Gruß Santi

Autor: Santiago m. H. (mausschubser)
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Hallo,

ich habe mal skizziert, was ich meine.

Ich denke mal, die positiven Zweige und der Zweig für -15V könnten 
klappen.
Wogegen ich völlig in der Luft hänge, ist der -5V Zweig.

Wo kann/muss ich die Leitung mit dem Fragezeichen verbinden?

Muss ich den 5V Zweig über einen Ausgangsspannungsteiler in Bezug zu den 
-15V setzen (also auf +10V einstellen), um so indirekt auf die -5V zu 
kommen?

Für weitere Hilfe wäre ich sehr dankbar.

Gruß Santi

Autor: Einer (Gast)
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Muss ich den 5V Zweig über einen Ausgangsspannungsteiler in Bezug zu den
-15V setzen (also auf +10V einstellen), um so indirekt auf die -5V zu
kommen?

yep

Autor: Josef (Gast)
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Wuerde die alten sehr ineffizienten Schaltregler (beachte die erzeugte 
Waerme bei der entsprechend hohen Leistung!) gegen die modernen SWIFT 
Wandler ersetzen. Gibt es auch als DUAL Ausfuehrung, z.B. TPS54386

http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/tps54386.html

Eine Gesamtuebersicht findet man unter

http://focus.ti.com/lit/er/slvt153b/slvt153b.pdf

Und mit der SWITCHERPRO Software kann man gleich die entsprechende 
Schaltung und Bauteilwerte konfigurieren.

Autor: Santiago m. H. (mausschubser)
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Hallo,

>> Muss ich den 5V Zweig über einen Ausgangsspannungsteiler in Bezug zu den
>> -15V setzen (also auf +10V einstellen), um so indirekt auf die -5V zu
>> kommen?

> yep

kurz und knackig :) - Danke

Also das mit dem Ausgangszweig werde ich wohl hinbekommen, aber was 
mache ich mit dem Fragezeichen? Irgendwie müsste der Strom ja auch 
wieder zurück fließen (ich gehe nicht davon aus, dass die ganze Last 
über den Spannungsteiler laufen soll. Ich hätte nur den Feedback-Eingang 
auf den Spannungsteiler gelegt)?!?

> Wuerde die alten sehr ineffizienten Schaltregler (beachte die erzeugte
> Waerme bei der entsprechend hohen Leistung!) gegen die modernen SWIFT
> Wandler ersetzen. Gibt es auch als DUAL Ausfuehrung, z.B. TPS54386

Über die Baureihe bin ich schon mal gestolpert, aber das ist definitiv 
nix für meine Grobmotorik. Abgesehen vom Beschaffungsproblem - Gehäuse 
mit Thermalpad kann ich nicht verarbeiten.
Ich bin schon froh, wenn ich es schaffe, "normale" SMD-Bauteile zu 
verarbeiten, ohne sie zu verbrennen oder einen Kurzen zu erzeugen ...

... ja, selbst mein Masochismus hat Grenzen ;)

Trotzdem Danke für den Tip!

Gruß Santi

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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> Bin etwas verunsichert. Meinst Du, den Mittenabgriff der Sekundärspulen
> nicht zusammenschalten?

Wie gesagt RK-Trafos haben keinen intern bereits vorverdrahteten 
Mittenabgriff, d.h. es werden nicht nur 3 Drähte herausgeführt, sondern 
eigentlich immer vier, bei zwei identischen Wicklungen. Und richtig 
erkannt, für Deine Applikation auf keinen Fall die Sekundärwicklungen 
galvanisch miteinander verbinden!

> Ausgänge in Serie schalten ist klar - nur die Eingangsbeschaltung nicht.
> ... und 2 getrennte Regler - gleichbedeutend mit identischer Aufbau?

Für die +/-15V => Ja.
+/-5V lassen sich hingegen mit dem L296 und dem bei Dir vorhandenen 
Trafo nur in der von 'Einer' erwähnten Weise realisieren.
Die +3V gehen wieder genauso wie die anderen pos. Spannungen (+15V und 
+5V)

> Also ich stelle mir das so vor, dass ich 4 von den L296ern verwende, je
> 2 pro Sekundärwicklung, einen für 15V, den anderen für 5V. Am Schluss
> verbinde ich dann die Massen der "oberen" Regler mit den
> "positiv"-Ausgängen der Unteren.

Fast richtig. Dein (vorläufiger) Schaltplan hat bei der Erzeugung der 
negativen Spannungen ein paar Fehler drin: Die virtuellen Massen der 
beiden als Negativ-Regler misbrauchten L296 müssen zusammenliegen. Dort 
wo Du das '?' angebracht hast, muß mit der virtuellen Masse des 
-15V-Reglers verbunden werden - also genauso, wie Du es bei den 
Positivreglern gezeichnet hast, das Massesymbol, was mit 'GND' 
bezeichnet wurde.
Nur das jetzt im Negativzweig der Regler, der die -5V macht als 
+10V-Regler dimensionert werden muß, denn die -15V-Leitung dient als 
Referenz (virtuelle Masse) für den -5V-Regler und damit ergibt sich die 
-5V (gegen GND) aus der Rechnung -15V + 10V = -5V.
Alle Klarheiten beseitigt? ;-)

Und eh ichs vergesse, die gestrichelt eingezeichnete Linie, die die 
virtuellen Massen der Pos.- und Neg.-Regler miteinander verbinden 
sollte, darf auf keinen Fall gemacht werden - aber wer Rauchzeichen 
von Elektronikbauteilen mag ...

> Verunsichert bin ich deshalb, weil mein jetziges (halbes) NT habe ich
> umschaltbar aufgebaut: doppelte Spannung bei halbem Strom oder einfache
> Spannung bei einfachem Strom.
> Beim ersten Aufbau und Ausprobieren brachte ich die Zementwiderstände
> des Einschaltstrombegrenzers zum Rauchen. Scheint also nicht egal zu
> sein, wie man die Sekundärwicklungen anschließt.
Hmm, kommt drauf an ... Weiß jetzt zwar nicht ganz genau was Du wie in 
diesem Fall verschaltet hast, aber falsch war's irgendwie sicherlich.

> Hm, also wenn ein zweites L-C-Filter, dann mit nachgeschalteten
> L4805ern?

Nein - der nachgeschaltete Regler spielt dabei keine Rolle.

> oder wie meinst Du die Warnung?

Durch den zweiten L-C-Filter wird die Phase (zw. Strom und Spannung) 
immer weiter verschoben und führen dann zu einem schwingfähigem Gebilde, 
da aus einer Rückkopplung (weil gut für eine Regelung) eine Mitkopplung 
(nur gut für einen Oszillator) wird.

> oder soll die Last am Spannungsteiler liegen?

Bingo! Egal welche Last es auch sein mag, sie darf auch erst nach einem 
zweiten Filter angehängt werden. Die Rückkopplung aber bitte immer nur 
nach dem ersten Filter anklemmen.

>> Speziell beim L296 gibt's extra zu diesem Zweck die Möglichkeit mehrere
>> dieser Schaltregler zu synchronisieren
>
> Schon klar, nur wie, bzw. wen synchronisiere ich sinnvoll?
> Alle Regler einer Sekundärwicklung (also 2x 2), oder alle 4 zusammen?

Immer nur die drei L296, die im positiven Zweig, sind miteinander 
synchronisieren und - völlig getrennt davon - die zwei L296, die im 
negativen Zweig ihre 'Arbeit' verrichten.
Die gemeinsamen Bezugspotentiale (die schon erwähnten virtuellen Massen) 
sind hier ausschlaggebend, wer mit wem synchronisiert werden 
darf/kann/muß.

Autor: Santiago m. H. (mausschubser)
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Hallo Raimund,

dank Dir für die Nachhilfe, insbesondere für die Erläuterung, wer mit 
wem darf ...

Beim anderen Bezug habe ich wohl nicht richtig nachgedacht, sonst hätte 
ich das mit dem Fragezeichen selbst lösen können.

Danke, dass Du trotzdem geantwortet hast!

Gruß Santi

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Danke, Blumen bitte an die Firma ;-)

Scherz beiseite - auch ich habe vor ein paar Jahrzehnten einmal 
angefangen und da gab es noch kein Internet, geschweige denn Computer, 
die man zu Hause stehen hat und Schaltregler waren auch noch nicht so 
der Hit bei den Selbstbauern (aka DIYer).

Wo ich kann helfe ich gerne - und erläutere latürnich (hick) gerne die 
näheren Zusammenhänge wenn sie denn gefordert werden - von Leuten die 
Interesse daran haben.

Also viel Glück beim Basteln.

Gruß

Raimund

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