Guten Abend,
ich habe eine Analogschaltung welche mit +-30V @ 2A versorgt werden
möchte, die Spannung wird aus einem 30V Ringkerntrafo gewonnen,
geglättet und stabilisiert. Im Schlimmsten Fall sind das ca. 24W
Verlustleistung am Längsregler. Ich konnte keine (Linear)regler finden
welche mit dieser Verlustleistung umgehen können, erst recht nicht einen
Negativregler.
Warum kein Schaltregler?
Die vollen 2A kommen sehr sehr selten vor, im normalen Betrieb sind es
ca. 100-150mA, also 2W pro Regler. Außerdem habe ich bedenken wegen
Störungen beim Einsatz eines Schaltreglers.
Also heißt der Ansatz das ganze diskret zu lösen und den Längstransistor
durch etwas "fettes" ersetzen. (TO3P, der packt das. In der Simulation
sind noch nicht die richtigen Transistoren!)
Gefunden habe ich eine AN von Zetex die ich gut finde:
https://www.all-electronics.de/wp-content/uploads/migrated/document/114688/434an51-1.pdf
Ich habe sie ein wenig angepasst für höhere Ausgangsspannung und höheren
Strom, der Regeltransistor ist jetzt ein Sziklai-Paar für geringen
Dropout (die Stromquelle wird noch durch etwas mit niedrigerem "Dropout"
ersetzt, ebenso die Versorgung des OPV)
Über R8 und Q6 wird der maximale Ausgangsstrom begrenzt für den Fall das
es einen Kurzschluss gibt, beim einschalten müssen auch diverse
Stützkondensatoren neben C3 geladen werden. Das Problem: Durch die hohe
Eingangsspannung ist die Verlustleistung an Q4 dabei viel zu groß, der
Halbleiter wird beschädigt. Was ich brauche ist eine Schaltung welche
die Spannung über dem Halbleiter miteinbezieht und den Strom z.B. bei
einem Kurzschluss auf ein paar 100mA begrenzt. Eine richtige
Stromregelung wie in einem Labornetzteil ist übertrieben, es ist ein
reiner Schutz für den Halbleiter.
Habt ihr eine Idee wie ich soetwas möglichst einfach implementieren
kann?
Danke!
Jan schrieb:> Ich konnte keine (Linear)regler finden welche mit dieser> Verlustleistung umgehen können, erst recht nicht einen Negativregler.
Und warum nimmst du nicht einfach die bekannte 7812er Schaltung mit
"Stromverstärkungstransistor" aus dem letzten Jahrtausend? Die
Beschaltung findet sich üblicherweise als Schaltungsbeispiel im
Datenblatt des Spannungsreglers...
>Und warum nimmst du nicht einfach die bekannte 7812er Schaltung mit>"Stromverstärkungstransistor" aus dem letzten Jahrtausend?https://www.st.com/resource/en/datasheet/l78.pdf
Du meinst Seite 24?
Die hat meiner Ansicht nach das gleiche Problem, entweder garkeine
Schutzbeschaltung oder nur eine Strombegrenzung. Die 78xx sind außerdem
wegen den 43V Eingangsspannung am Ende, wenn man den Ausgang
kurzschließt geht der Kaputt wegen zu großer Differenz Input <-> Output.
Hi,
Lothar M. schrieb:> Und warum nimmst du nicht einfach die bekannte 7812er Schaltung mit> "Stromverstärkungstransistor" aus dem letzten Jahrtausend?
"Stromverstärkungstransistor" ist aber ein SOA-Schutzvernichter.
Ich würde die hier verpönte Parallelschaltung von zwei Reglern
bevorzugen.
Grüße
Was spricht denn gegen die Diskrete Lösung? Ich finde die modifizierten
Standardregler dafür nicht passend, egal welchen ich nehme mit der
Eingangsspannung kann es sowieso Probleme geben.
Ui, eine nichttriviale Aufgabe :-)
Variante 1:
Möglicherweise gibt es passende Linearregler-Controller-IC. Kurz finde
ich nur den:
https://www.onsemi.com/pub/Collateral/NCP102-D.PDF
Der hat aber keine Schutz für den externen Transistor. Musst du weiter
kucken. Wenn du Glück hast, gibt es einen mit SOA-Schutz. Wir
aufwändig...
Variante 2:
Jetzt kannst du versuchen, die Temperatur deines Transistors zu messen,
und bei Überschreitung abzudrehen. Mit SMD-Transistoren ist das
eventuell sogar praktikabel. Ich habe das schon gemacht, mit folgendem
Teil:
https://www.microchip.com/wwwproducts/en/MCP9501
Klappt, vorausgesetzt es kommen keine übermässig hohen Leistungen vor
(d.h. die thermische Trägheit ist zu berücksichtigen), und die
thermische Kopplung ist gut. Wir reden hier aber von Zeitkonstanten im
Sekundenbereich, das musss dir klar sein!
Variante 3:
Weiters kannst du die elektrische Leistung des Transistors messen und
aufintegrieren. Ich kenne das so von Hot-Swap-Controllern (mit LM5069),
der IC tut nämlich genau das - die Leistung berechnen und
aufintegrieren.
In Summe:
Tu dir einen Gefallen, und verwende einen fertigen Linearregler ;-)
Geht es um eine Audio Endstufe oder etwas ähnliches?
Falls ja, ist es nicht Sinn der Endstufe, die überschüssige Energie zu
verheizen? Normalerweise benötigen Verstärker keine stabilisierte
Versorgungsspannung, da sie nur das Nutzsignal verstärken.
Ein einfacher SOA-Schutz, der sich in vielen diskreten Endstufen und
auch in den 78XX Spannungsreglern findet. R1 und R2 sorgen für eine
Vorspannung, die von der Spannung über dem Leistungstransistor abhängt.
Sven S. schrieb:> Ein einfacher SOA-Schutz, der sich in vielen diskreten Endstufen> und> auch in den 78XX Spannungsreglern findet. R1 und R2 sorgen für eine> Vorspannung, die von der Spannung über dem Leistungstransistor abhängt.
Und wenn R1 ein NTC ist....
Sven S. schrieb:> Ein einfacher SOA-Schutz, der sich in vielen diskreten Endstufen> und> auch in den 78XX Spannungsreglern findet. R1 und R2 sorgen für eine> Vorspannung, die von der Spannung über dem Leistungstransistor abhängt.
Das begrenzt im Endeffekt den Strom und damit die Leistung. Das solange
sicher, solange der Transistor die dabei anfallende Leistung verkraftet.
BEi einem Kurzschluss wäre diese sehr groß.
Bei 2A 30V reden wir von >>60W die dauerhaft abzuführen sind - die
Schwelle kann man ja nicht direkt auf 2A setzen, denn sie ist recht
unpräzise.
In einigen 78xx ist darum eine thermische Überlastabschaltung verbaut.
Der hier zum Beispiel:
https://www.onsemi.com/pub/Collateral/MC7800-D.PDF
Mit einem MCP9501 oder dergleichen könnte man eine
Übertemperaturabschaltung einbauen, dann wäre es mögicherweise sauber.
hinz schrieb:> Und wenn R1 ein NTC ist....
Stimmt. Wird zwar nicht einfach das sauber auszulegen, könnte aber
klappen. Das macht den MCP9501 zur Lösung der denkfaulen :-(
Jan schrieb:> Was ich brauche ist eine Schaltung welche> die Spannung über dem Halbleiter miteinbezieht und den Strom z.B. bei> einem Kurzschluss auf ein paar 100mA begrenzt.
Musst Du denn ein echtes Foldback auf "ein paar 100mA" machen oder
könntest Du auch komplett abschalten?
Das echte Foldback ist komplexer. Bei Lösungen mit NTC hab ich arge
Bedenken ob die Transistoren das überleben, vermutlich reagieren die
NTCs außen am Kühlkörper zu langsam.
Komplett Abschalten ist einfacher, grob etwa so: Shunt mit
Current-Monitor ZXCT1082, Ausgang des ZXCT1082 an die Basis eines
Transistors, Schwellwert auf 2,1A ^= 0,6V eingestellt. Damit dann hart
abschalten und mit einem 2. Transistor latchen so daß der Regler aus
bleibt.
Wenn der Überstromschutz angesprochen hat, musst Du die Stromversorgung
ausschalten, kurz warten bis die Kondensatoren leer sind und dann kannst
Du wieder einschalten.
Gerd E. schrieb:> Das echte Foldback ist komplexer. Bei Lösungen mit NTC hab ich arge> Bedenken ob die Transistoren das überleben, vermutlich reagieren die> NTCs außen am Kühlkörper zu langsam.
Das kommt darauf an, wie man es auslegt. Sagen wir, du hast im
Kurzschlussfall 24V / 2A am Transistor, und das liegt in der SOA. Dann
kommt es auf die thermische Zeitkonstante und die Kopplung zwischen
Transistor und NTC an.
Ist die Kopplung gut genug, so dass das Abregeln vor Tj (des
Transistors) = 150°C erfolgt, funktioniert das. Und da liegt das
Problem, das kennen wir nämlich nicht genau.
Das meinte ich mit schwieriger Auslegung.
Gerd E. schrieb:> Komplett Abschalten ist einfacher, grob etwa so: Shunt mit> Current-Monitor ZXCT1082, Ausgang des ZXCT1082 an die Basis eines> Transistors, Schwellwert auf 2,1A ^= 0,6V eingestellt. Damit dann hart> abschalten und mit einem 2. Transistor latchen so daß der Regler aus> bleibt.>> Wenn der Überstromschutz angesprochen hat, musst Du die Stromversorgung> ausschalten, kurz warten bis die Kondensatoren leer sind und dann kannst> Du wieder einschalten.
Das hat ein Kollege mal so gebaut. Da gab es soviele Probleme im Feld
damit, dass wird das zurückrufen mussten. Wenn bei einem Kurzschluss der
Ofen aus ist, sind die Kunden davon ausgegangen, das Modul wäre jetzt
kaputt.
Also muss sich das selber "erholen". Auch das ist möglich.
Ich vermute, für 2A wird man noch fertige Linearregler finden.
Komplexitätsfanatiker schrieb:> Ich vermute, für 2A wird man noch fertige Linearregler finden.
Von den LM78xx und Co gibts doch die TO3-Gehäuse-Varianten, die können,
wenn ich mich recht entsinne, bis zu 3 A Strom liefern, z.B. der LM317,
der ist ja auch nett einstellbar.
M. K. schrieb:> Von den LM78xx und Co gibts doch die TO3-Gehäuse-Varianten, die können,> wenn ich mich recht entsinne, bis zu 3 A Strom liefern
Nein.
Dein Gedächtnis ist schlecht.
Es gab mal 78T05, auch in TO220, für 3A.
Jan schrieb:> 2A kommen sehr sehr selten vor, im normalen Betrieb sind es ca. 100-150mA
Der LM7912CT hat auch einen Dauerstrom von 1,5A und einen "Peak Output
Current" von 2,2A. Könnte also offenbar reichen. Im positiven Bereich
passt dann auch der LT1085CT mit seinen 3A...
Fertig, alle Schutzschaltungen drin, Aufgabe gelöst.
Komplexitätsfanatiker schrieb:>> Wenn der Überstromschutz angesprochen hat, musst Du die Stromversorgung>> ausschalten, kurz warten bis die Kondensatoren leer sind und dann kannst>> Du wieder einschalten.>> Das hat ein Kollege mal so gebaut. Da gab es soviele Probleme im Feld> damit, dass wird das zurückrufen mussten. Wenn bei einem Kurzschluss der> Ofen aus ist, sind die Kunden davon ausgegangen, das Modul wäre jetzt> kaputt.
Hmm. Also so oft treten Kurzschlüsse im Betrieb doch nicht auf, oder?
Und wenn doch finde ich einmal Gerät stromlos machen angemessen. Viel
mehr stören mich da diese thermischen Schutzschalter, die man erst 15
Minuten auskühlen lassen muss bevor es wieder geht. Da könnte man echt
denken daß das Gerät kaputt ist.
> Also muss sich das selber "erholen". Auch das ist möglich.
Klar. Nur hast Du dann wieder mehr Komplexität. Du brauchst einen
Logikschaltkreis mit Timer (z.B. 555) oder nen kleinen Mikrocontroller.
Dafür dann aber auch wieder die passende Stromversorgung, mit 30V wird
das nix.
>Ein einfacher SOA-Schutz, der sich in vielen diskreten Endstufen und>auch in den 78XX Spannungsreglern findet.
Das ist ziemlich genau das was ich gesucht habe! Danke!
Hab auch gerade gesehen das das so in einem 78xx gelöst wird.
Wenn man in Reihe zu R1 eine Z-Diode Schaltet kann man sehr schön die
Verlustleistung begrenzen, der Diskrete Regler schafft jetzt 3A @30V
(also bei 2A Ausgansstrom hat man noch Reserven)
bei einem Kurzschluss sind es noch 450mA die fließen, im Maximum (8Ohm
Last) ca 45W Verlustleistung. Ein TO3P schafft das mit entsprechendem
Kühlkörper.
Die Standard Regler funktionieren wie gesagt nicht, ich habe bei Ti,
Analog; Maxim... nachgeschaut. Die bekommen die Verlustleitung nicht weg
und es gibt praktisch nichts lineares in der Leistungsklasse das >40V
Dropout verträgt. Es gibt eine 60V Version vom LM317, das ist die
einzige andere Möglichkeit. Da finde ich es diskret aber vernünftiger.
Den Trafo primär steuern ist keine Option, erstens könnte ich dann
gleich einen Schaltregler nehmen, zweitens hat dieser mehrere
Sekundärwicklungen die andere Teile der Schaltung versorgen, das würde
ohne separaten Trafo nicht funktionieren.
Es wird einen Temperatursensor am Kühlkörper geben, ein uC zieht im
Notfall die Bremse. Nur bis der Kühlkörper warm genug ist ist der
Halbleiter eventuell schon beschädigt.
Im Normalfall liegt die Stromaufnahme der angeschlossenen Schaltung im
~100mA Bereich, sind die 2A gefordert muss der Regler im Notfall aber
dauerhaft durchhalten.
Schaltplan.png
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