mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Stabilisierung für 24V


Autor: Thomas (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo!

Ich habe versucht selbst eine Spannungsstabilisierung für 24V zu 
berechnen.
Bevor ich die Schaltung aufbaue, möchte ich hier fragen ob vielleicht 
jemand mal einen Blick darauf werfen könnte. Bitte nicht schimpfen wenn 
ich allzu großen Mist berechnet habe.

Eingangsspannung ist 24V AC
Ausgangsspannung sollte 24V DC sein, maximal 2A

Gruß

Thomas

Autor: HildeK (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der 4,47-Ohm-Widerstand wird bei 2A 10V abfallen lassen. Wozu soll der 
gut sein? Da ist dann erst recht nichts mehr bei 24V Eingang und 24V 
Ausgang.
24V AC-Eingang bei 24V DC geregeltem Ausgang ist sowieso zu knapp und 
geht nur bei (fast) Leerlauf gut.

Autor: Thomas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich dachte, dass sich der Kondensator auf 24 * sqrt(2) Volt auflädt und 
damit wäre ja gerade noch genug Spannung am Eingang. Auf wieviel Volt 
soll ich denn die Eingagsspannung anheben? Würden 35V AC genügen?

Autor: A. K. (prx)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wozu ist D1 gut?

Für einigermassen saubere Regelung sollte der Strom durch D6 nicht zu 
klein werden. Weshalb in solcher Schaltung üblicherweise ein Widerstand 
nach Vout für einen Mindeststrom sorgt.

Die 1N4001 werden von den 2A sicherlich begeistert sein.

Die Dimensionierung habe ich mir nicht angesehen. Die Verlustleistung 
von T2 und D6 könnte interessant werden, wenn der Basiswiderstand von T1 
auf worst case ausgelegt wird. Besser Darlington-Schaltung für T1 
vorsehen. Auch weil bei grossem DeltaI durch T2/D6 schlechter geregelt 
wird.

Autor: A. K. (prx)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Thomas wrote:

> Ich dachte, dass sich der Kondensator auf 24 * sqrt(2) Volt auflädt und
> damit wäre ja gerade noch genug Spannung am Eingang.

Vergiss die Dioden nicht. Auch wird der Ladeelko etwas Spannung 
verlieren, wenn nicht stark überdimensioniert. Und vielleicht soll die 
Schaltung auch noch funktionieren, wenn das Stromnetz mal 215V statt 
230V liefert.

Wenn du den Basiswiderstand von T1 so dimensionierst, dass bei kleinster 
möglicher Eingangsspannung noch genug Strom durch ihn fliesst, dann 
rechne mal aus, welcher Strom bei grösster Eingangsspannung fliesst. Und 
wohin der dann fliesst,

Autor: Thomas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
D1 soll den Temperaturgang von D6 ausgleichen, das gibt es normalerweise 
als "Referenzelement", sowas habe ich aber nicht hier. Der Widerstand 
von Vout zum Emitter von T2 habe ich weggelassen, weil im Worst Case 
immer 7mA durch die Zehnerdiode fließen, das Minimum ist aber nur 5mA. 
Soll da zur Sicherheit noch ein Widerstand hin?

Bei der Verlustleistung von T2 kommt mir ca 322mW als Ergebniss heraus, 
bei der Zehnerdiode ca 307mW, also wäre noch genug "Luft".

Das mit den 2A durch eine 1N4001 stimmt natürlich, ich werde aber 
sowieso einen Brückengleichrichter nehmen, der den Storm aushält, ich 
habe nur bei Eagle keinen gefunden.

Autor: A. K. (prx)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Apropos Dimensionierung: Wie leitest du die 705 Ohm des Basiswiderstands 
her? Meine Peilung liegt vei 24V Trafo grob Faktor 10 niedriger.

Und wenn du mal den minimalen und maximalen Strom durch T2 berechnet 
hast: Vergiss die Belastung des Spannungsteilers durch den Basisstrom 
nicht. Der Strom durch den Spannungsteiler sollte gross genug sein, 
damit die Schwankung der Eingangsspannung über die Schwankung des 
Basisstroms von T2 nicht zu sehr auf den Spannungsteiler durchschlägt.

Autor: A. K. (prx)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Thomas wrote:

> D1 soll den Temperaturgang von D6 ausgleichen, das gibt es normalerweise
> als "Referenzelement", sowas habe ich aber nicht hier.

Jesses, so genau wird das hier sowieso nicht, mach dir mal darüber keine 
Sorgen.

Meine Peilung für den Basiswiderstand geht von min(Uin) von ca. 27V aus. 
Wenn T1 dann ca. 30mA benötigt, dann komme ich beim Widerstand auf 77 
Ohm. Bei angenommenem max(Uin) von 35V fliessen durch T2 dann bis zu 
130mA bei niedriger Ausgangslast. Macht jeweils rund 1,5W für Z-Diode 
und T2.

Und ergibt für T2 einen Basisstrom von ein paarhundert µA. Das ist fast 
der gesamte unbelastete Strom des Spannungsteilers.

Was die Genauigkeit angeht: Vergiss nicht, dass Variationen in Ube(T2) 
voll in die Regelung eingehen. Schon deshalb heisst ein Referenzelement 
hier Perlen vor die Säue geworfen. Präzisionsregler sehen anders aus.

Autor: A. K. (prx)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Langer Rede kurzer Sinn: Der Strom durch T2 muss runter. Was auf 
Darlingtonschaltung für T1 rausläuft. Und bei knapper Eingangsspannung 
also auf einen Komplementär-Darlington.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Schaltplan
Macht Eagle eigentlich keine Punkte mehr an die Verbindungen?

> ca 322mW als Ergebniss heraus,
> bei der Zehnerdiode ca 307mW
Mal davon abgesehen, dass das bestenfalls eine Zenerdiode
(wahrscheinlich sogar eher eine Z-Diode) ist,
gilt hier: ca. 322mW = ca. 307mW = ca. 300mW
> 705 Ohm...
> 13,34 kOhm...
Warum rechnest du alles auf 1 Promille (oder noch genauer) aus, wo du 
sowieso nur Widerstände mit ca. 1% Toleranz zu halbwegs vernünftigem 
Preis bekommst?

Bau das Ding doch einfach mal auf.
Dann hast du was in der Hand und kannst messen.

Autor: HildeK (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>Ich dachte, dass sich der Kondensator auf 24 * sqrt(2) Volt auflädt und
>damit wäre ja gerade noch genug Spannung am Eingang. Auf wieviel Volt
>soll ich denn die Eingagsspannung anheben? Würden 35V AC genügen?

Das tut er auch - wenn du keinen Strom entnimmst. Dann kommt dir aber 
sowieso noch entgegen, dass der Trafo eine etwas höhere Leerlaufspannung 
hat.

Wenn ein Trafo 24Veff am Ausgang hat, dann heißt das doch, dass er in 
einem Widerstand genausoviel Wärme erzeugen kann, wie 24V DC. Damit wird 
schnell deutlich, dass du mit den berechneten 34V ja einen Energiegewinn 
hättest - den gibt es nicht!
Jetzt kommt noch hinzu, dass deine Dioden ca. 1.5V (oder mehr) benötigen 
und dein Regler sollte auch noch mindestens 1V haben. Etwas Restbrumm 
auf der gesiebten Spannung ist auch vorhanden - deren Minimum muss immer 
noch bei mindestens 25V liegen, sonst regelt nichts mehr. Und die untere 
Grenze der Trafo-Eingangsspannung auch nicht vergessen (siehe A. K. 
(prx))!
Ich würde rund 30Veff als Trafo-Nennspannung ansetzen. Das sollte 
reichen.

>Warum rechnest du alles auf 1 Promille (oder noch genauer) aus ...
Sag ich auch immer :-)
>Bau das Ding doch einfach mal auf.

Autor: Thomas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Den Basiswiderstand habe ich so berechnet:

Maximaler Kollektorstrom durch T1 ~ 2A

daraus habe ich den maximalen Basisstrom berechnet:

Ibmax = Icmax / B

aus dem Dateblatt habe ich B ~170
=> Ibmax = 2A / 10 = 11mA

Spannung an der Basis von T1: Ub1= Ua + Ube1
Ube1 = 0,7V

Ub1 = 24,7V

R = (U0-Ub1 / (Ibmax+Ic2_min)
R = (33,9-24,7V) / (11mA+2mA) = 705Ohm

Ic2_min habe ich einfach so bestimmt, damit immer ein Mindesstrom durch 
T2 fließt.


Das mit der Eingansspannung habe ich begriffen, jetzt wo HildeK das sagt 
ist es irgendwie auch total logisch.

Aber ich habe sowieso das Gefühl, dass ich die ganze Schaltung lieber 
nochmals berechnen sollte.


>Meine Peilung für den Basiswiderstand geht von min(Uin) von ca. 27V aus.
>Wenn T1 dann ca. 30mA benötigt, dann komme ich beim Widerstand auf 77
>Ohm. Bei angenommenem max(Uin) von 35V fliessen durch T2 dann bis zu
>130mA bei niedriger Ausgangslast. Macht jeweils rund 1,5W für Z-Diode
>und T2.

Mit 30mA Basisstrom für T1 und 27V Uin komme ich auf 71Ohm. Aber wieso 
kommst du auf 30mA?

Autor: A. K. (prx)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Thomas wrote:

> aus dem Dateblatt habe ich B ~170

min(hFE) bei 2A liegt eher bei 50.

Aus der Kennlinienschar ergibt sich Ib=20mA bei Ic=2A und Uce=2-3V. Und 
das ist der typische Wert. Mit Sicherheitsreserve über Betriebsbereich 
und Exemplarstreuung würde ich daher mit mindestens 30mA rechnen. 
Basierend auf min(hFE) sogar mit 40mA.

Bei der Neuberechnung denk neben dem schon erwähnten daran, dass sich 
der Elko in den Pausen zwischen den Peaks entlädt. Deine Rechnung geht 
von unendlicher Kapazität aus. Für den Basiswiderstand ist aber der 
unterste auftretende Wert massgeblich.

Ohne Ausgangslast fliesst der gesamte Strom des Basiswiderstands durch 
T2. Bei der maximal auftretenden Eingangsspannung ist das entsprechend 
mehr als bei der minimalen.

Autor: Thomas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ok ich werde mich nochmals dransetzen und von Vorne anfangen.
Ich gehe jetzt von einer Eingangsspannung von 32V AC aus.
Nur bei der Stromverstärkung von T1 tue ich mir schwer.
In der Tabelle steht:

DC Current Gain
Ic 3.0A
Uce 5V
hFE mindestens 40, maximal 320

im Kennlinienfeld

Uce 5V
bei Ic 3A ist die Linie bei etwa 100
Außerdem geht im Kennlinienfeld der Graph nie über 190.
Ist doch etwas weit entfernt von den 320...
Schwankt diese Größe immer in einem so großen Bereich?

Autor: A. K. (prx)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Kennlinie für B ist der typische Wert bei 25°C, der Bereich 60-320 
der bei 0,3A über den gesamtem Temperaturbereich garantierte Bereich, 
Exemplarstreuungen eingerechnet.

Die Verstärkung bei Uce=5V ist übrigens nur relevant, wenn Uce >= 5V, 
wie man an der Kennlinienschar rechts daneben erkennen kann.

Autor: HildeK (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>Ok ich werde mich nochmals dransetzen und von Vorne anfangen.

Diese Art von Schaltung sind zwar Grundschaltungen, aber da stößt man 
dauernd an irgendwelche Grenzen. Siehe die Quintessenz aus den 
vergangenen Posts.

Wenn du schon nochmals von vorne anfängst, dann habe ich einen Vorschlag 
- siehe Anhang. Sie ist abgeleitet (mit Vereinfachung) von
http://www.discovercircuits.com/V/volt-reg2.htm
dort ist ein Link unter "Discrete low-drop voltage regulator":
http://www.ee.washington.edu/circuit_archive/circuits/psu.ps, der 
allerdings auf einen Post-Script-File zeigt.

Mit p-MOSFET als Low-Drop-Regler, dann musst du kaum über 24V 
Eingangsspannung haben und hast entsprechend weniger Verlustleistung.

Autor: yalu (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Den Spannungsteiler an der rechten Seite solltest du auch noch einmal
nachrechnen. Mit der jetzigen Dimensionierung komme ich - unter
Vernachlässigung der Belastung durch den Basisstrom von T2 - auf eine
Ausgangsspannung von 37,5V (sofern die Eingangsspannung hoch genug
wäre). Berücksichtigt man den Basisstrom, wird die Ausgangsspannung
noch höher.

Wahrscheinlich wolltest du die 24k als Gesamtwiderstand des Teilers
vorsehen.

Autor: Thomas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Also, hier ist mein 2. Versuch.
Ich habe jetzt für T1 eine Darlington-Schaltung vorgesehen und sämtliche 
Bauteile neu berechnet.

Ich hoffe, das die Werte diesmal besser stimmen.
Auch die Punkte habe ich im Eagle jetzt gefunden.^^

Als maximale Verlustleistung erhalte ich jetzt für die Z-Diode 67mW und 
für T3 44mW.

@HildeK: Die Schaltung sieht auch interessant aus, aber ich möchte für 
den Anfang noch bei meiner bleiben, bis ich sie so weit gebracht habe, 
um sie funktionstüchtig zu bekommen.

Autor: A. K. (prx)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wo?

Autor: Thomas (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hoppla...
Hier ist die Schaltung.

Autor: A. K. (prx)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
min(Uin) = 34V bei 215VAC. max(Uin) = 51V bei 245VAC bei Nennlast, je
nach Trafo deutlich mehr ohne Last.

Ein BD243 für T2 ist aber ein viel zu dicker Klops mit entsprechend
schlechten B. Ein BD139-16 ist hier besser geeignet.

Ein Trafo mit maximal 30V aber deutlich dickerem Elko wäre geeigneter.
Beispielsweise gibt 30V/4700µF gleiche min(Uin) aber weit geringere
max(Uin). Auch der Kühlkörper wird es dir danken.

T1 ist überlastet. Bei max(Uin) ist er sogar ausserhalb seiner
SOA (safe operating area), jedenfalls ohne den 2,3er gerechnet, und er
ist so oder so thermisch überfordert. Generell lassen sich Transistoren
auch bei guter Kühlung kaum oberhalb der Hälfte ihrer nominellen
Maximallast betreiben.

Autor: Thomas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich bekomme (bei Uin 51V) als maximale Verlustleistung 44,8W heraus, was 
ja viel zu nahe an der Grenze ist. Also müsste ich noch T1 durch einen 
Transistor austauschen, der mehr Ptot verträgt.

>Generell lassen sich Transistoren
>auch bei guter Kühlung kaum oberhalb der Hälfte ihrer nominellen
>Maximallast betreiben.

Heißt das, ich könnte T1 maximal 25W Verlustleistung zumuten?

Würde die Schaltung grundsätzlich funktionieren, wenn ich mit Uin unter 
ca. 45V bleibe und maximal 1,5A herausziehe? Als Ptot ergibt sich dann 
für T1 26W.

Autor: A. K. (prx)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Grundsätzlich ja, aber mit BD139 (-16) oder ähnlichem statt BD243, und 
Basiswiderstand entsprechend höher. Der BD243 ist dicker als der 2SC2908 
den er treibt, so steht der Darlington ja auf dem Kopf ;-).

Dass die Schaltung nicht kurzschlussfest ist dürfte klar sein.

Autor: Thomas (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Also hier habe ich noch die beiden Transistoren ausgetauscht und die 
Widerstandswerte korrigiert.
T1 ist jetzt der BD243C und T2 der BD139.
Ich werde die Schaltung aufbauen, wenn ich die richtigen Transistoren 
bekomme.

Vielen Dank für die vielen Antworten ihr habt mir ein ganzes Stück 
weitergeholfen!!

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.