Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Abwärtswandler Regelungsprobleme


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von Ths S. (motorburner)


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Hallo,

ich habe den Beitrag schon in einem anderen Forum verfasst, das Ganze 
ist dort aber nicht zielführend. Der ursprüngliche Beitrag lautet:


Für einen Röhrentester habe ich einen Abwärtswandler entworfen, welcher 
aus 325V einstellbare 50-250V wandeln soll.

Quasi ein Komparator, der die Ausgangsspannung eines 
Differentialverstärkers mit der eines Dreieckgenerators vergleicht und 
daraus ein PWM-Signal bildet. Dieses speist dann einen MOSFET, der als 
Highside-Treiber für den eigentlichen Schalter arbeitet.

Bevor jetzt wieder Fragen kommen, warum ich nicht einfach einen 
Längsregler benutze.. Ich habe schon ein paar Längsregler bestehend aus 
IRF840 und LM317 im Einsatz, die funktionieren für einen kleinen 
Stellbereich auch sehr gut, aber für die Spreizung von 50-250V bräuchte 
ich Stufenumschaltung und darauf möchte ich verzichten.

Die Schaltung soll für einen Strom bis 0,2A ausgelegt sein.

Ich hoffe, Ihr könnt mir weiterhelfen. Dummerweise stehe ich etwas auf 
dem Schlauch - je größer ich das Spannungseinstellpoti R8 stelle, desto 
geringer wird die Ausgangsspannung, außerdem habe ich mit sehr 
schlechter Stellbarkeit der Spannung zu kämpfen. Habe ich irgendwo einen 
Denkfehler drin? Sollte ich statt einem diskreten MOSFET als Treiber 
vielleicht einfach ein High-Side-Treiber-IC vorsehen?

Grüße, Thomas

von MaWin (Gast)


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Thomas S. schrieb:
> Für einen Röhrentester habe ich einen Abwärtswandler entworfen

Die Schaltung kann nicht mal ansatzweise funktionieren.
Viele Bauteile sind grob falsch eingebaut (IRF740 Gate-Spannung 
überschritten, keine Spule im Abwärtswandker, TL431 falschrum) und 
Grundlagen der Regelungstechnik wurden ignoriert.

Vergiss deinen Entwurf, suche dir einen fertigen. 50-250V bei 200mA sind 
50W. Normalerweise will man auch eine einstellbate Strombegrenzung.

Beitrag #5461202 wurde vom Autor gelöscht.
von Ths S. (motorburner)


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Hallo,

ich habe heute Morgen aus der Schnelle heraus den Schaltplan zum Aufbau
gezeichnet. Das Ganze soll auf Platine, deshalb habe ich die Bauteile,
die außerhalb liegen, per Klemme eingezeichnet. Es ist mir schon klar,
dass im Schaltplan die Spule fehlt und ich dachte, es ist Euch auch
klar, dass sie sowieso dabei ist. Um alle Missverständisse aus dem Weg
zu räumen, hier der komplette Plan als Anhang.

Der TL431 ist nur falschherum eingezeichnet, in der Realität ist seine
Anode Richtung OPV.

Zum Thema Grundlagen der Regelungstechnik missachtet - deshalb suche ich
Hilfe.
Es gibt leider nicht allzu viele fertige Entwürfe für einen
50-250V-Schaltregler.

Grüße, Thomas

von Michael B. (laberkopp)


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Thomas S. schrieb im Beitrag #5461202:
> hier der komplette Plan als Anhang

Der ist nicht besser geworden.

Die Z-Diode am IRF740 abenteurlich, die 1M reichen kaum um das Gate 
aufzuladen, der TL431 nach wie vor weitgehend funktionslos, R8 verkehrt 
was bei soll bei 0-Stellung rauskommen, der Oszillator - da muss ich 3 
mal überlegen bei der kruden Schaltung - nein, funktioniert auch nicht.

Es ist so viel grundfalsch in der Schaltung, daß man dir nicht jedes 
Bauteil einzeln beibringen kann.
Ich gehe davon aus, daß du Teilschaltungen irgendwoher kopierst, aber 
nicht mal die unfallfrei abtzeichnen kannst.

von Ths S. (motorburner)


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Hallo,

der Aufbau funktioniert doch aber, nur lässt er sich halt kaum bis gar 
nicht regeln.

Ich sollte es wohl einfach lassen und doch Längsregler verbauen - 
schade, denn ich dachte, ich könnte hier auf Hilfe hoffen.

Grüße!

von Dieter (Gast)


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Die Schaltung hat schon Macken. Aber so schnell wuerde ich nicht 
aufgeben. Wenn es nur zum Roehrenpruefen dient, laesst sich schon etwas 
machen. Theoretisch ginge auch nur ein modifizierter Sperrwandler.  Dein 
Problem ist, dass Du einen Uebergang von Luecken nach Nichtlueckend im 
Bereich hast, also noch zusaetzlich.

von Ths S. (motorburner)


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Hallo Dieter,

mir fiel es auch vorhin beim Basteln wie Schuppen von den Augen - die 
Spannung wird ja durch einen Spannungsteiler parallel zum TL431 
gestellt, deshalb konnte es ja nicht funktionieren.

Ich habe auch festgestellt, dass man ein - zwar etwas unsauberes, aber 
funktionierendes - Dreiecksignal mit nur einem OPAmp erreicht. Ich habe 
beim Aufbau jetzt eine Frequenz von knapp 10kHz erreicht, allerdings hat 
R3 dafür jetzt 33k.

Ich suche jetzt nach einem High-Side-Treiber.

Warum sollte die Z-Diode eigentlich "abenteuerlich" sein?

: Bearbeitet durch User
von MaWin (Gast)


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Thomas S. schrieb:
> Warum sollte die Z-Diode eigentlich "abenteuerlich" sein?

Schaltet in der vorherigen Schaltung der steuernde MOSFET Richtung 
Masse, fliesst der ganze Strom vom Ausgang über die Z-Diode.

von Dieter (Gast)


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Mawin schrieb es schon. Ausweg hier waere ei Optokoppler. Aber 
eigentlich wuerde man einen komplementearen Mosfet umgedreht verwenden. 
Und einen zweiten aenhlich Deiner vorherigen Schaltung.

von Dieter (Gast)


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P Channel.

von Michael B. (laberkopp)


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Thomas S. schrieb:
> der Aufbau funktioniert doch

Nein.

Weder die erste, noch die zweite, noch die

Thomas S. schrieb:
> Ich habe auch festgestellt, dass man ein - zwar etwas unsauberes, aber
> funktionierendes - Dreiecksignal mit nur einem OPAmp erreicht.

dritte Schaltung kann, so wie du sie aufgezeichnet hast, jemals 
funktioniert haben.

Den IC1A Oszillator hast du doch schon wieder vermurkst.

von Ths S. (motorburner)


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Anscheinend muss ich noch ein Oszillogramm anhängen, damit hier nicht 
mehr dementiert wird. Ich habe ganz eindeutig ein Dreiecksignal an Pin 2 
vom "vermurksten" Oszillator messen können, welches einen 
Spitze-Spitze-Wert von 6V hatte und 6V als DC-Anteil. LTSpice liefert 
mir ziemlich ähnliche Werte für diesen Oszillator.

Dieter - könntest Du mir bitte eine Skizze kritzeln, wo du den PMOS 
hinsetzen würdest? Dieser würde "verkehrtherum", also quasi Source an 
Gate vom eigentlichen Schalter, sitzen, wenn ich keinen Denkfehler habe. 
Wenn ich einen Optokoppler nehme, schalte ich ihn quasi sekundärseitig 
von Drain nach Gate.

Wie könnte man denn dann das Gate vor zu hoher Spannung schützen?

Grüße, Thomas

von Dieter (Gast)


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Vielleicht mal hier spicken:

Damit Deine Schaltung funktioniert, müßtest Du sowas machen:
http://www.joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap6/Kapitel6.html
Bild 6.1 N Abwärtswandler für Hilfsspannungserzeugung mit UC 3842

Den P-Mos müßtest Du so verwenden:
http://www.joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap6/Kapitel6.html
Bild 6.1 I Step-Down-Wandler mit P-Kanal-MOSFET
(Anstelle des IC-Ausgang wäre ein Transistor mit 400V 
Spannungsfestigkeit notwendig bei Deiner Schaltung zur FET-Ansteuerung 
notwendig)

von Dieter (Gast)


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https://www.mikrocontroller.net/attachment/338947/Multivibrator.png

Richtige Schaltung fuer Generator. Fuer andere Tastverhaeltnisse den 
Teiler Unsymmetrisch Ausfuehren.

von Dieter (Gast)


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Oder die Rueckkopplung.

von Al3ko -. (al3ko)


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Muss der PWM Generator diskret aufgebaut werden? Es gibt zahlreiche PWM 
Regler ICs, deren Datenblätter die Berechnungen und die Auslegung der 
Regelung aufzeigen.

Gruß,

von Flo (Gast)


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Ths S. schrieb:
> Für einen Röhrentester habe ich einen Abwärtswandler entworfen, welcher
> aus 325V einstellbare 50-250V wandeln soll.

Für den Anwendungsfall würde ich direkt einen Flyback verwenden.
Dann ist Strombegrenzung und Weitbereich kein Thema, zuästzlich gäbe es 
sogar eine galvanische Trennung vom Netz.

von Einfacher (Gast)


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Ths S. schrieb:
> Bevor jetzt wieder Fragen kommen, warum ich nicht einfach einen
> Längsregler benutze..

Bei 50 Watt und 50-250VDC Ausgang wird diese Frage nicht leicht jemand 
stellen wollen. Nicht einmal, wenn auch bei 50VDC nur 0,2A rauskommen 
sollen - denn trotzdem werden die Verluste immer höher mit sinkender 
V_out. Und der Wirkungsgrad fällt auf unter 50%.

Sogar, wenn einem das unwichtig ist, braucht man erst mal ziemlich 
heftige Halbleiter und/oder kräftige Kühlung.

Ths S. schrieb:
> Es gibt leider nicht allzu viele fertige Entwürfe für einen
> 50-250V-Schaltregler.

Nur, weil Du von Netzspannung ausgehst. Das wollen sich die meisten 
Bastler nicht antun, und bauen so etwas für Kleinspannung - ob nun von 
einem fertigen AC-DC Schaltregler oder einem Trafo+GR+Elko gespeist.

Bei einer Suche nach Vorlagen für z.B. 12VDC, 18VDC, 24VDC etc. wärest 
Du längst fündig geworden, es gibt ganz sicher viele davon. Für z.B. 
Versorgung von Nixie-Röhren oder - ungelogen - sogar für dedizierte 
Röhrentester sollten sie existieren. Die meisten wohl für 12VDC.

Hast Du da nichts passendes, oder willst Du vielleicht sogar wirklich 
unbedingt einen primärgetakteten Schaltregler, obwohl Du passendes 
hättest?

Ich frage ja nur, weil das noch gar nicht erwähnt wurde...

Nicht, daß es nicht machbar wäre - nur halt sehr viel schwieriger. Aber 
die meisten Leute, die ich kenne, haben mindestens ein Laptop-Netzteil 
übrig. (Und - wie gesagt - vermeiden die Konstruktion von 230V~ 
Netzteilen ... wenn gar nicht unbedingt nötig.)

von Ths S. (motorburner)


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Hallo,

Dieter, die Seite ist super. Ich könnte statt den diskreten OPAmps also 
auch einfach einen SG3524 nehmen und hätte sogar eine Strombegrenzung! 
Aber eine Frage zum von dir verlinkten Oszillator habe ich - ist es 
nicht falsch, einen Rechteckgenerator zu nehmen? Dann wäre das 
Tastverhältnis ja immer gleich, weil die Flankensteilheit des Signals 
sehr hoch ist.

Al3Ko - nein, keinesfalls. Gibt es noch weitere gängige Typen - wenn 
möglich mit Strombegrenzung und als THT-Gehäuse verfügbar - außer dem 
TL494 und dem SG3524?

Flo, Netztrennung habe ich per Trenntrafo schon vorgesehen. Sperrwandler 
ist doch sicherlich noch komplizierter, oder?

Einfacher - mit Stufenumschaltung sind die Verluste etwas geringer, aber 
es ist halt einfach nervig und, wie ich finde, auch nicht sonderlich 
elegant. Für Festspannung in Anodenspannungsversorgungen habe ich mir 
einen Längsregler entworfen, der für den Zweck auch super funktioniert, 
aber halt nur, weil die Spannungsdifferenz einerseits immer gleich 
bleibt (Netzspannungsschwankungen mal außer Acht gelassen, im Design 
aber bedacht) und andererseits sie in Bereichen von 10V liegt. Das macht 
bei 200mA auch nur 5W Verluste der Halbleiter.
Ich habe schon drüber nachgedacht, einen Aufwärtswandler zu nutzen und 
das Ganze mit 12V zu betreiben, dafür gibt es auch einige Designs, 
leider sind die meistens ungeregelt, gerade jene für Nixies. Aber wenn 
Du etwas für mich hast, bin ich gerne offen dafür!

Grüße, Thomas

von Dieter (Gast)


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Nicht missverstehen. An dem Rechteckgenerator greifst Du Dein Dreieck 
ab.  Durch spuelen mit den Werten der Schaltung kannst Du Dein Dreieck 
modifizieren, so dass es besser funktioniert.

von Ths S. (motorburner)


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Hallo,

ich habe mir am Wochenende mehrere Bücher zum Thema Sperr-/Flusswandler 
besorgt, leider sind mir ein paar Sachen unklar:

Beim Flusswandler sollte das Tastverhältnis max. 50% betragen - ist das 
beim Sperrwandler auch so? Wenn man Flusswandler dimensioniert, sollte 
die Ausgangsspannung ungeregelt 2x so groß sein, wie die gewünschte 
Ausgangsspannung, das kann ich aber gar nicht so richtig glauben - das 
wären in meinem Falle ja 500V!

Grüße, Thomas

von roehrenvorheizer (Gast)


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Hallo,

Hier wird der Flusswandler nochmals erklärt:

http://www.joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap8/Kapitel8.html

MfG

von roehrenvorheizer (Gast)


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von Einfacher (Gast)


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Ths S. schrieb:
> Ich habe schon drüber nachgedacht, einen Aufwärtswandler zu nutzen

Zu hohes Übersetzungsverhältnis für einfachen Boost...

> das Ganze mit 12V zu betreiben,

...außer 12VDC noch anderes Netzteil passender Leistungsklasse?

von soso... (Gast)


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Einfacher schrieb:
> Ths S. schrieb:
>> Ich habe schon drüber nachgedacht, einen Aufwärtswandler zu nutzen
>
> Zu hohes Übersetzungsverhältnis für einfachen Boost...

Nein, da gibts keine (theoretische) Grenze. Auch praktisch ist viel 
machbar.

Ich habe schon Boost von 3,3 auf 500V gebaut, mit µC als Regler. Für 
einen Geigerzähler, das läuft sein Jahren.
Das ist alles eine Frage der Auslegung. 12V auf 230V ist unüblich aber 
machbar.

Bei einem fertigen Regler müssten man allerdings min und max duty cycle 
beachten, aber hier gibts vermutlich Bauteile. Mindestens mit einem µC 
ist das kein großes Problem.

Dass es nicht einfach wird, zweifle ich nicht an. Allein die FET und 
Dioden werden anspruchsvoll. Aber machbar ist es.

von Einfacher (Gast)


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soso... schrieb:
> FET und Dioden werden anspruchsvoll.

Auch die Drossel wird bei so etwas einigermaßen groß. Hohes ÜV = hoher 
nötiger Tastgrad und auch Peakstrom (relativ). Also zwar vom Aufbau 
simpel, aber bestimmt nicht klein... hast aber freilich recht, statt "zu 
hoch" hätte besser "recht hoch" gepaßt.

3,3V->500V war bestimmt eine extreme Nummer. Da würde ich ja vielleicht 
sogar Verdoppler/Kaskade einsetzen wollen, einfach um alles kleiner zu 
kriegen - nicht, weil es anders unmöglich wäre...

Möglich ist überhaupt viel. Daß auch niedrige DC zur Verfügung steht, 
und nicht nur Netzspannung, drückt jedenfalls gewaltig den Aufwand. Und 
man hat topologisch viele Freiheiten.

Ohne die Forderung des breiten Ausgangsspannungsbereiches (*) wäre es 
natürlich noch einfacher. Sowohl die Wahl der Topologie als auch die 
Dimensionierung. Aber wie gesagt, sieht es für unterschiedlich hohe V_in 
ebenfalls unterschiedlich aus mit den Vorteilen. Wer weiß, vielleicht 
schwirrt ja ein 36V / 48V Netzteil herum?

(*): Soll das übrigens über einen Stufenschalter erfolgen? Ein Poti im 
Feedback-Spannungsteiler ist ja auch nicht empfehlenswert. Brauchst Du 
also eine kontinuierlich variable V_out, @Ths S.?

von guest...Rainer (Gast)


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Ths S. schrieb:
> Für einen Röhrentester habe ich einen Abwärtswandler entworfen, welcher
> aus 325V einstellbare 50-250V wandeln soll.

Hallo, warum baust du nicht einfach ein Labornetzteil mit Röhren? Die 
Versorgungsspannung hast du ja wohl schon. Da bleibt im Prinzip doch nur 
noch eine gesteuerte Längsröhre. Schaltungen gibts z.B. in der 
"Röhrenbude" oder sicher auch bei Tante Googel...war nur so eine Idee 
wegen Röhrentester...
Gruß Rainer

von oldeurope O. (Gast)


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Ths S. schrieb:
> LTSpice liefert

Was wie wo? Wo bleibt denn die asc?

Hier ein Beispiel für einen 0...290V Abwärts-Regler:
http://2.bp.blogspot.com/_oCEpds9YoPw/R6Nnx0kd-gI/AAAAAAAAAOY/RcHZdnU_dZk/s1600-h/PWM_AMP_Modell_1992_Schaltung_Teil_1_Darius.png

Quelle: http://d-amp.blogspot.com/

LG
old.

von Ths S. (motorburner)


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Hallo,

was empfiehlt sich denn am ehesten? Einfach ein Abwärtswandler, ein 
Sperrwandler oder ein Flusswandler?

Wenn ich mir den Regelaufwand anschaue, so ist er auf den ersten Blick 
beim primärgeregelten Eintaktsperrwandler am geringsten. Die Spannung 
soll ja auch nur eine Genauigkeit von 1..5V haben. Dummerweise wird ja 
beim Sperrwandler wieder ein größerer Kern mit Luftspalt als beim 
Flusswandler benötigt..

Grüße!

von oldeurope O. (Gast)


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Ths S. schrieb:
> was empfiehlt sich denn am ehesten?

Ich empfehle Dir den Abwärtswandler fertig zu machen.
Mit asc könnte man Dir auch helfen.
Oder einen Längsregler mit Röhre.
Die 300VDC hast Du ja schon da.

LG
old.

von Hauspapa (Gast)


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Davon ausgehend das deine 325V einfach Diodenbrücke am Netz heisst, die 
inständige Bitte die 5 Sicherheitsregeln zu beachten. Heisst konkret: 
Allpolig abschalten, Flossen weg wenn eingeschaltet auch nicht zum 
messen, Draht anlöten und Messgerät ordentlich anklemmen. Warten bis 
Elkos entladen sind.

Hast Du nen Trenntrafo oder potentialgetrennte Sonden?

Vorsichtig bleiben
Hauspapa

von Einfacher (Gast)


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Ths S. schrieb:
> was empfiehlt sich denn am ehesten?

Abhängig u.a. davon:

Einfacher schrieb:
> ...außer 12VDC noch anderes Netzteil passender Leistungsklasse?

Einfacher schrieb:
> Wer weiß, vielleicht
> schwirrt ja ein 36V / 48V Netzteil herum?

Einfacher schrieb:
> Soll das übrigens über einen Stufenschalter erfolgen? Ein Poti im
> Feedback-Spannungsteiler ist ja auch nicht empfehlenswert.

> Brauchst Du also eine kontinuierlich variable V_out, @Ths S.?

Von mir kam nur deshalb nichts mehr, weil die Antworten fehlen.

Aus der W. schrieb:
> Ich empfehle Dir den Abwärtswandler fertig zu machen.

Mir kam es eher so vor, als sei das Primärziel der Tester.

von oldeurope O. (Gast)


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Hauspapa schrieb:
> Davon ausgehend das deine 325V einfach Diodenbrücke am Netz heisst

Bei motorburner ist das nicht so.
Übrigens, bei dem d-amp aus dem Beispiel ist die Ansteuerschaltung
duch den Übertrager netzgertennt.

LG
old.

von guest...Rainer (Gast)


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Ich wiederhole mich gern. Wenn regelbare Spannung in diesem Bereich, 
dann doch mit Röhren. 2 EL34 parallel wegen der Leistung und schon 
stimmt alles. Ich denke, dass getaktete Regler hier nur Probleme 
bescheren. Sofern es denn wirklich ein Röhrentestgerät werden soll.
Gruß Rainer

von Ths S. (motorburner)


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Hallo,

ich habe den Beitrag leider überlesen, tut mir leid!

>> ...außer 12VDC noch anderes Netzteil passender Leistungsklasse?
>> Wer weiß, vielleicht
>> schwirrt ja ein 36V / 48V Netzteil herum?

leider nicht, ich wollte alles per Trenntrafo machen, also sekundär 
2x230V für Anode und G2, 12V für Heizung, aber da setze ich auf einen 
fertigen Schaltregler und passe ihn für 6,3V an und 30V für das G1.

>> Soll das übrigens über einen Stufenschalter erfolgen? Ein Poti im
>> Feedback-Spannungsteiler ist ja auch nicht empfehlenswert.

Auf Stufenschalter wollte ich verzichten, denn dann könnte ich auch 
einen Längsregler nutzen und in 50V-Schritten abstufen. Das ist einer 
der Gründe, warum ich ein getaktetes Netzteil wollte.

>> Brauchst Du also eine kontinuierlich variable V_out, @Ths S.?

Ja, durchaus - vor der Messung sollen die statischen Spannungswerte der 
Datenblätter eingestellt werden und dann für die Messung nur noch 
zugeschalten werden.

Ein Röhrennetzteil kommt nicht in Frage, die Verluste sind viel zu groß.

Grüße, Thomas

von oldeurope O. (Gast)


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Ths S. schrieb:
> Das ist einer
> der Gründe, warum ich ein getaktetes Netzteil wollte.

Dann mach doch endlich …
Wo bleibt die asc?

LG
old.

von Dieter (Gast)


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Eine diskrete Schaltung, als Beispiel.

von Dieter (Gast)


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Der Abwaertssperrwandler schwingt erst ab einem gewissen 
Spannungsunterschied und Stromlevel. Bei kleinen Leistungen also LDO, 
geht dann über in Schaltbetrieb.

von guest...Rainer (Gast)


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Ths S. schrieb:
> Ein Röhrennetzteil kommt nicht in Frage, die Verluste sind viel zu groß.

Lieber TO.
wenn du "mit Röhren" machen willst, dann sollten dich die 
Verlustleistungen kaum beunruhigen. Und wie schon gesagt, mit 
Step-Reglern holst du dir nur Probleme rein. Wenn du was komerzielles im 
Hut hast, dann sage ich, vergiss es. Ich würde nie etwas ohne Röhren 
akzeptieren! Und wenn du nur basteln willst, dann reicht für dich auch 
ein Zementpoti für die benötigte Spannung.
Gruß Rainer

von Ths S. (motorburner)


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Hallo Dieter,

> Der Abwaertssperrwandler schwingt erst ab einem gewissen
> Spannungsunterschied und Stromlevel. Bei kleinen Leistungen also LDO,
> geht dann über in Schaltbetrieb.

Dieser Fall gilt doch aber nur für selbstschwingende Wandler, oder? Wenn 
ich den Sperrwandler mit einem UC3842 betreibe, dann sollte er doch auch 
Leerrlaufzustände ausregeln können, oder irre ich mich da? Wie sieht es 
hier mit einem Flusswandler aus?

Hallo old,

> Dann mach doch endlich …
> Wo bleibt die asc?

ich habe zur Zeit nur mobiles Internet, da ich auf eibnen Neuanschluss 
seitens meines Anbieters warte.

Hallo Rainer,

> Lieber TO.
> wenn du "mit Röhren" machen willst, dann sollten dich die
> Verlustleistungen kaum beunruhigen. Und wie schon gesagt, mit
> Step-Reglern holst du dir nur Probleme rein.

Ich möchte einfach, dass das Ganze relativ klein und kompakt bleibt. Mit 
Röhren Radiobasteln oder NF-Basteln ja - aber ein Netzteil mit Röhren 
kommt für mich nicht in Frage.

Grüße, Thomas

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