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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Netzteil mit Längsregler in LTSpice simulieren, 5V / 2A


Autor: Dieter P. (low_pow)
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Im Forum gibt es viele Beiträge zum Bau von diversen
Netzteilen, als nur ein Beispiel:

"Elektronisch stabilisiertes Netzteil"

Hier war die Idee, eine ältere Schaltung, so von
1972, mal zu simulieren.Als Netztrafo habe ich nur
fertige Rechenmodelle von Ringkerntrafos gefunden.
(Sind vom Hersteller verschlüsselt)
Die Schaltung sollte vereinfacht ohne Trafo mit LTSpice - Standard
simulierbar sein.Der Netztrafo Type 826007 , 2 x 9V 2 x 1.67A
von Sedlbauer ist im Internet.
http://www.sedlbauer.de/de/support/downloads
http://www.sedlbauer.de/de/produkte/induktive-komponenten#rkt-standardprogramm

Als kurzes Ergebnis, mit einem 9V Trafo und Längstransistor
mit zusätzlicher Strombegrenzung wird es sehr eng, vor allem
bei Netzunterspannung.
Die Simulation ist nicht real als Aufbau getested.
Wäre schon interessant, wie andere das sehen und wie weit
das ganze neben der Realität liegt.
Und ja, es ist schon bekannt, dass Schaltnetzteile üblich sind.

Autor: Hi Pi (Gast)
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Tja, allerdings erwähnst Du echt mit keinem Wort die spätere Last.
(Es gibt durchaus Lasten, die ein lineares NT zu schätzen wissen.
Wie kommst Du darauf, man würde Dir ein Schaltnetzteil empfehlen?)

Da man jedoch Versorgungen allgemein auf die Last hin konzipiert,

...

Autor: ArnoR (Gast)
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Dieter P. schrieb:
> mit einem 9V Trafo und Längstransistor
> mit zusätzlicher Strombegrenzung wird es sehr eng, vor allem
> bei Netzunterspannung.

Ja, richtig. Bei 4,4mF und 2A Laststrom ergibt sich bei 8ms 
Überbrückungszeit eine Welligkeit von 3,6V.

Autor: Michael B. (laberkopp)
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Dieter P. schrieb:
> Wäre schon interessant, wie andere das sehen und wie weit
> das ganze neben der Realität liegt.

So hat man das früher gebaut. Es begrenzt zwar den Strom, aber bei 
Überlastung wird der Leistungstransistor trotzdem überhitzen.
Wenn 9V als Trafo nicht reichen, nimmt man eben 10V.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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4400uF ist ja auch ziemlich wenig für 2A. Nimm 2*4700uF und schon hast 
du mehr "Luft".

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Helmut S. schrieb:

> 4400uF ist ja auch ziemlich wenig für 2A. Nimm 2*4700uF und schon hast
> du mehr "Luft".

Dadurch verkleinert sich aber der Strumflusswinkel, was auch nicht
so toll ist. Dieser Einfluss lässt sich mit Sim-Programmen nur schwer
feststellen. Normalerweise versuche ich, die Spitze-Spitze Brumm-
spannung im Bereich von 3...5V zu halten. Natürlich muss dann auch
der Trafo eine höhere Spannung liefern. Ein analoges 5V-Netzteil
zu bauen, ist so oder so ein Problem. Da kommt man kaum über 50%
Wirkungsgrad hinaus. Hier lohnt sich eindeutig ein Schaltnetzteil.

Autor: Dieter P. (low_pow)
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Ich bedanke mich für die Ideen, einiges hab ich nochmal
anders simuliert.Die Verluste in der Schaltung sind jetzt neu
aufgeteilt.Die Sicherung hinter dem Netztrafo ist weg, die
Stromspitzen hatte ich unterschätzt.
Grössere Elkos sind auch vorgesehen.Eingefügt ist am Ausgang
ein Ersatz-Kabelwiderstand.Eine Multifuse Sicherung habe ich wieder
verworfen, bei 2A Nennstrom wären 4A einige Sekunden lang zum
Auslösen nötig, der Sicherungs-Widerstand wäre dabei
ca 50 .. 100 Milliohm.
In den alten Unterlagen von 1972 gibt es über den Aufbau keine
Hinweise, wahrscheinlich von Hand verdrahtet, keine Platine.
Den Netztrafo lass ich vorerst, mit 2 x 9V und 2 x 1,67A.

Autor: Name H. (hacky)
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Nicht vergessen, der Netztrafo liefert bei Nennstrom Nennspannung. Bei 
Unterlast sind's mehr, bei Ueberlast weniger. Das kann je nachdem 
dramatisch sein.

Autor: ArnoR (Gast)
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Falls du die Schaltung tatsächlich real aufbauen willst, solltest du dem 
Q6 einen Basisvorwiderstand gönnen. Bei einem Ausgangskurzschluß liegt 
nämlich fast die volle Elkospannung (von C4/C5) solange an R8, bis die 
Komplementär-Darlington-Endstufe abregelt. Dabei wird Q6 zerstört.

Außerdem ist die Ausgangsspannung nicht sonderlich laststabil, weil sich 
Ube(Q4) und auch die Z-Spannung mit dem Laststrom merklich ändern. Eine 
Schaltung mit Differenzverstärker ist auch nicht viel aufwändiger, aber 
stabiler. Als Zwischenstufe gibt's dann noch die Version mit einfachem 
Transistor, dessen Basis den Ausgang ansieht, der Emitter auf der 
Z-Spannung sitzt und der Kollektor den Leistungstransistor abregelt.

Autor: Dieter P. (low_pow)
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>Q6 einen Basisvorwiderstand gönnen

Das wäre sinnvoll.Die Änderungen in dieser Schaltungs-Version sind,
BC547b ersetzt durch 2N3904, eingefügt R6 ( 1k ) an der Basis
von Q6 und gleichzeitig R7 ( 100 ) zwischen Q4 und Q5.

Zusätzlich eine Schaltung für Leerlauf / Lastpulse.

Die Simulation war verblüffend.Wenn man R6 1 Ohm setzt, nur um
den Basisstrom von Q6 zu sehen, und R7 auch 1 Ohm gesetzt wird
um einen Kurzschlussstrom für 0.1 Ohm Last zu bekommen, dann
bleibt hier schlicht LTSpice nach kurzer Zeit quasi stehen.
Das ist dann schon ein Zeichen dafür, das etwas nicht stimmt.

Dieses Problem mit hier Q6 dürfte auch damals schon aufgefallen
sein, einige Seiten nach der bisherigen Schaltung taucht dieser 
Basisvorwiderstand in anderen Schaltungen auch auf.

Die Spannungs-Stabilisierung ist nun ja, etwa 5,2V Leerlauf und
bei 2A Last ca 5,0V.Dazu muss man auch sagen, das diese Schaltung
nicht für 2A vorgesehen war, auch vor etwa einem halben Jahrhundert
wurde dafür schon mehr Aufwand getrieben.
Die 2A Last als Idee stammen letztlich vom verwendeten Modell des
Netztrafos.

Für den ursprünglich in diesen Schaltungen verwendeten Leistungs-
transistor habe ich allerdings kein Simulationsmodell, benutzt
wurde etwa der Germaniumtyp AD130.

Weitere Schaltungen und Ideen dazu gäbe es schon einige.

Autor: Michael B. (laberkopp)
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Dieter P. schrieb:
> Die Simulation war verblüffend.

Wenn du den Lastschalttransistor M1 als N-FET in die Masseleitung legst 
und direkt von der PULSE-Spannungsquelle steuerst, wird es besser.

Auch ein Ausgangskondensator ist nicht zwingend notwendig, aber schon 
1nF macht es der Simulation einfacher.

Autor: Toxic (Gast)
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Michael B. schrieb:
> Wenn du den Lastschalttransistor M1 als N-FET in die Masseleitung legst
> und direkt von der PULSE-Spannungsquelle steuerst, wird es besser.

Es gibt noch eine andere Moeglichkeit eine Last zu schalten - siehe 
Anhang

Autor: Dieter P. (low_pow)
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>schon 1nF macht es der Simulation einfacher

Danke, habs einfach getestet, 10nF oder irgend etwas, ein
kleiner Serienwiderstand fürs C beschleunigt auch nochmal.

Den Schalter-Mosfet durch SW zu ersetzen ist auch eine Anregung,
es gibt halt mehrere Wege in LTSpice dazu.

Probiert hab ich noch einiges, auch eine virtuelle Platine
war angefangen, aber mit dieser Schaltung werde ich nicht
mehr so recht glücklich.

Im Internet habe ich noch bei Joretronik etwas dazu gefunden,
was zumindest auch als Simulation geht.
Nachteil, so nicht kurzschlussfest, schwingneigung bei wenig
Last und der verbaute TL431 ist nicht Standard in LTSpice.
Aber irgendwie faszinierend, diese Schaltung.
Der Netztrafo ist auch verkleinert auf 2 x 9V 2 x 1,11A.

Aufbauen und testen geht hier nicht, es fehlt dazu einfach
zu vieles.

In der LTSpice-Datei fehlen der Netztrafo ( Sedlbauer 826001 )
und der TL431 als Model vom LTWiki.

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