nachdem ich hier auch die ein oder andere Frage während des Projekts gestellt habe, wollte ich das Ergebnis kurz zeigen. Natürlich nur für den es interessiert.
Nach diversen Labornetzteilen über die letzten Jahre, wollte ich diesmal etwas ganz einfaches, eher leistungsschwaches aber optisch ansprechendes bauen. Ganz so einfach ist es wie immer dann doch nicht geblieben aber ich denke es ist ein guter Kompromiss geworden.
Hardspecs:
2 Kanäle, 0 bis 20V, 0 bis 2A
vollständig linearer Aufbau mit temperaturgesteuertem Lüfter
ESP32 mit Platform IO Framework
DACs und ADCs alle in 16 bit
modularer Aufbau der Kanäle auf einem einzelnen Board, dazu ein Mainboard und eine kleine Platine für das Frontpanel
Das UI läuft auf einem 5 Zoll Display von Elecrow. Den Schaltplan habe ich komplett mit KiCAD entworfen, die Mechanik mit SolidWorks.
Die Frontplatte wollte ich erst aus Aluminium bestellen und die Beschriftungen gravieren lassen. Ich habe die Front- und Rückplatte dann aber einfach 3D gedruckt und mir das Frontlayout als Klebefolie bei einem Online Drucker bestellt.
Danke fürs lesen und gerne kommentieren.
Viele Grüße
Florian
Bei deinem stellt sich mir eine Frage: wie bedient man das ? Wird wohl touch sein, aber die Oberflache sieht fur mich nicht nach Bedienfläche aus. Und könnte es als Akkuladegerät mit Kapazitatsmessung oder mit PC Fernsteuerung arbeiten ?
Bei deinem stellt sich mir eine Frage: wie bedient man das ? Wird wohl
touch sein, aber die Oberflache sieht fur mich nicht nach Bedienfläche
aus. Und könnte es als Akkuladegerät mit Kapazitatsmessung oder mit PC
Fernsteuerung arbeiten ?
Ja, abgesehen vom ein und ausschalten der Kanäle nur über Touch.
Ich wollte erst noch einen Drehencoder spendieren, habe dann aber festgestellt dass Touch überraschend praktisch ist.
welcher Parameter hat der Trafo?
Auf den Bildern kann ich die typischen Komponenten zur Begrenzung des Einschaltstroms nicht finden.
Wie hast du den abgesichert?
Hast Du noch etwas zur Abwärmeminimierung eingebaut, z.B. Umschaltung der Trafosekundärspannung, oder müssen bei Dir schlimmstenfalls 2x 20V * 2A = 80W abgeführt werden?
Welche Ausgangskapazität hat ein Kanal bei Dir?
Hast Du mal das Verhalten Deiner Regelung auf Lastwechsel getestet?
Gibt es einen Trackingmodus für die Ausgangsspannung, wenn Du mal einen Verbraucher symmetrisch speisen willst?
Hier könnt ihr Projekte, Schaltungen oder Codeschnipsel vorstellen. Projekte bitte nur mit Code oder Schaltplan posten (falls ihr nur Fotos vorstellen möchtet, bitte in "Zeigt her eure Kunstwerke").
@TO:
Da ich weder Schaltpläne noch weitere Infos, die zum Nachbau sinnvoll wären, finde, wäre Dein Posting in "Zeigt her eure Kunstwerke" wohl besser aufgehoben, oder?
Naja, positiv ist schonmal das es sich an Linkshaender wendet. :)
DACs und ADCs alle in 16 bit
Ist das nur Angebermodus oder auf wieviel mV/uA genau ist die Regelung? Messungen? Schaltplan? Temperatur in deiner Dose bei maximaler Leistungsabgabe? Noise? Verhalten bei Lastsprung?
Hast Du noch etwas zur Abwärmeminimierung eingebaut, z.B. Umschaltung
der Trafosekundärspannung, oder müssen bei Dir schlimmstenfalls 2x 20V *
2A = 80W abgeführt werden?
So ist es. Keine Umschaltung der Spannungsbereiche, daher nur 2A und 20V pro Kanal. Die Kühlkörper Temperatur wird gemessen und wenn notwendig der Lüfter eingeschaltet. Geht die Temperatur danach weiter durch die Decke könnte man die Leistung reduzieren. Für mich war das bislang kein Problem, da die 40W natürlich nur bei einem sehr niederohmigen Verbrauchen anfallen würden.
Aber klar, eine Umschaltung wäre sicher technisch besser!
Naja, positiv ist schonmal das es sich an Linkshaender wendet. :)
:-D Da muss ich Dich enttäuschen. Ich nehme an Du meinst Die Buchsen auf der linken Seite?
Ich hab das länger recherchiert und in der Tat sind bei fast allen Geräten die man findet diese rechts. Allerdings sind dann auch die Bedienelemente rechts und das Display links.
Da hier aber das Display auch die Bedienung ist, fand ich es praktischer die Kabel nicht im Weg zu haben wenn man es mit der RECHTEN Hand bedient.
Beim Anstecken ist das sicher anders herum praktischer, aber das Verhältnis zwischen Stecken und Bedienen sehe ich doch deutlich bei letzterem, weshalb ich mich für diese Anordnung entschieden habe.
Hier könnt ihr Projekte, Schaltungen oder Codeschnipsel vorstellen.
Projekte bitte nur mit Code oder Schaltplan posten (falls ihr nur Fotos
vorstellen möchtet, bitte in "Zeigt her eure Kunstwerke").
@TO:
Da ich weder Schaltpläne noch weitere Infos, die zum Nachbau sinnvoll
wären, finde, wäre Dein Posting in "Zeigt her eure Kunstwerke" wohl
besser aufgehoben, oder?
Der Punkt ist berechtigt. Ich bin gerade dabei das ganze etwas zu sortieren und stelle gerne alles zur Verfügung. Ich war gestern nur ganz zufrieden den Deckel endlich auf dem Gehäuse zu haben und war nicht sicher ob es überhaupt irgendjemand interessiert. Labornetzteil Projekte gibt es ja zuhauf - daher auch verständlich wenn es niemanden interessiert.
Ist das Gerät auf den Bildern im Demomodus?
Oder warum zeigt Kanal 1 bei eingestellten 6.000V ohne was angeschlossen zu haben 6.026V und 0.007A an?
Und warum zeigt Kanal 2 0.117W an obwohl kein Strom fliesst?
Wo ist denn der Lüfter, den du angesprochen hast?
Die Kühlkörperlamellen liegen waagrecht übereinander und haben ohne Lüfter so nur suboptimale Konvektion.
Und die Rückwand biegt sich wegen des schweren Trafos durch. Da wäre Aluminium besser.
Klasse Florian,
Du hast Dein Projekt angefangen, durchgezogen, und zum erfolgreichen Ende gebracht!
Das ist schön zu sehen, das es so gelungen ist. Thumbs up!
Kleinigkeiten wie Rückwand und mehr Lüftung dann in V1.1 nachziehen .-)
Auf den Bildern kann ich die typischen Komponenten zur Begrenzung des
Einschaltstroms nicht finden.
Wie hast du den abgesichert?
Das kommt drauf an was Du unter den typischen Komponenten verstehst? Ein
Thermistor zur Begrenzung des Einschaltstroms ist jedenfalls vorhanden.
Darunter verstehe ich z.B. Leistungs-NTC und Relais oder so eine Schaltung wie von Emeko.
Ist der Trafo für den Nennstrom abgesichert oder darüber?
Leider hast Du nicht auf meine Frage zu den Leistungsdaten des Trafos geantwortet.
Peter M. schrieb:
Gibt es einen Trackingmodus für die Ausgangsspannung, wenn Du mal einen
Verbraucher symmetrisch speisen willst?
Nein, wäre aber eine reine Softwarefunktion oder wie stellst Du Dir das
vor?
Perfekt, dann kann man entweder durch Serienschaltung bis zu 40V, oder durch Parallelschaltung bis zu 4A rausholen, was in der Praxis auch völlig ausreichend ist.
M.E. sollte ein "Universallabornetzteil" auf jeden Fall eine analoge
Regelung haben. Da reichen die vom TE propagierten 2A völlig aus.
Wers besonders einfach bauen will, nimmt ein IC L200. Da hat man dann
sogar ein Stromregelung mit drin. Dein (Michael) Vorschlag würde ich
mir eher zusätzlich in die Ecke stellen, wenn man mal was "Dickeres"
wie Motore testen will.
Danke für die Kommentare. Ich habe leider unter der Woche nicht so viel Zeit, aber habe heute zumindest geschafft, die Schaltpläne als pdf hochzuladen:
Wo ist denn der Lüfter, den du angesprochen hast?
Die Kühlkörperlamellen liegen waagrecht übereinander und haben ohne
Lüfter so nur suboptimale Konvektion.
Und die Rückwand biegt sich wegen des schweren Trafos durch. Da wäre
Aluminium besser.
Stimmt beides, das ist nicht optimal, ich hab das mit einem 3d gedruckten Luftkanal gelöst. Leider habe ich keinen optimalen Kühlkörper gefunden und musste mit dem Kompromiss leben.
Aluminium wäre natürlich viel stabiler. Ich werde es nochmal mit einem massiveren 3D Druckteil versuchen.
Vielleicht als Ergänzung zum Schaltplan. Der grobe Aufbau sollte ja klar sein und ist wie folgt:
Die Software läuft auf dem ESP32 des Display Moduls. Die Verbindung zum Rest funktioniert über I2C. Alle anderen Komponenten besitzen keine Software mehr und müssen dementsprechend nicht programmiert werden.
Auf den Channel Boards ist jeweils ein DAC, ADC und GPIO Chip mit I2C Bus. Der Bus auf den Channels ist über einen I2C Isolator entkoppelt. Über einen DIP Switch können die Adressen aller I2C Chips in 2 Konfigurationen umgeschaltet werden. Darüber wird entschieden welches als Kanal 1 und Kanal 2 verwendet wird.
Auf dem Frontpanel ist nur ein GPIO Chip ohne galvanische Trennung für die Taster und LEDs.
Die Bindung an I2C schränkt die Auswahl der DACs und ADCs leider stark ein was ich als Nachteil der Architektur sehen würde. Allerdings ist es aus meiner Sicht ein großer Vorteil keine "Firmware" auf den Kanälen zu haben. Das Board würde sich dementsprechend auch ohne Probleme von jedem anderen "Master" auf Chip Ebene ohne spezifisches Protokoll ansteuern lassen.
Klasse Florian,
Du hast Dein Projekt angefangen, durchgezogen, und zum erfolgreichen
Ende gebracht!
Das ist schön zu sehen, das es so gelungen ist. Thumbs up!
Kleinigkeiten wie Rückwand und mehr Lüftung dann in V1.1 nachziehen .-)
Danke Dir! Ich drucke die Tage wie geschrieben nochmal eine verstärke Rückwand. Ganz so schlimm wie auf dem Foto ist es in der Realität nicht, da sie, wenn das Gehäuse geschlossen ist, nochmal deutlich mehr Stabilität von oben erhält.
Dass das ganze aus Aluminium besser wäre, steht aber außer Frage.
Das wären bis zu 80W bei einer Leistungsaufnahme von vermutlich 100VA oder mehr.
Bei einem Nachbauvorschlag solltest du dich um PFC kümmern, wie sie für kommerzielle Geräte dieser Leistungsklasse (>75 VA iirc) vorgeschrieben ist.
Ja, abgesehen vom ein und ausschalten der Kanäle nur über Touch.
Hallo Florian!
Das sieht sehr hübsch aus. Toll gemacht.
Würdest du noch etwas über die Bedienung über die Touchdisplays hinzu
fügen?
Mal von deiner Arbeit abgesehen, darf ich fragen was dich das alles in
allem (incl. Vorlaufentwicklungen) gekostet hat?
Hallo Frank,
Vorentwicklungen habe ich hauptsächlich virtuell mit LTSpice gemacht und die ganze Integration in CAD. Ich habe tatsächlich nur 1 Mainboard und 2 Versionen der Channel Boards gemacht, daher würde ich die Kosten für die "Entwicklung" bei unter 100€ sehen.
Für den Rest habe ich die genauen BOM Kosten, die ich auch noch bereitstellen werden. In Summe sehen die so aus:
Ich werde es nochmal mit einem
massiveren 3D Druckteil versuchen.
Wird das weich, wenn es in der Kiste heiss wird?
Was kann dann passieren?
Dass das ganze Gehäuse auf 60 Grad kommt ist eher unwahrscheinlich aber PLA wird wie Vanye schon geschrieben hat recht schnell etwas weich. Es wäre aus Stabilitätsgründen grundsätzlich besser den Trafo direkt mit dem Gehäuse zu verschrauben, statt mit der Rückwand. Das ist aber aus Platzgründen eher ungünstig und dann muss mindestens ein Loch in das Gehäuse gebohrt werden. Jetzt ist das Gehäuse so wie es geliefert wird ohne jegliche Umarbeiten.
Es gibt ein interessantes Video dazu wie durch "tempern" die Stabilität deutlich erhöht werden kann:
https://www.youtube.com/watch?v=vLrISrkg46g
Das wären bis zu 80W bei einer Leistungsaufnahme von vermutlich 100VA
oder mehr.
Bei einem Nachbauvorschlag solltest du dich um PFC kümmern, wie sie für
kommerzielle Geräte dieser Leistungsklasse (>75 VA iirc) vorgeschrieben
ist.
Wie müsste die Aussehen? Hast Du eine Referenz? Ich hatte das auch recherchiert und bin dann bei der recht rudimentären Sicherung + NTC Schaltung gelandet.
Noch ein Tip: Je ein Widerstand in Reihe zu C5 und C10 sollte das Regelverhalten noch etwas/spürbar verbessern, insbesondere bei Laständerung. LTspice müsste Dir das auch zeigen.
An den Ausgangsklemmen noch eine Kondensator und eine Diode die bei Verpolung leitet.
Über dem Leistungstransistor benötigst Du keine Diode (hast Du richtig gelöst), da ist die body diode ja bereits integriert .-)
Anlaufstrombegrenzung bei so kleinen Ringkerntrafos (unter 200VA) ist nice, aber nicht wirklich nötig.
Das hält sich tatsächlich in Grenzen. Und du hast /dein/ Netzteil.
Auch durch das Drucken der Gehäuse kann man heute schöne Sachen bauen, die dann richtig professionell aussehen.
Mich hat das früher immer abgehalten, weil ich meist nicht die Nerven habe für irgendwelche Gehäuse. Ich kann so was und ich bin Handwerker. Gerade Bleche und vor allem Aluminium kann ich, da ich Fluggerätmechaniker bin, aber das Design von professionellen Geräten, da komme ich nicht dran.
Ich weiß gar nicht mehr was es war, aber ich hatte auch etwas selbst gebaut und es sah gar nicht schlecht aus, doch wenig später sah ich ein Gerät mit ungefähr gleichen Umfang, aber das Gehäuse so um so viel besser aus und das ganze Teil hatte dann noch weniger gekostet, als meine Entwicklung.
Deshalb, ich habe großen Respekt davor, was du und andere so auf die Beine stellen, aber ich kaufe lieber, wenn es zum angemessenen Preis zu kaufen gibt.
Heute baue ich höchstens Sachen, die es so nicht gibt oder die richtig teuer sind und ich eine Menge bei sparen kann.
Aber Hut ab vor deiner Leistung!
Danke für das schöne Projekt, ich wäre auch an einem Nachbau interessiert.
Ich habe den Schaltplan nur überflogen. Was mir aufgefallen ist, dass du eine für ein Labornetzteil ungünstige Frequenzgangkompensation gewählt hast. Da ist kein Ausgangskondensator vorhanden (ich habe ihn zumindest nicht gefunden), und die Kompensation passiert über die Zeitkonstante vom Integrator. Wenn ich das richtig sehe, ist die Schleifenverstärkung bei ca. 30 kHz auf 0. Wenn du einen 1-2 mF Elko mit kleinem ESR dranhängst, oder eine Kombination von Elko und Kerko mit ca. 3 kHz Grenzfrequenz, wird die Schaltung nicht sauber regeln und im Extremfall schwingen, da die Phasendrehung gegen 180 Grad geht (Integrator + Tiefpass mit Innenwiderstand*C_Last). Der kleine 20 mOhm Stromshunt rettet die Schaltung zwar, aber durch den kleinen Shunt ist die Strommessung ungenau und verrauscht. Wenn ein Stromsprung von einem Ampere passiert, sieht der erstmal den Innenwiderstand, und erst mit einer Verzögerung regeln die Opamps die Spannung. Die klassischen Netzteile kompensieren den Frequenzgang daher mit einem internen Elko direkt am Ausgang. Der bildet einen dominatem Pol mit dem Innenwiderstand. Da macht ein zusätzlicher externer Elko keine Probleme, sondern verbessert die Stabilität. Stromsprünge fängt der Elko im ersten Moment ab, die Regelung ist damit viel entspannter. Der Mosfet IRFP150N ist glaube ich obsolet, da müsstest du einen anderen Mosfet einsetzen, oder einen besser geeigneten bipolaren Transistor. Die Hilfsspannung für die OPV der Regelschleife hängt bei dir am Vout- des Ausgangs. Wenn du die Hilfsspannung an den Mosfet hängst, hättest du ein gratis Bootstrapping, wodurch Regelfehler nochmal reduziert werden.
Danke für das schöne Projekt, ich wäre auch an einem Nachbau
interessiert.
Dann sind wir schon zu zweit .-)
Ich habe gerade mal im Handlager einen geeigneten 120VA Ringkerntrafo rausgelegt,
der Rest findet sich am Wochenende.
Kompensation und Ausgangselko habe ic hoben schon angesprochen, danke das Du nochmals die Details erläuterst.
Werde ich bei meiner Ausführung in jedem Fall einplanen.
Ich würde gerne den Ausgangselko klein halten, um die (nicht regelbare) Kurzschlusstromspitze.
47uF paralle10uF MLCC , das ganze mit 22R in Reihe, als Boucherot verschaltet wäre mein erster Wurf.
Klar können wir das simulieren. Danke für das interessante Feedback.
Guter Punkt... wieso der Ausgangscap irgendwann entfallen ist - keine Ahnung. Ich wollte ihn aufgrund ungeregelter Stromspitze zwar klein halten, aber irgendwo auf dem Weg ist er verloren gegangen. In meiner Simulation war er noch drin.
Ich bin kein LTspice Experte, daher sorry für den sicher nicht optimalen Aufbau der Simulation. Ich hab es testweise mal mit 10pF Cap und mit 10uF Cap laufen lassen.
Die Simulation schaltet einen 1 Ohm Widerstand auf den Ausgang, sodass die Regelung von der Spannungsregelung in die Stromregelung kommt.
Das kann man sicher schlauer simulieren?
Thema Mosfet:
Die Bezeichnung im Schaltplan ist nicht ganz korrekt. Ich verwende einen IRFP150NPBF. Der ist zumindest laut Digikey aktiv und ist das replacement für den IRFP150N:
Noch ein Tip: Je ein Widerstand in Reihe zu C5 und C10 sollte das
Regelverhalten noch etwas/spürbar verbessern, insbesondere bei
Laständerung. LTspice müsste Dir das auch zeigen.
An den Ausgangsklemmen noch eine Kondensator und eine Diode die bei
Verpolung leitet.
Über dem Leistungstransistor benötigst Du keine Diode (hast Du richtig
gelöst), da ist die body diode ja bereits integriert .-)
Anlaufstrombegrenzung bei so kleinen Ringkerntrafos (unter 200VA) ist
nice, aber nicht wirklich nötig.
Damit habe ich auch ein bisschen rumgespielt. Hat in der Simulation kaum Effekt gehabt. Wie würde sich der Reihenwiderstand zu C5 und C10 berechnen?
Bei einem Nachbauvorschlag solltest du dich um PFC kümmern, wie sie für
kommerzielle Geräte dieser Leistungsklasse (>75 VA iirc) vorgeschrieben
ist.
Wie müsste die Aussehen? Hast Du eine Referenz? Ich hatte das auch
recherchiert und bin dann bei der recht rudimentären Sicherung + NTC
Schaltung gelandet.
Gewöhnlich macht man das mit einem zweistufigen Schaltnetzteil, wobei die erste Stufe keine Netztrennung und keinen Siebelko hinter dem Gleichrichter hat und den eigentlichen Speicherkondensator auf gut 400V= auflädt.
Dabei wird dieser Wandler so geführt, dass der Eingangsstrom möglichst genau der Netzspannung folgt, also eine ohmsche Belastung des Stromnetzes vorliegt.
Die zweite Stufe ist dann ein Schaltnetzteil für die feste Ausgangsgleichspannung, das die 100Hz-Welligkeit der Spannung des oben erwähnten Zwischenkreiskondensators ausregelt, und dessen Trafo ausserdem für die galvanische Netztrennung sorgt.
Diese Technik wirst du aber nicht anwenden können, weil das eine komplette Änderung deiner Eingangsschaltung wäre, und weil ausserdem die Kunststoffschachtel völlig ungeeignet für ein hochfrequentes Schaltnetzteil ist. Das ergäbe einen prima Störsender.
Des weiteren sind Schaltnetzteile in Labornetzteilen verpönt, weil trotz Abschirmung selbst mit einer linearen Ausgangsstufe oft doch ein hochfrequenter Ripple auf der Ausgangsspannung verbleibt. Es ist schwierig diese Störung völlig zu vermeiden, denn sie hat mit den hochfrequenten Magnetfeldern der Wickelgüter und Leitungen zu tun, die -bei gleichem Wechselfeldanteil- viel höhere Störspannungen in benachbarten Leitungen induzieren als die 100Hz mit ein paar Oberwellen.
Evtl kannst du bei deinem jetzigen Konzept aber ohne allzu grosse Änderungen die hier https://de.wikipedia.org/wiki/Valley-Fill-Schaltung beschriebene Valley-Fill-Schaltung verwenden.
Beachte auch den dort gegebenen Link auf die verbesserte Version dieser Schaltung.
Die Eingangsstufe mit dem Brückengleichrichter ist ein Spannungsverdoppler!
Also pass auf deine Elkos auf und simuliere diese Schaltung erst einmal.
Hallo Florian,
Das Gerät sieht sehr gut und professionell aus, auch Innen.
Danke das Du die Schaltpläne veröffentlicht hast.
Mich interressierte besonders wie Du das Problem mit den
verschiedenen Potentialen gelöst hast.
Im Schaltplan des "Channel Board" ist das GNDA-Netz mit
VOUT- verbunden. Die TL072 sind mit nur +5V betrieben?
Der VMOS benötigt am Gate aber über 20V. Fehler in der
Zeichnung?
Im Schaltplan des "Channel Board" ist das GNDA-Netz mit
VOUT- verbunden. Die TL072 sind mit nur +5V betrieben?
Der VMOS benötigt am Gate aber über 20V. Fehler in der
Zeichnung?
Der TL072 Mosfet Treiber wird mit VCC betrieben. Ist trotzdem nicht optimal, da 5 Volt an Spannung verloren gehen. Der Mosfet ist völlig unnötig, und sollte durch einen NPN ersetzt werden. Die sind auch günstiger und für den Linearbetrieb gebaut. Das Runterteilen und Verstärken ist nur notwendig, weil die 5V Versorgung am Vout- hängt, anstatt am Mosfet Ausgang.
Der Mosfet ist völlig
unnötig, und sollte durch einen NPN ersetzt werden.
Der gewaltige Vorteil des FET: keine Stuerleistung.
Der Nachteil des NPN(BJT): Steuerstorm von 40mA wird benötigt (konservatives hfe21 von 50 angenommen)
Der Vorteil des NPN: Schnellere Regelung um den Faktor 2..3 (siehe Jim Williams, "designing an active load") möglich.
Dann kämen wir auf unter 50us Nachregelzeit dieses Netzteil bei Lastwechsel.
so halt a bisserl langsamer .-)
Die sind auch
günstiger und für den Linearbetrieb gebaut.
Günstig: D'accord, aber es käme eine Treiberstufe dazu. kostet auch.
Linear: Die ca. 50W Linear kann der gewältige Typ "ohne mit dem silizium zu zucken", SOA also problemlos.
Und der Preis bei 2 Stück FET: Nun, ist sicher im Hobbybereich der Mehraufwand von 2..4€ drin, oder?
habe dann aber
festgestellt dass Touch überraschend praktisch ist.
kenne ich auch aber dann wäre doch ein + und ein - auf dem Display hilfreich wo man drücken soll. (für die HG Beleuchtung oben weiß in den Ecken schlecht zu sehen)
Nochmal:
Der VMOS benötigt am Gate bei 20V am Ausgang (gegen GNDA/VOUT-) je
nach Strom 23V. Der TL074 wird aber nur mit +5V (gegen GNDA/VOUT-)
betrieben. Siehe Schaltplan. Wie kann das Funktionieren?
Zeichnungsfehler?
Gruß Peter
Hallo Florian,
Das Gerät sieht sehr gut und professionell aus, auch Innen.
Danke das Du die Schaltpläne veröffentlicht hast.
Mich interressierte besonders wie Du das Problem mit den
verschiedenen Potentialen gelöst hast.
Im Schaltplan des "Channel Board" ist das GNDA-Netz mit
VOUT- verbunden. Die TL072 sind mit nur +5V betrieben?
Der VMOS benötigt am Gate aber über 20V. Fehler in der
Zeichnung?
Gruß Peter
Hallo Peter,
nein die OPs werden alle (außer U6) mit +/- 5V betrieben. Diese werden über den DC/DC Wandler unten links erzeugt.
U6 ist der Gate Treiber wird und wird mit VCC betrieben und hat dementsprechend über 20V.
Ich denke das beantwortet auch deinen letzten Post?
Der gewaltige Vorteil des FET: keine Stuerleistung.
Der Nachteil des NPN(BJT): Steuerstorm von 40mA wird benötigt
(konservatives hfe21 von 50 angenommen)
Der Nachteil vom Mosfet in der Schaltung: 5 Volt gehen verloren, beim NPN sind es 1 Volt. Der Mosfet ist dazu nicht für den Linearbetrieb ausgelegt, und hat viel Kapazität. Auf die Regelgeschwindigkeit hat der Transistor keinen Einfluss, die wird durch den Integrator bestimmt.
Dann kämen wir auf unter 50us Nachregelzeit dieses Netzteil bei
Lastwechsel.
so halt a bisserl langsamer .-)
Die 50 us gehen nur mit einer Regelung, die am Rande vom Schwingen arbeitet.
Der Mosfet hat eine schlechte Steilheit = grosser Innenwiderstand. In der Schaltung ist keine Stromquelle, die einen halbwegs definierten Arbeitspunkt für den Mosfet einstellt. Der Innenwiderstand der Schaltung liegt damit irgendwo. Das sind keine passenden Vorraussetzungen für eine schnelle Regelung.
Bei einem Nachbauvorschlag solltest du dich um PFC kümmern, wie sie für
kommerzielle Geräte dieser Leistungsklasse (>75 VA iirc) vorgeschrieben
ist.
Wie müsste die Aussehen? Hast Du eine Referenz? Ich hatte das auch
recherchiert und bin dann bei der recht rudimentären Sicherung + NTC
Schaltung gelandet.
Gewöhnlich macht man das mit einem zweistufigen Schaltnetzteil, wobei
die erste Stufe keine Netztrennung und keinen Siebelko hinter dem
Gleichrichter hat und den eigentlichen Speicherkondensator auf gut 400V=
auflädt.
Dabei wird dieser Wandler so geführt, dass der Eingangsstrom möglichst
genau der Netzspannung folgt, also eine ohmsche Belastung des
Stromnetzes vorliegt.
...
OK klar, wenn wir von einem Schaltnetzteil sprechen bin ich bei Dir. Dann sprechen wir aber von einem anderen Netzteil. Meine Frage war, welche Eingangsschaltung Dir für dieses Netzteil vorschwebt.
Der gewaltige Vorteil des FET: keine Stuerleistung.
Der Nachteil des NPN(BJT): Steuerstorm von 40mA wird benötigt
(konservatives hfe21 von 50 angenommen)
Der Nachteil vom Mosfet in der Schaltung: 5 Volt gehen verloren, beim
NPN sind es 1 Volt.
Ja und? Das spielt hier keine Geige, weil genügend Regelreserve durch die Höhe der Rohspannung vorhanden ist.
Der Mosfet ist dazu nicht für den Linearbetrieb
ausgelegt,
Die SOA des Datenblattes sagt das er (für diese hier geforderte Leistung ) er ausreichend Reserve hat.
dieser Transistor ist KEIN Infineon Schalttransistor (da hätte Deine Ansicht korrekt gepasst).
und hat viel Kapazität.
richtig. Und deshalb wäre der NPN etwas fixer. Immer vorausgesetzt, man will die Steuerleistung nicht beliebig hoch machen.
Auf die Regelgeschwindigkeit hat der
Transistor keinen Einfluss, die wird durch den Integrator bestimmt.
Wenn Du damit Recht hättest,
dann wären die eindeutigen Messergebnisse von Jim Williams in den beiden parallel aufgebauten Schaltungen (einmal BJT, einmal FET) für die Regelgeschwindigkeit nicht so eindeutig pro BJT
Die 50 us gehen nur mit einer Regelung, die am Rande vom Schwingen
arbeitet.
Tja, schau mal in die Toellner 84xx und 87xx Serie, die zeigen Dir das es sehr wohl ohne Schwingen (oder deren Nähe) geht mit 50us und weniger.
Um mal auf das Thema hier zurückzukommen: Der FET ist hier die angenehme Wahl, um mit wenig Aufwand eine leicht zu steuerende Lineare Leistungsstufe hinzubekommen.
Und da Florian es aufgebaut hat, die Messergebnisse ihn zufriedenstellen -- ist das das doch voll OK.
Der gewaltige Vorteil des FET: keine Stuerleistung.
Der Nachteil des NPN(BJT): Steuerstorm von 40mA wird benötigt
(konservatives hfe21 von 50 angenommen)
Der Nachteil vom Mosfet in der Schaltung: 5 Volt gehen verloren, beim
NPN sind es 1 Volt.
Ja und? Das spielt hier keine Geige, weil genügend Regelreserve durch
die Höhe der Rohspannung vorhanden ist.
Das sind halt 10 Watt, die für nix verbraten werden.
Auf die Regelgeschwindigkeit hat der
Transistor keinen Einfluss, die wird durch den Integrator bestimmt.
Wenn Du damit Recht hättest,
dann wären die eindeutigen Messergebnisse von Jim Williams in den beiden
parallel aufgebauten Schaltungen (einmal BJT, einmal FET) für die
Regelgeschwindigkeit nicht so eindeutig pro BJT
Der Transistor wird nicht geschaltet, sondern geregelt. Die Zeitkonstanten kommen von der Beschaltung des Integrators.
Die 50 us gehen nur mit einer Regelung, die am Rande vom Schwingen
arbeitet.
Tja, schau mal in die Toellner 84xx und 87xx Serie, die zeigen Dir das
es sehr wohl ohne Schwingen (oder deren Nähe) geht mit 50us und weniger.
Weil ich einen Toellner 8735 da stehen habe, habe ich das Regelverhalten bei einem Lastsprung von 0 auf 1 A auf dem 7 Volt Ausgang gemessen, kein externer Elko. Der Ausgang ist auf 5 Volt eingestellt.
Siehe angehängte Bilder.
Geschaltet wird ein 10 Ohm Widerstand mit einem Mosfet und dem Signalgenerator in 1 uS.
Grün = Gate Spannung, Gelb = Drain Spannung, Rot = Ausgang Netzteil (AC gekoppelt)
Das Einschalten geht recht sauber, obwohl der Toellner den Fehler nicht 100% ausregelt (P Regler?). Das Ausschalten ist aber ziemlich bescheiden. Der Leistungstransistor macht zu und der Innenwiderstand steigt, darauf schwingt die Regelschleife über. Die ist zu aggressiv eingestellt. Gemessen habe ich übrigens 100 uF am 30 V / 1A Ausgang und 880 uF am 7 Volt / 7A Ausgang.
Um mal auf das Thema hier zurückzukommen: Der FET ist hier die angenehme
Wahl, um mit wenig Aufwand eine leicht zu steuerende Lineare
Leistungsstufe hinzubekommen.
Und da Florian es aufgebaut hat, die Messergebnisse ihn zufriedenstellen
-- ist das das doch voll OK.
Ein Mosfet funktioniert sicher auch, da gebe ich dir Recht. Die Diskussion führt aber zu weit weg.
Ein Mosfet funktioniert sicher auch, da gebe ich dir Recht.
Musst mir nicht recht geben:
Es ging nicht um das prinzipielle Funktionieren.
Sondern das es wesentlich leistungssparender anzusteuren ist.
Eben das hat Florian richtig ausgearbeitet.
Die
Diskussion führt aber zu weit weg.
Du hattest das in diese Diskussion reingebracht.
Der Nachteil vom Mosfet in der Schaltung: 5 Volt gehen verloren, beim
NPN sind es 1 Volt.
Ebenso das die 1Volt nicht zutreffen, da eine Linearstufe mind. 2 Transistoren in Darlingtion (und gerne auch pnp-npn um es noch weiter zu optimierne) benötigt,
da übliche OPV nur wenige Milliampere Strom liefern - Du kommst da nciht mit einem BJT aus.
wie schon ausgeführt: Die Auslegung von Florian ist sehr schlank, gut nachvollziehbar - und bei einem LAbornetzgerät dieser Leistung ist es wirklich schnurz, ob der Wirkungsgrad 48% oder 52% ist.
Wenn Du damit Recht hättest,
dann wären die eindeutigen Messergebnisse von Jim Williams in den beiden
parallel aufgebauten Schaltungen (einmal BJT, einmal FET) für die
Regelgeschwindigkeit nicht so eindeutig pro BJT
Der Transistor wird nicht geschaltet, sondern geregelt. Die
Zeitkonstanten kommen von der Beschaltung des Integrators.
Von Schalten sprichst nur Du. Ich war immer bei geregelt.
Da Du ganz offensichtlich da auf dem völlig falschen Pferd reitest, hier mal der Hinweis: AN104 von Jim Williams.
Er vergleicht sehr konkret GEREGELTE FET/BJT im linearen Modus.
Die Ergebnisse sind eindeutig.
Wie schon von mir oben gesagt: Mit unbegrenzter Ansteuerleistung sind BJT und FET gleichauf -- in der Realität muss man aber mit endlicher Ansteurung auskommen.
Ich denke wenn Du AN104 gelsen und durchdacht hast, verstehst Du den obigen Punkt auch. Und ja, bevor Du weitermachst: Natürlich muss der P-I-Regler (a.k.a. Integrator) unterschiedlich angepasst werden für BJT und FET.
Dass jemand, der sein Projekt hier vorstellt, es auch verteidigen muss, ist völlig klar. Aber diese Beiträge, die immer so beginnen (im übertragenen Sinne) ... "Dein Projekt ist ja ganz schön, aber da ist noch ein Zipfelchen vom Heißkleber zu sehen".
Das Teil sieht doch richtig gut aus und wenn ich hier so mit lese, dann ist das doch auch von der elektrischen/elektronischen Seite auch ganz in Ordnung.
Für mich hat das immer was von schlecht machen.
kein Problem... dass dieses Forum teils sehr kritisch ist, weiß ja jeder der hier etwas postet. Auf der anderen Seite haben hier auch wirklich viele Leute richtig Ahnung und kommen mit sehr guten konstruktiven Verbesserungen.
Thema FET/BJT: Ich hatte mit beidem rumgespielt und glaube, dass es auf die Performance der gesamten Regelung nicht den entscheidenden Effekt hat. Für mich hat pro FET gesprochen, dass sich die Regelung nicht um den Steuerstrom kümmern muss und statt dessen die Ansteuerung über einen Gate Treiber, der nur ein weiterer OP ist, super einfach umzusetzen ist. Es gibt dadurch auch praktisch kein Abhängigkeit zwischen dem Strom auf der Leistungsseite, also dem Ausgang des Netzteils, und der Regelung bis zum Gate des FET. Hier ist alles nur Spannungsabhängig bei praktisch keinem Strom und damit keiner Leistung.
Für mich hat pro FET gesprochen, dass sich die Regelung nicht um
den Steuerstrom kümmern muss und statt dessen die Ansteuerung über einen
Gate Treiber, der nur ein weiterer OP ist, super einfach umzusetzen ist.
Es gibt dadurch auch praktisch kein Abhängigkeit zwischen dem Strom auf
der Leistungsseite, also dem Ausgang des Netzteils, und der Regelung bis
zum Gate des FET.
Alles richtig gemacht Florian, habe ich Dir ja oben schon bestätigt.
Was Du für V1.2 gerne mal durchspielen kannst: Den Bezugspunkt der analogen Regler auf die positive Ausgangsklemme beziehen.
Du wirst sehen, das dies einiges vereinfacht in Ansteuerung und Auslegung.
Wie gesagt, rein als Anregung - -in jedem Fall danke für Dein Projekt Vorstellung.
Bin mir sicher, das es den einen oder anderen im Forum anregt, es auch zu bauen.
den Vorschlag hatte ich oben schon gelesen und versucht zu verstehen. Was meinst Du mit "Bezugspunkt"? Pin 3+(5) and U4 und U5 oder meinst Du V+ der OPs?
kein Problem... dass dieses Forum teils sehr kritisch ist, weiß ja jeder
der hier etwas postet. Auf der anderen Seite haben hier auch wirklich
viele Leute richtig Ahnung und kommen mit sehr guten konstruktiven
Verbesserungen.
Guten Morgen
Dein Projekt finde ich super, über das eine oder andere Detail kann man diskutieren - sonst wäre es ja langweilig. Ich bin auch nicht allwissend, und lerne immer wieder dazu.
Thema FET/BJT: Ich hatte mit beidem rumgespielt und glaube, dass es auf
die Performance der gesamten Regelung nicht den entscheidenden Effekt
hat. Für mich hat pro FET gesprochen, dass sich die Regelung nicht um
den Steuerstrom kümmern muss und statt dessen die Ansteuerung über einen
Gate Treiber, der nur ein weiterer OP ist, super einfach umzusetzen ist.
Das sehe ich genauso, FET oder NPN ist für die Regelung nicht entscheidend. Der FET braucht aber mehr Gate Spannung, hat einen hohen dynamischen Innenwiderstand (geringe Steilheit), viel störende Kapazität (Netzstörungen koppeln durch die Kapazität auf den Ausgang durch), ist langsam wenn er mit einem schwachen OPV Ausgang angesteuert wird, und FETs die für den Linearbetrieb spezifiziert sind, kannst du an einer Hand abzählen.
Aber auch dein Schaltungsprinzip hat Vorteile (sehr viel einfacher zu durchschauen und keine Probleme mit Bootstrapping), es wird etwa in HP Labor Netzgeräten mit sehr schneller Regelung eingesetzt. Es gibt keinen Grund, deine Schaltung zu ändern, wenn sie gut funktioniert.
magst Du Deine Spice-Simulationen auch ins Repo packen? Würde mich mal jucken ein bisschen damit zu spielen. So ein Projekt würde mich auch mal reizen, vermutlich mit ein bisschen anderen Leistungsdaten, aber wenn man schon mal eine Grundlage hat, ist vieles leichter :)
ich bin wirklich begeistert vom aufgeräumten Aufbau Deines Netzteils! Daumen hoch. Dein Schaltungskonzept und auch das modulare Konzept an sich gefällt mir auch. An den LTSpice Simulationsfiles hätte ich auch Interesse. Ist die Software Closed Source oder möchtest Du die auch veröffentlichen?
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