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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungsregler


Autor: Classic (Gast)
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Hallo,
das ist ja die Standart-Schaltung für einen Spannungsregler.

Ich möchte folgendes tun:

Habe einen Stufentrafo (nach Gleichrichtung und Glättung 
15V-12V-9V-6V-3V)
Nun möchte ich den Spannungregler so modifizieren, dass er immer nur in 
3V Schritten schalten kann. Sprich wenn 15V am Eingang anliegen, er 
nicht unter 12V regeln kann. Wenn 12V am Eingang anliegen, er nicht 
unter 9V regeln kann, etc.

Stehe nur grad aufm Schlauch, wie ich das anstellen soll...
Geht das überhaupt?

Autor: Peter M. (r2d3)
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Überlege, wodurch Du den Poti ersetzen würdest, wenn es nur eine fixe 
Wunschspannung gäbe.
Worin unterscheiden sich dann eigentlich die fünf unterschiedlichen 
Spannungsvarianten?

Dann brauchst Du nur noch einen einpoligen Fünffachschalter... :)

Autor: HildeK (Gast)
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Classic schrieb:
> das ist ja die Standart-Schaltung für einen Spannungsregler.

Also, wenn IC1 ein OPA sein soll (sieht ja ganz danach aus), dann wird 
hier gar nichts geregelt.

Autor: röcra (Gast)
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HildeK schrieb:
> , dann wird
> hier gar nichts geregelt.

Na doch, die Ausgangsspannung wird so geregelt daß sie exakt der 
Eingangsspannung folgt... Sehr raffiniert! :-))

Autor: Der Andere (Gast)
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Da fehlt eine Referenzspannung, der N-Kanal Mosfet kann ao nicht 
ausgesteuert werden, ...
Zum Glück gibt es keine "die Standardschaltung" für einen 
Spannungsregler, denn die hier würde nicht funktionieren.

@Classic: Was willst du erreichen?
Mein Vorschlag wäre, nimm einen LM317 oder L200 und bau dir eine 
automatische Trafoumschaltung um die Verlustleistung zu begrenzen.

Autor: A. K. (prx)
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Classic schrieb:
> das ist ja die Standart-Schaltung für einen Spannungsregler.

Nicht wirklich. Und selbst wenn irgendwann eine Regelung daraus wird 
stellt sich immer noch die Frage, was mit dem Strom passieren soll. Also 
ob sich der MOSFET bei Überlastung/Kurzschluss verabschieden darf oder 
nicht.

> Nun möchte ich den Spannungregler so modifizieren, dass er immer nur in
> 3V Schritten schalten kann. Sprich wenn 15V am Eingang anliegen, er
> nicht unter 12V regeln kann.

Wenn eine Strombegrenzung dazu kommt, dann ist dieses Ziel schwer zu 
halten. Weshalb man so etwas - wenn überhaupt - andersrum macht, d.h. 
die reale Ausgangsspannung bestimmt, welche Trafoanzapfung verwendet 
wird.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Die Schaltung ist völliger Murks, denn da fehlt eine Referenz-Spannung.

Autor: MaWin (Gast)
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Classic schrieb:
> das ist ja die Standart-Schaltung für einen Spannungsregler

Sicher nicht. Nicht mal Standard. Selbst wenn es eine Referenzspannung 
geben würde. Selbst wenn man noch eine Kompensation hinzufügen würde. 
Selbst wenn der OpAmp auf wundersame Weise mehr Spannung ausgeben würde 
als er als Versorgungsspannung erhält. Einfach nur Murks. Und bei 12V 
rein kommen auch niemals 12V wieder raus.

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Classic schrieb:
> Nun möchte ich den Spannungregler so modifizieren, dass er immer nur in
> 3V Schritten schalten kann. Sprich wenn 15V am Eingang anliegen, er
> nicht unter 12V regeln kann. Wenn 12V am Eingang anliegen, er nicht
> unter 9V regeln kann, etc.

Von den o.a. grundsätzlichen Problemen deiner Schaltung mal abgesehen, 
kann man sowas mit einem mehrstufigen Komparator lösen, der an den 
Referenzeingängen die gewünschten Spannungsstufen erhält und am 
Messeingang die Ausgangsspannung (wenn du die Schaltung repariert hast).
Die Komparatoren schalten dann Relais, die am Trafo die passende 
Anzapfung wählen. Ein Baustein, bei dem sowas schon drin ist, ist z.B. 
der LM3914, der eigentlich für LED Bardriver gedacht ist. Die 
Innenschaltung zeigt dir, wie so eine Komparatorkette verschaltet wird.
Die ganze Nummer hat den Vorteil, das dir völlig wurscht sein kann, was 
für eine Spannung am Ausgang eingestellt wird, die Komparatoren schalten 
immer auf die günstigste Anzapfung.

: Bearbeitet durch User
Autor: Harald W. (wilhelms)
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A. K. schrieb:

> Also ob sich der MOSFET bei Überlastung/Kurzschluss verabschieden
> darf oder nicht.

...und die Eingangsspannung in voller Höhe auf den Ausgang
durchreichen darf.

Autor: Classic (Gast)
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Danke für den Tipp mit dem Comparator, werd ich mir mal anschauen

Autor: Classic (Gast)
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Die Schaltung oben ist eher ein einstellbarer Spannungsteiler, war bloß 
ein Ansatz.

Zur Schaltung:
-Rückkopplung: Es soll immer nur ein Relai eingeschaltet sein, weil 
sonst der  Trafo kurzgeschlossen wird.
-Versorgungsspannung der Komperatoren: 15V, 0V


Bei den Komperatoren-Typen und Relai-Typen bin ich mir noch nicht ganz 
sicher, welche ich nehmen soll. evtl. Empfehlung?
Es würde dann je nach Komperator-Typ und Relai-Typ evtl. auch noch ein 
Widerstand fehlen.

Was macht ein Komperator eigentlich, wenn an beiden Eingängen die exakt 
gleiche Spannung anliegt?

Autor: Classic (Gast)
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keiner?

Autor: Der Andere (Gast)
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Es heisst "Relais".

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Classic schrieb:
> Was macht ein Komperator eigentlich, wenn an beiden Eingängen die exakt
> gleiche Spannung anliegt?

In diesem Fall ist sein interner Offset entscheidend. Nehmen wir mal 
Offset = 0 V an, dann flattert er zwischen Low und High. Allerdings ist 
ein Komparator ja ein OpAmp mit V = unendlich (theoretisch), so das 
dieser Zustand nur in einem sehr kleinen Bereich auftritt.
Wenn du einen der populären LM339 Quad Komparatoren verwenden willst, 
denke dran, das dieser Open Kollektor Ausgängen hat. Man lässt ihn also 
gegen einen Pullup arbeiten und fügt eine Treiberstufe fürs Relais dazu, 
welches auch noch eine Freilaufdiode benötigt. Die gegenseitige 
Verriegelung ist evtl. mit Wechselkontakten am Relais etwas einfacher, 
und du brauchst nur die halbe Anzahl an Relais.

Autor: Classic (Gast)
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Danke erstmal.
Hab versucht deine Vorschläge mit einzubringen,
> mit Wechselkontakten am Relais etwas einfacher,
> und du brauchst nur die halbe Anzahl an Relais.
Wenn ich Wechselkontakte nehme die zb. zwischen 15V u 12V umschalten, 
liegt ja immer eine der beiden Spannungen an "Vin", diese müsste aber 
komplett von "Vin" getrennt werden, wenn zb. 6V eingestellt werden. Oder 
meintest du das anders? :)

Ich werde warscheinlich 12V KFZ Relais hernehmen, die haben ja 
typischerweise um die ~120mA.

Beim Transistor hab ich erstmal an einen 2N3055 gedacht, ich befürchte 
die Stromverstärkung ist aber zu gering, wegen Ibe = 10mA.
Hab also nach anderen Typen gegoogelt, war aber wenig brauchbares dabei, 
kennst du vielleicht einen geeigneten Typen?

Lg
Classic

Autor: Homo Habilis (Gast)
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http://alltransistors.com/de/crsearch.php?mat=Si&s...

Bei hfe den Wunschwert einsetzen.

Autor: Der Andere (Gast)
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Überlege dir mal was deine Schltung macht, wenn Vout fast 0V ist.
Dann schaltebn alle Relais durch.
Der Trafo wird (kurz) freudig brummen und dann für immer verstummen.

Autor: John D. (drake)
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Der Andere schrieb:
> Überlege dir mal was deine Schltung macht, wenn Vout fast 0V ist.
> Dann schaltebn alle Relais durch.

Alle, bis auf K1, denn der LM339 hat Open Collector-Ausgänge.
Und wenn VOUT steigt, zieht IC3A den Ausgang auf GND und schließt VOUT 
über D9 kurz. ==> wird kurz lustig schnarren, soferne der LM339 nicht 
sofort stirbt.

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Classic schrieb:
> Oder
> meintest du das anders? :)

Ich meinte eigentlich (und so ist das in meinem 'grossen' Labornetzteil 
gelöst), das du die Relais kaskadierst. Also ein Relais wird per 
Wechsler mit dem Relais für die nächste Stufe verbunden usw. So kann es 
nie zu einem Kurzschluss oder einem anderen unzulässigen Zustand kommen.
Mein Netzteil schaltet so mit 3 Relais zwischen 4 Anzapfungen des Trafos 
um. Das kostet ein wenig Gehirnschmalz, ist dann aber ein sichere 
Lösung:
Alle Relais abgefallen - Anzapfung 1
Relais 1 angezogen - Anzapfung 2
Relais 1+2 angezogen - Anzapfung 3
Relais 1+2+3 angezogen - Anzapfung 4

Die NC Kontakte der Relais gehen dabei auf den Ausgang des jeweils 
niedrigeren Relais, die NO Kontakte auf den Trafo. Der Common von Relais 
1 resp. 2 geht auf das nächst höhere Relais. Am Common des höchsten 
Relais ist der Ausgang zum Gleichrichter. Nachteil ist lediglich, das 
bei niedrigster Anzapfung eben 3 Relaiskontakte in Reihe liegen, das ist 
bei anständigen Relais aber kein Problem.

: Bearbeitet durch User
Autor: Classic (Gast)
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Sorry, dass ich erst jetz antworte, hab im Moment leider nicht so viel 
Zeit :/

Auf jeden Fall vielen danke für den Tipp, ich hoffe ich habe ihn richtig 
umgesetzt (Die Trafo-Schaltspannungen an den Relais bitte nicht 
beachten: Das erfordert noch ein paar Änderungen).
Ich würde die Komparatoren mit 12V versorgen, geht das bei einer 
Eingansspannung, die fast 3x so hoch ist (31.5V)? Im Datenblatt habe ich 
dazu nicht wirklich was gefunden.

Mfg
Classic

Autor: Mani W. (e-doc)
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Classic schrieb:
> Hallo,
> das ist ja die Standart-Schaltung für einen Spannungsregler.

Standard eher nicht, sondern eher eine Prinzipschaltung, und
die hat mit Praxis nichts zu tun...

War nur ein Nachtrag...

Autor: MaWin (Gast)
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Classic schrieb:
> Ich würde die Komparatoren mit 12V versorgen, geht das bei einer
> Eingansspannung, die fast 3x so hoch ist (31.5V)?

Nein, natürlich nicht, du bräuchtest schon 33V Versorgung damit der 
LM393 31.5V messen kann.

> Im Datenblatt habe ich
> dazu nicht wirklich was gefunden.

Input Common Mode Voltage Range (Note 6)VICRVTA = 25°C0−VCC −1.50−VCC 
−1.5Tlow ≤TA ≤ Thigh0−VCC −2.00−VCC −2.0

Autor: Dietrich L. (dietrichl)
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Classic schrieb:
> ich hoffe ich habe ihn richtig umgesetzt

LM339 haben Open Collector Ausgänge. So wie es in tst2.png gezeichnet 
ist, können die Transistoren nicht angesteuert werden. Du brauchst einen 
Ziehwiderstand zu einer positiven Spannung.

Gruß Dietrich

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Classic schrieb:
> tst2.png

Das Trimmpoti da oben links ist nur zum Durchbrennen gedacht? Denn so 
erfüllt es keinen Zweck und verbrennt nur Leistung.

Der LM339 kann mit bis zu 36V gespeist werden - steht aber auch so im 
Datenblatt.

Autor: Classic (Gast)
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> LM339 haben Open Collector Ausgänge.

War etwas verwirrt, wegen der Wikipedia Definition von Komparatoren...
Hab es jetz mit PNP Transistoren gelöst.

> Das Trimmpoti da oben links ist nur zum Durchbrennen gedacht?
Finetunen, je nachdem, wie die Spannung einbricht. Habs jetz aber anders 
geschaltet.

> Nein, natürlich nicht, du bräuchtest schon 33V Versorgung damit der
LM393 31.5V messen kann.
Ok danke.

Autor: Dietrich L. (dietrichl)
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Classic schrieb:
> War etwas verwirrt, wegen der Wikipedia Definition von Komparatoren...
> Hab es jetz mit PNP Transistoren gelöst.

Dann kannst Du Dir die Widerstände mit dem Wert "800" sparen 
(->Emitterfolger) und die mit dem Wert "390" können deutlich hochohmiger 
werden (z.B. >10k), da sie nur den Reststrom des LM339 ableiten müssen.
Bei 390 Ohm würdest Du unnötigerweise 0,37W verheizen.

Du bist Dir aber schon bewusst, dass die Logik jetzt invertiert ist, 
wenn Du nur NPN gegen PNP tauschst?

Gruß Dietrich

Autor: Dietrich L. (dietrichl)
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@Classic:

Ich glaube, dass es noch nicht erwähnt wurde:
Da die Komparatorschaltung keine Hysterese hat muss Du damit rechnen, 
dass bei Vout in der Nähe des Umschaltpunktes das Relais unkontrolliert 
schalten kann.
Der Komparator hat eine typ. Verstärkung von 200.000! Daher reichen 
Spannungsänderungen von <<1mV am Eingang um das Relais umzuschalten.

Gruß Dietrich

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Classic schrieb:

> War etwas verwirrt, wegen der Wikipedia Definition von Komparatoren...

Ja, der hier erwähnte Komparator war nicht gemeint:
https://de.wikipedia.org/wiki/Nivellierlatte#Lattenteilung
:-)

: Bearbeitet durch User
Autor: Classic (Gast)
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> Dann kannst Du Dir die Widerstände mit dem Wert "800" sparen
> (->Emitterfolger) und die mit dem Wert "390" können deutlich hochohmiger
> werden (z.B. >10k), da sie nur den Reststrom des LM339 ableiten müssen.

Wenn der OpenCollector Transistor im Komparator auf GND durchschaltet, 
muss ich doch den Basisstrom begrenzen, oder nicht?
Der BD140 hält leider nur -5V Emitter-Basis Spannung aus, deswegen hab 
ich da an den Spannungsteiler gedacht. Den 800 Ohm Widerstand hab ich 
genommen, weil die Stromverstärkung des BD140 nicht "so" hoch ist und er 
ca 50mA Schalten soll.

> Du bist Dir aber schon bewusst, dass die Logik jetzt invertiert ist,
> wenn Du nur NPN gegen PNP tauschst?
Definitiv :)

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2901.pdf Unterpunkt: 8.3 :

The output NPN sinks current when the positive input voltage is higher 
than
the negative input voltage and the offset voltage.

Dh. Wenn VOUT an IC9A > ~3.5V steigt liegt der Komparator Ausgang auf 
GND Potenzial -> Strom fließt durch die Basis -> Strom fließt durchs 
Relais

Bitte korrigiert mich, wenn ich falsch liege.

> keine Hysterese. Daher reichen Spannungsänderungen von <<1mV am Eingang um das 
> Relais umzuschalten.

Wie könnte man die Schaltung dahingehend verbessern? Fenster Komparator?

Autor: Heinz V. (heinz_v)
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Classic schrieb:
> Beim Transistor hab ich erstmal an einen 2N3055 gedacht, ich befürchte
> die Stromverstärkung ist aber zu gering, wegen Ibe = 10mA.
> Hab also nach anderen Typen gegoogelt, war aber wenig brauchbares dabei,
> kennst du vielleicht einen geeigneten Typen?

TIP142 ist ein Darlington mit ungefähr den gleichen Grenzdaten wie 
2N3055.

Autor: Dietrich L. (dietrichl)
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Classic schrieb:
> Wenn der OpenCollector Transistor im Komparator auf GND durchschaltet,
> muss ich doch den Basisstrom begrenzen, oder nicht?

Das macht die Schaltung alleine, denn die Last ist ja am Emitter.
Such mal unter "Kollektorschaltung" oder "Emitterfolger".
Ein Widerstand wäre eher ein Angstwiderstand oder notwendig, wenn Du 
eine kapazitive Last hast.

> Der BD140 hält leider nur -5V Emitter-Basis Spannung aus, deswegen hab
> ich da an den Spannungsteiler gedacht. Den 800 Ohm Widerstand hab ich
> genommen, weil die Stromverstärkung des BD140 nicht "so" hoch ist und er
> ca 50mA Schalten soll.

Aber wenn Du abschaltest geht die Spannung am Emitter sofort auf +12V 
(wegen der induktiven Last + Freilaufdiode sogar auf ca. +12,7V).
Bei kapazitiver Last wäre das wieder anders.

> "The output NPN sinks current when the positive input voltage is higher
> than the negative input voltage and the offset voltage."
>
> Dh. Wenn VOUT an IC9A > ~3.5V steigt liegt der Komparator Ausgang auf
> GND Potenzial -> Strom fließt durch die Basis -> Strom fließt durchs
> Relais

Ich bin mir ziemlich sicher, dass dies ein Fehler im Datenblatt ist!
Die Innenschaltung sagt was anderes, ebenso die Logik: ein (+)-Eingang 
hat gegenüber dem Ausgang keine Invertierung.

Classic schrieb:
>> keine Hysterese.
>
> Wie könnte man die Schaltung dahingehend verbessern? Fenster Komparator?

Hysterese erreicht man üblicherweise durch Mitkopplung (Einfluss des 
Ausgangs auf den (+)-Eingang). Wie man das in Deine Schaltung einfach 
und zuverlässig einbauen könnte habe ich auf die Schnelle nicht parat. 
Als Suchbegriff hilft hier vielleicht "Hysterese" oder "Schmitttrigger".

Gruß Dietrich

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