Schaltnetzteil umbauen: Ausgangsspannung steuerbar machen

[Christoph K. (kobelix)]

Guten Tag,

ich möchte ein vorhandenes Festspannungs-Schaltnetzteil (18 V) so 
umbauen, dass ich über einen Steuereingang die Ausgangsspannung 
variieren kann.

In etwa so wie hier beschrieben:
https://www.elektroniknet.de/automotive/spannung-dynamisch-variieren.146024.html

Bisher habe ich mit Schaltnetzteilen wenig bis keine Erfahrung, daher 
versuche ich im Moment erstmal, die Funktion von SNT und die Regelung 
der Ausgangsspannung zu verstehen.

Ich habe hier ein Bastel-SNT mit Ausgangsspannung von 18 V nominal; im 
Leerlauf gemessen habe ich 17,5 V.

Ich würde es gern umbauen (erstmal um das Prinzip zu testen), so dass 
ich die Ausgangsspannung zwischen 15-21 V steuern kann, alternativ von 
15 V bis 18 V.

Anwendung ist ein Linearregler hinter dem Schaltnetzteil, dessen 
Verluste ich minimieren möchte. Die Ausgangsspannung des Linearreglers 
ändert sich nur sehr langsam (max. 1 V/s). Ich würde dann eine 
Regelschaltung bauen, die den Ausgang des SNT auf etwa 1-2 V oberhalb 
der Ausgangsspannung des Linearreglers legt (den exakten Anwendungszweck 
möchte ich hier nicht offenbaren).

Das ganze soll nix kosten, Bauteile sind vorhanden, Geld nicht. Teure 
Labornetzteile mit Steuereingang kaufen ist also keine Option.
Falls es sowas schon in anderer Form gibt, bin ich für Hinweise dankbar.

Das vorliegende Netzteil nutzt einen FA13842 (Current mode) mit fester 
Frequenz.
https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/61387/FUJI/FA13842.html
Interessant bzw. hilfreich scheinen Seite 11 und 13.

Ich würde gern erstmal verstehen, wie die Ausgangsspannung festgelegt 
bzw. stabilisiert wird.

Über der Diode D32 (Bild 2, links unten) liegen 16,1 Volt. Hat das mit 
der Spannungsregelung zu tun oder ist das eine Schutzschaltung?

Pin 2 des FA13842 liegt auf Masse. Insofern gehe ich davon aus, dass die 
Rückkopplung grob wie auf Seite 13 des Datenblattes in Abbildung 18 
funktioniert.

Was könnte bzw. müsste ich tun, um im ersten Schritt eine andere 
Ausgangsspannung zu erzeugen, z. B. 15 Volt?

Ich kann bei Gelegenheit einen Schaltplan zeichnen, das ist bestimmt 
hilfreich. Vielleicht kann mir auch schon jemand ja mit den vorhandenen 
Infos weiterhelfen.

Danke und Gruß aus Hamburg,
Christoph

[Klaus R. (klara)]

Christoph K. schrieb:
> Ich kann bei Gelegenheit einen Schaltplan zeichnen, das ist bestimmt
> hilfreich.

Das wäre wohl die Voraussetzung.
mfg Klaus

[Gunnar F. (gufi36)]

meistens findest du vor dem Optokoppler auf der Sekundärseite eine 
Spannungsreferenz, z.B. TL431. Davor ein Spsnnungsteiler. Den kannst du 
(in Grenzen) einstellbar machen. Achte auf die maximale Spannung der 
Elkos!

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Gunnar F. schrieb:
> meistens findest du vor dem Optokoppler auf der Sekundärseite eine
> Spannungsreferenz, z.B. TL431. Davor ein Spsnnungsteiler.

Ja. Hier allerdings nicht.


Christoph K. schrieb:
> Über der Diode D32 (Bild 2, links unten) liegen 16,1 Volt.
> Hat das mit der Spannungsregelung zu tun ... ?

So sieht es aus. Auf der ersten Blick ist die Ausgangsspannung gleich 
der Summe der Spannung an der Z-Diode(!) D32 und der Flußspannung der 
LED im Optokoppler. Vermutlich ist noch der eine oder andere Widerstand 
im Stromkreis, so daß der Spannungabfall über diesem noch dazu kommt.

 Alles in allem keine hochwertige Stabilisierung der Ausgangsspannung. 
Vermutlich aber auch nicht nötig. Wahrscheinlich wird das Gerät, für das 
das Netzteil gedacht war, eine eigene Stabilisierung haben.

Nimm wenigstens den Stromlaufplan der Sekundärseite mal auf. Danach kann 
man genaueres sagen.

[Christoph K. (kobelix)]

Axel S. schrieb:

> So sieht es aus. Auf der ersten Blick ist die Ausgangsspannung gleich
> der Summe der Spannung an der Z-Diode(!) D32 und der Flußspannung der
> LED im Optokoppler.

Über der LED liegen 1,06 V ...

> Vermutlich ist noch der eine oder andere Widerstand
> im Stromkreis, so daß der Spannungabfall über diesem noch dazu kommt.

... also bleiben noch ca. 0,35 V für den Widerstand. Messe ich nachher 
mal durch.

> Nimm wenigstens den Stromlaufplan der Sekundärseite mal auf. Danach kann
> man genaueres sagen.

Kommt heute Nachmittag / Abend.

Danke erstmal!

[MaWin (Gast)]

Christoph K. schrieb:
> Was könnte bzw. müsste ich tun, um im ersten Schritt eine andere
> Ausgangsspannung zu erzeugen, z. B. 15 Volt?

So eine geringe Abweichung bekommst dü über Änderung des feedback 
Spannungsteilers zum TL431 hin.

Aber jede darüber (+/-10%) hinaus gehende Abweichung wird nichts mehr, 
denn der Trafo produziert auch die Versorgungsspannung für den 3842, und 
der hat eine Spannungsüberwachung.

So was wie '0V' kannst du völlig vergessen, das reicht weder für den 
3842 noch den TL431.

Steigert man die Ausgangsspannung, wird auch bei gleichem Trafo die 
reflektierte Spannung am Schalttransistor höher, erst sinkt die 
Robustheit gegen Überspannung am Eingang, dann platzt der 
Schalttransistor schon in Betrieb.

Die Schaltung ist für eine variable Ausgangsspannung nicht geeignet, nur 
eine ein bischen veränderbare (siehe Trimmpoti an 
meanwell-Schaltnetzteilen).

Regelbare Netzteile verwenden eher den TL494 und ein 
Hilfsspannungsnetzteil, um auch bei 0V noch Spannung für die 
Regelschaltung zu bekommen. Auch ist dann der Überstromschutz anders 
gelöst als beim 3842.

Und bevor man am 3842 so weit dreht, wie es die Bauteile noch abkönnen, 
wird die Regelung schon schlechter, weil das Kompensationsnetzwerk nicht 
mehr zur Schleifenverstärkung passt.

Was du lernen könntest ist, wie man den Trafo neu wickelt, um andere 
feste Ausgangsspannungen zu bekommen, oder mehrere.

[MaWin (Gast)]

MaWin schrieb:
> So eine geringe Abweichung bekommst dü über Änderung des feedback
> Spannungsteilers zum TL431 hin.

Hmm  blöd, ich sehe keinen TL431, das Netzteil ist wohl so billig, dass 
vor dem Optokoppler nur eine Z-Diode D32 sitzt, daher auch die grosse 
Abweichung von der Nennspannung. Also andere Z-Diode wählen.

[H. H. (Gast)]

MaWin schrieb:
> Hmm  blöd, ich sehe keinen TL431, das Netzteil ist wohl so billig, dass
> vor dem Optokoppler nur eine Z-Diode D32 sitzt, daher auch die grosse
> Abweichung von der Nennspannung. Also andere Z-Diode wählen.

ACK. Oder auf TL431 umbauen.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Immerhin ist das ein Widerange Netzteil, so das ein bisschen Luft nach 
oben ist.
Ich stimme auch für einen Umbau auf TL431, das ist genauer und auch 
besser steuerbar. Hier habe ich mal sowas ähnliches gemacht:
Beitrag "Re: Quick&dirty - schnelle Problemlösungen selbst gebaut"

Wichtig ist ein Limit für die maximale Spannung, sonst dreht die 
Regelung durch und verspeist den 3842.

[H. H. (Gast)]

Matthias S. schrieb:
> Wichtig ist ein Limit für die maximale Spannung, sonst dreht die
> Regelung durch und verspeist den 3842.

Zu wenig ist auch nichts, dann wird der MOSFET nicht mehr ordentlich 
angesteuert.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

H. H. schrieb:
> Zu wenig ist auch nichts, dann wird der MOSFET nicht mehr ordentlich
> angesteuert.

Das 28V NT aus dem o.a. Beitrag läuft immerhin bis auf 5V runter stabil. 
Aber so weit runter will der TE ja gar nicht.

[H. H. (Gast)]

Matthias S. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Zu wenig ist auch nichts, dann wird der MOSFET nicht mehr ordentlich
>> angesteuert.
>
> Das 28V NT aus dem o.a. Beitrag läuft immerhin bis auf 5V runter stabil.

Wird kein einfacher Sperrwandler sein, sondern hat ein Standby-NT, das 
dann den Regler des Haupt-NT versorgt.

[Pietro Pizzi (Gast)]

MaWin schrieb:
> Die Schaltung ist für eine variable Ausgangsspannung nicht geeignet

Zumindest schlecht, die genauen Grenzen sind schwer einschätzbar.

Falls Du Teile hast: Auch Schaltwandler-Controller, Speicherdrosseln
und natürlich Mosfets + div. Hühnerfutter? Damit könntest Du einen
DC-DC zum nachschalten bauen.

Je nach sonstigen Möglichkeiten (notwendiges Equipment) natürlich.
Was hättest Du alles für Meßgeräte?

"Rentabel" ist solch ein Anbau (vgl. mit "nur Umbau") zwar kritisch
betrachtet kaum, aber mit steigender Belastbarkeit des speisenden
Netzteiles würde es zumindest "rentabl-ER".

Christoph K. schrieb:
> Anwendung ist ein Linearregler hinter dem Schaltnetzteil, dessen
> Verluste ich minimieren möchte. Die Ausgangsspannung des Linearreglers
> ändert sich nur sehr langsam (max. 1 V/s). Ich würde dann eine
> Regelschaltung bauen, die den Ausgang des SNT auf etwa 1-2 V oberhalb
> der Ausgangsspannung des Linearreglers legt (den exakten Anwendungszweck
> möchte ich hier nicht offenbaren).

Da Du die Last nicht nennen willst, solltest Du sie weitestmöglich 
elektrisch charakterisieren.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

H. H. schrieb:
>> Das 28V NT aus dem o.a. Beitrag läuft immerhin bis auf 5V runter stabil.
>
> Wird kein einfacher Sperrwandler sein, sondern hat ein Standby-NT, das
> dann den Regler des Haupt-NT versorgt.

Das SNT aus meinem Beitrag im Q&D Thread ist ein hundsgewöhnliches 
Netzteil aus einem Drucker ohne Standby, sieht man ja auch auf den 
Bildern. Ich müsste es öffnen, um den SMPS Controller zu identifizieren, 
aber das ist auch sowas wie ein 3842. Funktioniert übrigens seit 
mittlerweile 5 Jahren.

[Christoph K. (kobelix)]

Hier der Schaltplan.

Ich glaub ich hab's begriffen: An der Z-Diode wird die Spannung auf 16,1 
Volt stabil gehalten. Steigt die Augangsspannung an, so steigt der Strom 
über die LED im Optokoppler und zieht auf der Primärseite den Pin1 
(COMP) des FA13842 in Richtung Masse. Wenn COMP auf Masse gezogen wird, 
macht der Schaltregler Pause und damit steigt die Spannung nicht weiter 
(nachvollziehbar auf Seite 8 im Datenblatt).

Eine weitere Beobachtung / Überlegung:

An Pin 7 (VCC) liegen 14,1 V.
Die zulässige Minimalspannung beträgt typisch 9 V, maximal 10 V.
Maximalspannung für VCC ist 28 V.

Damit sind schon mal Grenzen für die Ausgangsspannung festgelegt:
Ca. 12,5 V ... 35 V.

Vermutlich gibt es noch andere Gründe, warum ich nicht versuchen sollte, 
aus dem Netzteil 35 V rauszuholen ;-)

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Christoph K. schrieb:
> Hier der Schaltplan.
>
> Ich glaub ich hab's begriffen: An der Z-Diode wird die Spannung auf 16,1
> Volt stabil gehalten. Steigt die Augangsspannung an, so steigt der Strom
> über die LED im Optokoppler und zieht auf der Primärseite den Pin1
> (COMP) des FA13842 in Richtung Masse.

So ist es. Du könntest jetzt die Z-Diode D1 durch einen TL431 ersetzen, 
z.B. U3 im Netzteil hier:

Beitrag "standard Schaltnetzteile startet nicht - finde den Fehler nicht."

dann kannst du durch Variation des Spannungteilers (R4 + R5) : R6 die 
Ausgangsspannung beeinflussen. Nominal fallen 2.5V an R6 ab. Du kannst 
die Spannung auch durch Einspeisen eines "Korrektur"stroms steuern.

[Christoph K. (kobelix)]

Danke.

So "ähnlich" habe ich es gemacht ;-)

Zener-Diode von 16,1 auf ca. 11 V getauscht (2x 5,6 in Reihe). Dann 
einen Widerstand zur Masse, mit dem ich die Spannung Masseseitig (an der 
Z-Diode) anheben kann.

Dann noch einen LM358 als Folger (anderer OP in LTSpice wg. 
Bequemlichkeit) und an dem ist der Eingang für die Steuerspannung.

Bei einer Steuerspannung von 0,6 - 6,5 V (mit Poti) komme ich auf eine 
Ausgangsspannung von 15,3 V bis ca. 19 V. Es gehen 2,2 V über dem 
Widerstand R1 flöten, daran habe ich nicht gedacht.

Aber genial :-)
Mal eben ein Schaltnetzteil auf variable, steuerbare Ausgangsspannung 
umgebaut.

Habe grad noch keine Idee, was ich da als Last dranhängen kann ...