Spannungsregelung mit Variac und Längstransistor

[Mike H. (mike_h865)]

Hallo,

ich will mein Wechselspannungsnetzteil (0-42) mit Variac auch als 
variable DC Spannungsquelle nutzen. Ich habe einen Brückengleichrichter 
und ELko verbaut und wollte jetzt einen Transistor als Längsregler 
einsetzten.Die Idee war das ich mit einer 10 Zener Diode und OPAMP die 
Eingangspannung immer um 10 V runtersetzte damit ich nicht so viel 
Leistung verbrate.
Im Leerlauf funktioniert die Schaltung aber unter Last fällt die 10 V 
Zenerspannung auf 4 Volt runter. Kann die Schaltung so funktionieren 
oder hab ich da einen Denkfehler?

[Mathias H. (mathias)]

Hier gibt es Infos:
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0204131.htm

[Holger R. (holgerr)]

Mathias H. schrieb:
> Hier gibt es Infos:
> https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0204131.htm

Tausche mal D1 und R3.
Und ein paar mehr Schutzwiderstände und Konti wären auch nicht schlecht.
Willst Du die Ausgangsspannung auf 10 Volt regeln oder die 
Ausgangsspannung um 10 Volt gegenüber der Eingangsspannung reduzieren, 
was aber keinen Sinn macht.

Außerdem heißt es nicht ich "will" sondern ich "möchte".

HolgerR

[Mike H. (mike_h865)]

Nein wenn ich d1 mit r3 tausche habe ich ja immer die Zenerspannung am 
Ausgang.Ich möchte die Eingangspannung mit dem Variac grob vorregeln. 
Dannach kommt die Schaltung die mir die Spannung sauber glättet ohne 
Rippel unter Last.So die Idee.

[Wolf17 (wolf17)]

Der OP ist für 60V tauglich?

Welcher Strom wird denn gewünscht, 1A? Bei Reichelt kostet eine 3,3V 5W 
Zenerdiode 23ct. Drei in Reihe in die Ausgangsleitung erledigen die 
Aufgabe, wenn die Montageplatine genug Kupferfläche zur Kühlung hat.

[Klaus R. (klara)]

Mike H. schrieb:
> Im Leerlauf funktioniert die Schaltung aber unter Last fällt die 10 V
> Zenerspannung auf 4 Volt runter. Kann die Schaltung so funktionieren
> oder hab ich da einen Denkfehler?

Was sagt denn LTspice dazu? Stell doch mal die ASC - Datei hier ein.

> Die Idee war das ich mit einer 10 Zener Diode und OPAMP die
> Eingangspannung immer um 10 V runtersetzte damit ich nicht so viel
> Leistung verbrate.

Du hast doch ein Variac. Damit regelst Du doch schon die 
Ausgangsspannung.
mfg Klaus

[Hans W. (hanswieland)]

Mike H. schrieb:
> Dannach kommt die Schaltung die mir die Spannung sauber glättet ohne
> Rippel unter Last

Dann mache dir mal Gedanken darüber, das "geglättet" bedeutet.

Für mich bedeutet es, dass schnelle Änderungen entfernt werden, damit 
die Ausgangsspannung nur noch langsam der veränderten Eingangsspannung 
folgt. Also ein Filter, bei dem Zeit eine Rolle spielt.

Ich sehe in deiner Schaltung nichts dergleichen. Da müsste ja mindestens 
eine Spule oder ein Kondensator beteiligt sein.

[Enrico E. (pussy_brauser)]

Wolf17 schrieb:
> Der OP ist für 60V tauglich?

Falls nicht, dann könnte man noch eine Transistorstufe dazwischen 
schalten und den OP mit ungefährlichen 12V versorgen.

Mike H. schrieb:
> Ich möchte die Eingangspannung mit dem Variac grob vorregeln.

Es ist einfacher aus der 12 Volt Versorgungsspannung mit einem Poti noch 
eine 0 bis 10 Volt regelbare Spannung zu generieren, um damit den 
Operationsverstärker stufenlos anzusteuern.

[Lu (oszi45)]

Mike H. schrieb:
> Wechselspannungsnetzteil (0-42)

Denkfehler ist schon, dass der Strom nicht begrenzt wird wie bei einem 
ordentlichen Labornetzteil und dass ein durchlegierter Längstransistor 
die VOLLE Spannung nach hinten durchleiten wird. Diese einfache 
Schaltung stammt aus dem letzten Jahrtausend. Beschaffe Dir lieber ein 
Labornetzteil.

[Armin X. (werweiswas)]

Lu schrieb:
> Beschaffe Dir lieber ein
> Labornetzteil.

Falsche Antwort!
Wie wäre es mit einem "nützlichen" Hinweis in Form einer Verbesserung 
zur angedachten Schaltung?
Oder ein Vorschlag zur Umsetzung deines Gedankens auf dem man aufbauen 
kann.

[H. H. (hhinz)]

Ob dem TE ein einfacher Kapazitätsvervielfacher ausreichen würde?

[Mike H. (mike_h865)]

Tja das der LM358 nur 40 V Rail to Rail kann hab ich ganz übersehen. Der 
hat sich nämlich gerade in Rauch aufgelöst.

Danke  Enrico E. für die Schaltskizze schaut viel versprechend aus.Aus 
den 60 V eine saubere Hilfspannung für den OPAMP zu machen ist 
sinvoll.Meine Schaltung hat ja grunsätzlich bis 40 Volt funktioniert 
aber die Spannung war nicht stabil wenn ich sie unter Last betrieben 
haben bzw. auch Netzschwankungen waren sichtbar.Natürlich im nachhinein 
klar weil ich mich immer auf die Eingangspannung bezogen habe. Wenn ich 
so wie in deiner Schaltung auf die Hilfspannung referenziere dann sollte 
die Regelung auch unter Last oder sonstigen Schwankungen am Eingang 
sauber sein.

Was genau macht der PNP in der Schaltung?

[Wolf17 (wolf17)]

Mike H. schrieb:
> die Eingangspannung immer um 10 V runtersetzte damit ich nicht so viel
> Leistung verbrate.
Was ist denn jetzt gewünscht? Eine Schaltung, die eine DC 
Eingangsspannung immer um 10V reduziert, oder doch eine 
Netzteilschaltung, die am Ausgang auf x? bis y? Volt einstellbar ist? 
Welcher Ausgangsstrom ist gewünscht?

[Mike H. (mike_h865)]

Am Schluss möchte ich gerne eine Netgerät haben das 2A und von 5 bis 50 
V regelbar ist. Ein linear geregeltes Netzteil das auch bei einer 
kleineren Auspangspannung immer noch effizent funktioniert und nicht die 
ganze Leistung wegheizen muss. Darum eben der Variac damit ich immer nur 
eine definierte Spannungsdifferenz zwischen Ausgang ein Eingang 
verbraten muss. Das wäre eben effizient und ich würde keine Lüfter oder 
einen riesiegen Kühlkörper brauchen.

Das mit den 10V war nur als Test da ich gerade eine 10 V Zenerdiode 
rumliegen hatte.

[Wolf17 (wolf17)]

Out 50V mit 42AC werden knapp. Reicht auch 40VDC?
(Einfach die 42AC gleichrichten, Siebelko, 2A Widerstandslast, dann mit 
Oszi messen: wie ist das Rippleminimum? Davon mindestens 3V für Regelung 
und 10% für Netzunterspannung abziehen ergibt die maximal mögliche 
Ausgangsspannung)
Bei maximaler Ausgangsspannung hilft ein Stelltrafo am Eingang bei einem 
(auch auf 2A begrenzten) Kurzschluss am Ausgang nicht gegen 
Verlustleistungsüberlastung.

Warum muss es ein lineares Netzteil sein?

[Mike H. (mike_h865)]

Wolf17 schrieb:
> Warum muss es ein lineares Netzteil sein?

Ich hab die Teile im Kasten rumliegen daher Idee.

[Klaus R. (klara)]

Mike H. schrieb:
> Dannach kommt die Schaltung die mir die Spannung sauber glättet ohne
> Rippel unter Last.So die Idee.

H. H. schrieb:
> Ob dem TE ein einfacher Kapazitätsvervielfacher ausreichen würde?
Das war mein Stichwort, das ich brauchte!

Jetzt verstehe ich was Du wirklich haben möchtest.

Es heißt: elektronische Siebung.

https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/lnpowsup.htm

Im Link geht es eigentlich nur um eine elektronische Brummsiebung, die 
Dir 50 Hz oder 100 Hz und deren Oberwellen dämpft. Siehe hier Bild 7.
Bild 5 macht es mit 2 Transistoren.

Für hohe Dämpfungswerte sollte der Transistor eine möglichst hohe 
Stromverstärkung haben. Die Siebung arbeitet nicht mit 
Spannungsverstärkung, sondern mit Stromverstärkung. Deswegen können 
MOSFETs nicht eingesetzt werden.

In Bild 5, mit 2 Transistoren, beträgt  Uce 2,0 V unter Last. Dieses 
Neztzteil soll bis zu 3 A liefern können. Das heißt, es sind bis zu 6 W 
Wärme abzuführen. In dieser Schaltung wird im positiven Teil mit R1 und 
C5 die Grenzfrequenz des Filters festgelegt.

Du kannst die Funktionsweise sehr gut mit LTspice testen und Dir auch 
einen passenden Transistor auswählen.
mfg Klaus

[Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)]

von Mike H. schrieb:
>Darum eben der Variac damit ich immer nur
>eine definierte Spannungsdifferenz zwischen Ausgang ein Eingang
>verbraten muss. Das wäre eben effizient und ich würde keine Lüfter oder
>einen riesiegen Kühlkörper brauchen.

Es soll also ein Vorregler werde. Wie du aber mit einen
linearen Vorregler denkst, bring es aber nichts, da erzeugt
der Vorregler die ganze Wärme, hast also nichts gewonnen.
Früher hat man sich dazu auch Gedanken gemacht, da hat man
den Vorregler mit Thyristoren und Phasenschnittsteuerung gemacht.

Beitrag "Thyristor-Vorregelung"

[Wolf17 (wolf17)]

Mike H. schrieb:
>> Warum muss es ein lineares Netzteil sein?
> Ich hab die Teile im Kasten rumliegen daher Idee.
Welche Teile? Gehäuse, Anzeigen, Leistungstransistoren, Kühlkörper für 
über 100W ggf Lüfter, Platinen, Layoutprogramm, Ätzeinrichtung, viel 
Zeit, Erfahrung, Frusttoleranz?

Wenn zumindest der Stelltrafo 0-42V 2A mit Netztrennung vorhanden ist, 
empfehle ich ein Netzteilmodul mit DC-In der 20€ Klasse:
https://de.aliexpress.com/item/1005007759426455.html

[Mike H. (mike_h865)]

Enrico E. schrieb:
> Es ist einfacher aus der 12 Volt Versorgungsspannung mit einem Poti noch
> eine 0 bis 10 Volt regelbare Spannung zu generieren, um damit den
> Operationsverstärker stufenlos anzusteuern.

Hallo,

danke für deinen Input. In der Simulation funktioniert die Schaltung 
top, aber ab Breadboard kann ich die Ausgangsspannung nur immer von 0 
bis nicht ganz 11 Volt regeln. Hast du da noch eine Idee was ich falsch 
gemacht haben könnte.

Danke Vorab

Lg

[Enrico E. (pussy_brauser)]

Mike H. schrieb:
> aber ab Breadboard kann ich die Ausgangsspannung nur immer von 0 bis
> nicht ganz 11 Volt regeln.

Du hast R5 und Q2 nicht an 60 Volt angeschlossen, sondern versehentlich 
an 12 Volt.

Mit dem zweiten noch unbenutzten Operationsverstärker vom LM358 kannst 
du noch eine 2 Ampere Strombegrenzung in die Low-Side einfügen.

[Mike H. (mike_h865)]

Enrico E. schrieb:
> Du hast R5 und Q2 nicht an 60 Volt angeschlossen, sondern versehentlich
> an 12 Volt.

Nein, ich hab nachgeschaut ich habe dort die 60 V oder was ich gerade 
eben eingestellt habe über den Variac.Ich messe an der Basis vom Q3 auch 
immer nur die 10 V.

[Mike H. (mike_h865)]

Funktioniert, hab den Fehler gefunden.Ja das mit der Strombegrenzug 
werde ich als nächstes umsetzen.


Danke

[Enrico E. (pussy_brauser)]

Mike H. schrieb:
> Ja das mit der Strombegrenzug werde ich als nächstes umsetzen.

Mit dem 10k Poti P1 kannst du die Ausgangsspannung einstellen und mit 
dem 2k Spindeltrimmer P2 den Strom. Die LED leuchtet als optische 
Kontrolle abrupt auf, sobald die Stromgrenze von 2 Ampere erreicht ist.

Wichtig ist, dass die 12 Volt stabil sind z.B. von einem 7812 
Festspannungsregler.

[Klaus R. (klara)]

Enrico E. schrieb:
> Mike H. schrieb:
>> Ja das mit der Strombegrenzug werde ich als nächstes umsetzen.
>
> Mit dem 10k Poti P1 kannst du die Ausgangsspannung einstellen und mit
> dem 2k Spindeltrimmer P2 den Strom. Die LED leuchtet als optische
> Kontrolle abrupt auf, sobald die Stromgrenze von 2 Ampere erreicht ist.
>
> Wichtig ist, dass die 12 Volt stabil sind z.B. von einem 7812
> Festspannungsregler.

Damit hast Du dann eine gute Heizung.

Aber Du regelst doch schon die Wechselpannung. Und dann köntest Du die 
elektronische Siebung für sauberen Gleichstrom einsetzen.
mfg Klaus

[Enrico E. (pussy_brauser)]

Klaus R. schrieb:
> Damit hast Du dann eine gute Heizung.
> mfg Klaus

Nicht unbedingt, er will ja schließlich je nach eingestellter 
Ausgangsspannung, die Eingangsspannung so weit runter drehen, dass die 
Dropspannung an Q3 möglichst gering bleibt.

Das ist ja gerade der ultimative Trick.

[Klaus R. (klara)]

Enrico E. schrieb:
> Das ist ja gerade der ultimative Trick.

Das ist doppelt gemoppelt. Oder kommt es auf mV an?
mfg Klaus

[Enrico E. (pussy_brauser)]

Klaus R. schrieb:
> Das ist doppelt gemoppelt.

Er kann es auch so machen, wie du bereits weiter oben schon selber 
vorgeschlagen hast. Dann spart man sich komplett den ganzen 
Operationsverstärkerkram und hat einfach nur ein aktives Brummfilter, 
aber mit 2A Strombegrenzung.

[Andrew T. (marsufant)]

Klaus R. schrieb:
> Enrico E. schrieb:
>> Das ist ja gerade der ultimative Trick.
>
> Das ist doppelt gemoppelt. Oder kommt es auf mV an?
> mfg Klaus

Nicht das Millivolt, aber schon würden dem TE wohl wenige Volt reichen 
(4A Strom einfach mal als fiktive Rechengrundlage:
ohne Variac:
30V Differenz am Q3 @ 4A: 120W P_v
Passend justierter Variac:
4V diffrenz am Q4 @ 4A: 16W P_v

Der Mehraufwand ist halt das an 2 Stellen justiert werdne muss.

Bekannt ist das Thema Verlustreduzierung ja durch  die (automatische) 
Realisumschaltung in vielen einfachen LAbornetzgeräten, ist halt dort 
grobstufiger auf 2..4 Stufen gebaut um den Aufwand überschaubar zu 
halten.

[Mike H. (mike_h865)]

Andrew T. schrieb:
> Der Mehraufwand ist halt das an 2 Stellen justiert werdne muss.

Also wenn die Schaltung eine Strombegrenzung hat und alles halbwegs 
funktioniert könnte man versuchen mit einem Mikrocontroller die 
eingestellte Spannung am Variac zu messen. Von dieser Spannung würde ich 
digital die ganzen Netzschwankungen und Rippelzeug abziehen und diesen 
Spannungswert dem dem OpV wieder analog bereitstellen.So könnte ich das 
Netzteil nur mit einmal drehen einstellen.Das könnte vieleicht 
funktionieren.

[Christian S. (roehrenvorheizer)]

Mike H. schrieb:
> Meine Schaltung hat ja grunsätzlich bis 40 Volt funktioniert
> aber die Spannung war nicht stabil wenn ich sie unter Last betrieben
> haben bzw. auch Netzschwankungen waren sichtbar.Natürlich im nachhinein
> klar weil ich mich immer auf die Eingangspannung bezogen habe.

Mike H. schrieb:
> Die Idee war das ich mit einer 10 Zener Diode und OPAMP die
> Eingangspannung immer um 10 V runtersetzte damit ich nicht so viel
> Leistung verbrate.

Also genau dies hat die aufgebaute Schaltung auch gemacht. Bei Belastung 
sinkt die Spannung am Siebelko, also wird um 10 Volt subtrahiert die 
Spannung am Ausgang erscheinen, den Brumm gibt's mit dazu, weil vor dem 
Eingang des OPV keinerlei Tiefpassfilterung verbaut war.

Gegen den Brumm hätte ein Tiefpassfilter geholfen, gegen das Abfallen 
der verminderten Spannung unter Last allerdings nicht.

Beim später favorisierten Konzept mit der stabilisierten 12 V, wird die 
Schaltung zum einstellbaren Spannungsregler, dessen Speisespannung 
manuell vorgeregelt werden kann durch den Anwender.

mfg