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der olle Michi(R)

im Norden,
05.04.2019,
01:12
(editiert von der olle Michi
am 07.04.2019 um 18:45)
 

Labor-Netzteil: mit Synchron-Gleichrichter, 723, 555,... (Schaltungstechnik)

Hallo liebe Mitleser,

in dem Vorgängerthema „LM 723 noch/wieder einmal die Innereien…”
Link: http://www.elektronik-kompendium.de/forum/board_entry.php?id=268490&page=2&category=all&order=last_answer&descasc=desc
hatte ich bereits den Entschluss verkündet, dass ich mir endlich ein anständiges Labornetzteil (LNT) bauen will. Da ich z.Zt. leider nur „nebenbei” so ab und zu Zeit finde, dauert die theoretische Entwicklung + Simulation ein wenig länger, noch dazu, wenn eine Sim.-Software ihre ganz spezifischen Eigenschaften aufweist, die man als Einsteiger nicht kennt bzw. erst einmal kennenlernen muss.

Die grundlegenden Wünsche und Eigenschaften sollen sein:
- Einschaltstrombegrenzung (mit Relais gebrückter NTC); ist auch ohne "dicke" Ladeelkos bei einem ca. 180VA-Trafo ganz nett...
- zwei unabhängige „Kanäle” mit je ca. 3-24V @ max. 2,5A Laststrom, separat einstellbar, wahlweise koppelbar („Tracking”-Funktion)
- individuelle Strombegrenzung und Begrenzung der Ausgangsspannung pro Kanal
- vorwählbare Standard-Einstellungen der Spannungen per Knopfdruck (Option für die letzte Entwicklungsstufe)
- vorwählbare Standard-Einstellungen der Strombegrenzungper Knopfdruck (Option für die letzte Entwicklungsstufe)
- digitale Anzeigen für Spannung und Strom pro Kanal (LCD-Fertig-Module)
- individuelle Begrenzung der Ausgangsspannung („Crowbar”)
- weitgehend Verwendung von vorhandenem Material, besonders Netztrafo (M102c oder evtl. SM102), Gehäuse, Kühlkörper etc.
- Schaltungstechnik, soweit realisierbar, nur mit niedrig integrierten Techniken (wg. verschiedener Sonderwünsche)
- linearer (End-)Spannungsregler (LM723), um weitestgehende Rauscharmut am Ausgang zu erreichen
- geschaltet/PWM-geregelter Vor-Regler (f <= 25kHz) mit MOSFET-Synchron-Gleichrichter, um insgesamt die Verluste -besonders am Längsregler niedrig(st) zu halten bzw. einen annehmbaren Wirkungsgrad zu erreichen

Mit dem vorgelagerten Schaltregler erzielt man gleichzeitig, dass das Gerät
a) kein Kondensator-Friedhof zur Minimierung der Restwelligkeit wird, und
b) die wichtigen (Temperatur-sensiblen) Bauteile weniger Stress haben und deshalb die Reparatur-Anfälligkeit sinkt (ist bei 6-8 Stunden Dauerbetrieb pro Tag schon wesentlich)
- Es wird in dem LNT KEIN Mikroprozessor (außer den Anzeigeeinheiten) oder gar eine digitale Schnittstelle zur Außenwelt zu finden sein
- Soweit irgend möglich, verzichte ich gerne auf eine Zwangskühlung mit Ventilator

Das Blockschaltbild hatte ich im anderen Thema bereits eingestellt; dazu bemerkt: Der erste Entwurf, d.h geringfügige Änderungen sind noch denkbar.
Noch ein paar Kommentare zu den oben genannten Punkten (Alles hat zwei Seiten, oder mit anderen Worten: Es geht niemals ohne Kompromisse)...

Zum gesamten Konzept:
1. Ich fordere grundsätzlich Rauscharmut an den Ausgängen; das ist (nur) sehr gut erreichbar mit linearer, aber verlustintensiven Regelungstechnik. Ein Schaltregler ist -was den Wirkungsgrad angeht- um Längen besser als ein linearer, aber auch problematischer, weil er Störspannungen produziert, wenn nicht sorgsam konstruiert.
2. Da ich in der Bastelbude bereits eine Raumheizung habe, brauche ich keine zusätzliche; erst recht nicht, wenn sie direkt-elektrisch betrieben wird. Also kam der Gedanke auf, einen (Vor-)Schalt- und Linearregler zu kombinieren.
3. So toll auch immer primär-getaktete Netzteile vom Wirkungsgrad und der Baugröße her sein mögen: DAS ist nicht mein „zu Hause”, weil ich nur die Theorie kenne und mich deswegen derzeit da nicht heranwage.
4. Eine Umschaltung der Trafo-Sekundärspannungen per Relais kommt allein schon aus (schlechter) persönlicher Erfahrung nicht in Frage; allenfalls auf elektronischen Wege wäre das diskussionswürdig. Jedoch erfordert es immer mehrere Sekundär-Abgriffe auf den Trafo-Wicklungen (Aufwand !).

Daraus entstand die Idee, nach dem Netztrafo einen Synchron-Gleichrichter einzusetzen, der getaktete Power-MOSFETs als Stellelemente nutzt. Der Wirkungsgrad ist sehr ansehnlich, ein Softstart und (im Fehlerfall) eine Schnellabschaltung möglich UND: Er lässt sich per PWM (= PulsWeitenModulation) zwischen minimal ca. 10% und max. 95% Tastgrad auf eine erforderliche bzw. gewünschte Spannung am Ausgang regeln. Weiterhin ist die am Ausgang verbleibende „Brumm”spannung relativ leicht handzuhaben, s.w.u.
Das sind insgesamt Eigenschaften, die mir ein herkömmlicher Brücken-Gleichrichter mit (sehr großer) Ladeelko-„Batterie” von vielleicht 2.000 - 5.000 uF (!!) pro Ampere Laststrom nicht bieten kann, zumindest nicht ohne erheblichen Aufwand.

Die Filterung von 25kHz-Restwelligkeit ist im Vergleich zu 100Hz aus einem Br.-GR wesentlich einfacher, effektiver und baulich kleiner. Wenn man für eine moderate Flankensteilheit der Schaltpulse sorgt, wird die nächstliegende und auch fernere Umgebung nicht mit HF verseucht. Auch hier wieder ein Kompromiss, ob man die letzten mW Verlustleistung vermeidet oder eine möglichst saubere Ausgangs-Spannung erhalten möchte.
Nun, am Ausgang des geschalteten Vor-Reglers ist noch lange nicht Schluss: Es folgt die (lineare !) Brummsiebung (à la ELKO-Minikurs) mit >= 46 dB Dämpfung der Restwelligkeit und danach noch der lineare Längsregler (LM723) unter Umgehung des Chip-internen Standard-Darlington-Ausgangs mit einem komplementärer Darlington (ebenfalls ELKO-Minikurs) als Leistungs-Stellglied.
Zum guten Schluss folgt eine Schutzschaltung gegen Überspannung, um empfindliche Halbleiter-Bauteile beim Testen am Leben zu erhalten.

Ach ja, da fällt mir doch noch ein…. der „lilafarbene” 555…., wo ich doch versprochen hatte, ihn einzusetzen.
Er befindet sich in der Ansteuerung für die MOSFETs, um eine sogenannte Totzeit zu erzeugen. Die sorgt dafür, dass nicht zwei der FETs in der Halbbrücke des Synchron-GR gleichzeitig leiten können und einen Kurzschluss zwischen den Wechselspannungsleitungen vom Trafo verursachen.

Ich bin natürlich jederzeit offen für konstruktive Kritik und Verbesserungsvorschläge, denn NOCH ist der Lötkolben kalt… Soll heißen, dass ich lieber eine "fertige" Entwicklung aufbaue als nachhher Dutzende Änderungen ein- und umbaue. ;-)

Im Anhang habe ich mal in einem Excel zusammengestellt, wie der Wirkungsgrad des/meines geplanten LNT im Vergleich zu einem konventionellen, reinen Linear-NT (ohne sekundäre Trafo-Umschaltung) aussehen könnte. Die Verluste vom Netztrafo (und wenige weitere) habe ich mal grob geschätzt; ich werde meinen vorhandenen Trafo noch einem Vorab-Test (vor dem Umwickeln) unterziehen, um realistische Werte zu bekommen.

Schaltungs-Einzelheiten folgen gerne später, wenn ich sie entsprechend aufbereitet habe.

d.o.M.

--
Grüße
Michael

cmyk61(R)

E-Mail

Edenkoben, Rheinland Pfalz,
05.04.2019,
06:54
(editiert von cmyk61
am 05.04.2019 um 07:06)


@ der olle Michi

Labor-Netzteil: mit LM723 (+ lilafarbenem 555!) und mehr...

Hallo,

nette Idee.
Da Du eine Vorregelung mit Schaltregler einbauen möchtest - wäre es da nicht sinnvoll, auch gleich den Trafo rauszuwerfen um mit einem Primärregler zu arbeiten?
Immerhin produziert ein Trafo auch nicht unerhebliche Verlustleistung, kostet teils auch richtig Geld und hat sowohl ein hohes Gewicht als auch Volumen.

EDIT - hatte Deinen Post nicht gründlich genug gelesen - Du möchtest gerne Abstand von Primärschaltregler nehmen. Daher erübrigt sich mein Vorschlag.

Ich erinnere mich in diesem Zusammenhang an ein Netzteil aus der Zeitschrift Elrad (ca. 0-250V bei 2-3A?) bei der ein Stelltrafo mit der Achse des Spannungspotis gekoppelt wurde. Ich glaube mich zu erinnern, da dort auch ein 723 eingesetzt wurde.
Ja, Nostalgie...

Gruß
Ralf

»
» in dem Vorgängerthema „LM 723 noch/wieder einmal die Innereien…”
» Link:
» http://www.elektronik-kompendium.de/forum/board_entry.php?id=268490&page=2&category=all&order=last_answer&descasc=desc
» hatte ich bereits den Entschluss verkündet, dass ich mir endlich ein
» anständiges Labornetzteil (LNT) bauen will. Da ich z.Zt. leider nur
» „nebenbei” so ab und zu Zeit finde, dauert die theoretische Entwicklung +
» Simulation ein wenig länger, noch dazu, wenn eine Sim.-Software ihre ganz
» spezifischen Eigenschaften aufweist, die man als Einsteiger nicht kennt
» bzw. erst einmal kennenlernen muss.
»
» Die grundlegenden Wünsche und Eigenschaften sollen sein:
» - Einschaltstrombegrenzung (mit Relais gebrückter NTC); ist auch ohne
» "dicke" Ladeelkos bei einem ca. 180VA-Trafo ganz nett...
» - zwei unabhängige „Kanäle” mit je ca. 3-24V @ max. 2,5A Laststrom, separat
» einstellbar, wahlweise koppelbar („Tracking”-Funktion)
» - individuelle Strombegrenzung und Begrenzung der Ausgangsspannung pro
» Kanal
» - vorwählbare Standard-Einstellungen der Spannungen per Knopfdruck (Option
» für die letzte Entwicklungsstufe)
» - vorwählbare Standard-Einstellungen der Strombegrenzungper Knopfdruck
» (Option für die letzte Entwicklungsstufe)
» - digitale Anzeigen für Spannung und Strom pro Kanal (LCD-Fertig-Module)
» - individuelle Begrenzung der Ausgangsspannung („Crowbar”)
» - weitgehend Verwendung von vorhandenem Material, besonders Netztrafo
» (M102c oder evtl. SM102), Gehäuse, Kühlkörper etc.
» - Schaltungstechnik, soweit realisierbar, nur mit niedrig integrierten
» Techniken (wg. verschiedener Sonderwünsche)
» - linearer (End-)Spannungsregler (LM723), um weitestgehende Rauscharmut am
» Ausgang zu erreichen
» - geschaltet/PWM-geregelter Vor-Regler (f <= 25kHz) mit
» MOSFET-Synchron-Gleichrichter, um insgesamt die Verluste -besonders am
» Längsregler niedrig(st) zu halten bzw. einen annehmbaren Wirkungsgrad zu
» erreichen
»
» Mit dem vorgelagerten Schaltregler erzielt man gleichzeitig, dass das
» Gerät
» a) kein Kondensator-Friedhof zur Minimierung der Restwelligkeit wird, und
» b) die wichtigen (Temperatur-sensiblen) Bauteile weniger Stress haben und
» deshalb die Reparatur-Anfälligkeit sinkt (ist bei 6-8 Stunden Dauerbetrieb
» pro Tag schon wesentlich)
» - Es wird in dem LNT KEIN Mikroprozessor (außer den Anzeigeeinheiten) oder
» gar eine digitale Schnittstelle zur Außenwelt zu finden sein
» - Soweit irgend möglich, verzichte ich gerne auf eine Zwangskühlung mit
» Ventilator
»
» Das Blockschaltbild hatte ich im anderen Thema bereits eingestellt; dazu
» bemerkt: Der erste Entwurf, d.h geringfügige Änderungen sind noch denkbar.
»
» Noch ein paar Kommentare zu den oben genannten Punkten (Alles hat zwei
» Seiten, oder mit anderen Worten: Es geht niemals ohne Kompromisse)...
»
» Zum gesamten Konzept:
» 1. Ich fordere grundsätzlich Rauscharmut an den Ausgängen; das ist (nur)
» sehr gut erreichbar mit linearer, aber verlustintensiven Regelungstechnik.
» Ein Schaltregler ist -was den Wirkungsgrad angeht- um Längen besser als ein
» linearer, aber auch problematischer, weil er Störspannungen produziert,
» wenn nicht sorgsam konstruiert.
» 2. Da ich in der Bastelbude bereits eine Raumheizung habe, brauche ich
» keine zusätzliche; erst recht nicht, wenn sie direkt-elektrisch betrieben
» wird. Also kam der Gedanke auf, einen (Vor-)Schalt- und Linearregler zu
» kombinieren.
» 3. So toll auch immer primär-getaktete Netzteile vom Wirkungsgrad und der
» Baugröße her sein mögen: DAS ist nicht mein „zu Hause”, weil ich nur die
» Theorie kenne und mich deswegen derzeit da nicht heranwage.
» 4. Eine Umschaltung der Trafo-Sekundärspannungen per Relais kommt allein
» schon aus (schlechter) persönlicher Erfahrung nicht in Frage; allenfalls
» auf elektronischen Wege wäre das diskussionswürdig. Jedoch erfordert es
» immer mehrere Sekundär-Abgriffe auf den Trafo-Wicklungen (Aufwand !).
»
» Daraus entstand die Idee, nach dem Netztrafo einen Synchron-Gleichrichter
» einzusetzen, der getaktete Power-MOSFETs als Stellelemente nutzt. Der
» Wirkungsgrad ist sehr ansehnlich, ein Softstart und (im Fehlerfall) eine
» Schnellabschaltung möglich UND: Er lässt sich per PWM (=
» PulsWeitenModulation) zwischen minimal ca. 10% und max. 95% Tastgrad auf
» eine erforderliche bzw. gewünschte Spannung am Ausgang regeln. Weiterhin
» ist die am Ausgang verbleibende „Brumm”spannung relativ leicht handzuhaben,
» s.w.u.
» Das sind insgesamt Eigenschaften, die mir ein herkömmlicher
» Brücken-Gleichrichter mit (sehr großer) Ladeelko-„Batterie” von vielleicht
» 2.000 - 5.000 uF (!!) pro Ampere Laststrom nicht bieten kann, zumindest
» nicht ohne erheblichen Aufwand.
»
» Die Filterung von 25kHz-Restwelligkeit ist im Vergleich zu 100Hz aus einem
» Br.-GR wesentlich einfacher, effektiver und baulich kleiner. Wenn man für
» eine moderate Flankensteilheit der Schaltpulse sorgt, wird die
» nächstliegende und auch fernere Umgebung nicht mit HF verseucht. Auch hier
» wieder ein Kompromiss, ob man die letzten mW Verlustleistung vermeidet oder
» eine möglichst saubere Ausgangs-Spannung erhalten möchte.
» Nun, am Ausgang des geschalteten Vor-Reglers ist noch lange nicht Schluss:
» Es folgt die (lineare !) Brummsiebung (à la ELKO-Minikurs) mit >= 46 dB
» Dämpfung der Restwelligkeit und danach noch der lineare Längsregler (LM723)
» unter Umgehung des Chip-internen Standard-Darlington-Ausgangs mit einem
» komplementärer Darlington (ebenfalls ELKO-Minikurs) als
» Leistungs-Stellglied.
» Zum guten Schluss folgt eine Schutzschaltung gegen Überspannung, um
» empfindliche Halbleiter-Bauteile beim Testen am Leben zu erhalten.
»
» Ach ja, da fällt mir doch noch ein…. der „lilafarbene” 555…., wo ich doch
» versprochen hatte, ihn einzusetzen.
» Er befindet sich in der Ansteuerung für die MOSFETs, um eine sogenannte
» Totzeit zu erzeugen. Die sorgt dafür, dass nicht zwei der FETs in der
» Halbbrücke des Synchron-GR gleichzeitig leiten können und einen Kurzschluss
» zwischen den Wechselspannungsleitungen vom Trafo verursachen.
»
» Ich bin natürlich jederzeit offen für konstruktive Kritik und
» Verbesserungsvorschläge, denn NOCH ist der Lötkolben kalt… Soll heißen,
» dass ich lieber eine "fertige" Entwicklung aufbaue als nachhher Dutzende
» Änderungen ein- und umbaue. ;-)
»
» Im Anhang habe ich mal in einem Excel zusammengestellt, wie der
» Wirkungsgrad des/meines geplanten LNT im Vergleich zu einem
» konventionellen, reinen Linear-NT (ohne sekundäre Trafo-Umschaltung)
» aussehen könnte. Die Verluste vom Netztrafo (und wenige weitere) habe ich
» mal grob geschätzt; ich werde meinen vorhandenen Trafo noch einem
» Vorab-Test (vor dem Umwickeln) unterziehen, um realistische Werte zu
» bekommen.
»
» Schaltungs-Einzelheiten folgen gerne später, wenn ich sie entsprechend
» aufbereitet habe.
»

der olle Michi(R)

im Norden,
05.04.2019,
09:09
(editiert von der olle Michi
am 05.04.2019 um 09:21)


@ cmyk61

Labor-Netzteil: mit LM723 (+ lilafarbenem 555!) und mehr...

» nette Idee.
» Da Du eine Vorregelung mit Schaltregler einbauen möchtest - wäre es da
» nicht sinnvoll, auch gleich den Trafo rauszuwerfen um mit einem
» Primärregler zu arbeiten?
» Immerhin produziert ein Trafo auch nicht unerhebliche Verlustleistung,
» kostet teils auch richtig Geld und hat sowohl ein hohes Gewicht als auch
» Volumen.
»
» EDIT - hatte Deinen Post nicht gründlich genug gelesen - Du möchtest gerne
» Abstand von Primärschaltregler nehmen. Daher erübrigt sich mein Vorschlag.

Hallo Ralf,
danke für deinen Kommentar.
Ja, der M102c ist aus dem uralten NT bereits vorhanden, ich muss ihn mal durchmessen und dann nur ein wenig modifizieren... Ich hatte ihn damals auch selbst gewickelt.
Ich meine, der ist vom WG gar nicht übel; weiteres dazu nach der Messung. Da die Version "c" (mit aufgemotzter Blechpakethöhe) unüblich ist, liegen mir keine gesicherten Daten vor, das messe ich lieber "live".
Und, wie gesagt, an Primär-Schaltregler trau' ich mich nicht ran, zumindest bei diesem Vorhaben nicht.

Gruß
Michael

EDIT: Vielleicht wäre es sinnvoll, nicht den gesamten Original-Text in der Antort zu belassen, sondern nur notwendige Ausschnitte? Es würde etwas übersichtlicher... :-)

--
Grüße
Michael

xy(R)

E-Mail

05.04.2019,
09:42

@ der olle Michi

Labor-Netzteil: mit LM723 (+ lilafarbenem 555!) und mehr...

» Da die Version "c" (mit aufgemotzter Blechpakethöhe) unüblich ist, liegen
» mir keine gesicherten Daten vor, das messe ich lieber "live".

Wie dick ist denn das Blechpaket?

bigdie(R)

05.04.2019,
20:07

@ der olle Michi

Labor-Netzteil: mit LM723 (+ lilafarbenem 555!) und mehr...

» 4. Eine Umschaltung der Trafo-Sekundärspannungen per Relais kommt allein
» schon aus (schlechter) persönlicher Erfahrung nicht in Frage; allenfalls
» auf elektronischen Wege wäre das diskussionswürdig. Jedoch erfordert es
» immer mehrere Sekundär-Abgriffe auf den Trafo-Wicklungen (Aufwand !).

Ich glaube ehrlich gesagt nicht, das es viel einfacher ist, die Störungen in deiner "Zwischenkreisspannung" zu beseitigen als direkt am Ausgang. Der Linearregler beseitigt die jedenfalls die Störungen davor nicht oder nicht hinreichend. Und einen Trafo mit mehreren Abgriffen braucht man auch nicht wirklich. Nimmt man z.B. 2 Ringkerntrafos mit jeweils 2x6V sekundär und schon kann man 6, 12, 18 und 24V abgreifen. Solche Trafos gibt es auch mit 2x9V, 2x12 oder auch 2x15V in unterschiedlichen Leistungen.Und zur Umschaltung muss man auch nicht zwangsläufig Relais benutzen, geht auch mit Triacs

cmyk61(R)

E-Mail

Edenkoben, Rheinland Pfalz,
05.04.2019,
21:04
(editiert von cmyk61
am 05.04.2019 um 21:14)


@ bigdie

Labor-Netzteil: mit LM723 (+ lilafarbenem 555!) und mehr...

Schon spannend, was es im Netz an Diskussionen zum Thema Netzteil alles gibt.

Nebenbei auch folgendes Fundstücke
http://hpm-elektronik.de/nt25-15.htm
http://hpm-elektronik.de/
https://www.changpuak.ch/electronics/index.php
https://www.changpuak.ch/electronics/downloads/Qulitaetsmerkmale_von_Netzgeraeten.pdf
https://www.changpuak.ch/electronics/downloads/BerechnungKuehlkoerper.pdf

Keine Ahnung ob die was taugen. Liest sich jedoch recht professionell.

Gruß
Ralf

» » 4. Eine Umschaltung der Trafo-Sekundärspannungen per Relais kommt allein
» » schon aus (schlechter) persönlicher Erfahrung nicht in Frage; allenfalls
» » auf elektronischen Wege wäre das diskussionswürdig. Jedoch erfordert es
» » immer mehrere Sekundär-Abgriffe auf den Trafo-Wicklungen (Aufwand !).
»
» Ich glaube ehrlich gesagt nicht, das es viel einfacher ist, die Störungen
» in deiner "Zwischenkreisspannung" zu beseitigen als direkt am Ausgang. Der
» Linearregler beseitigt die jedenfalls die Störungen davor nicht oder nicht
» hinreichend. Und einen Trafo mit mehreren Abgriffen braucht man auch nicht
» wirklich. Nimmt man z.B. 2 Ringkerntrafos mit jeweils 2x6V sekundär und
» schon kann man 6, 12, 18 und 24V abgreifen. Solche Trafos gibt es auch mit
» 2x9V, 2x12 oder auch 2x15V in unterschiedlichen Leistungen.Und zur
» Umschaltung muss man auch nicht zwangsläufig Relais benutzen, geht auch mit
» Triacs

bigdie(R)

05.04.2019,
22:03

@ cmyk61

Labor-Netzteil: mit LM723 (+ lilafarbenem 555!) und mehr...

Ist schon schön, was einige so alles basteln. In der Firma steht bei mir ein Statron 2x24V 6A und da wird per Relais die Trafowicklung umgeschalten und das schon seit 15 Jahren ohne Probleme. Zu Hause hab ich ein selbst gebautes, war mal ein DDR Bausatz, das steht im Keller hat 24V 2,5A. Dann hab ich noch ein 15V 1A Netzteil, das ist Uralt. Aber ganz ehrlich bei den meißten Basteleien fange ich mit dem Netzteil an und oft braucht man ja auch nur die Standardspannung 5V oder 12V oder sowas, da reicht zu 90% irgend ein Steckernetzteil. und so stauben die Geräte zu Hause eher ein. Selbst wenn ich mal irgendwas fürs Wohnmobil bastele oder mal eine Kühlbox ausprobiere oder wie letztens die Diesel Luft Heizung vom Chinahändler, Da hab ich ein billiges Meanwell Schaltnetzteil 12V 10A zu Hause rumliegen, an das ich mir gleich so eine 12V Buchse wie im Wohnmobil gebaut habe und fertig ist der Laden. Und da ich auch öfter mal wissen will, welches Gerät mir beim Camping meine Batterie leer saugt, hab ich auch ein passendes messgerät zum zwischenstecken;-)



Wolfgang Horejsi(R)

06.04.2019,
10:53

@ bigdie

Labor-Netzteil: mit LM723 (+ lilafarbenem 555!) und mehr...

» Ist schon schön, was einige so alles basteln. In der Firma steht bei mir
» ein Statron 2x24V 6A und da wird per Relais die Trafowicklung umgeschalten
» und das schon seit 15 Jahren ohne Probleme. Zu Hause hab ich ein selbst
» gebautes, war mal ein DDR Bausatz, das steht im Keller hat 24V 2,5A. Dann
» hab ich noch ein 15V 1A Netzteil, das ist Uralt. Aber ganz ehrlich bei den
» meißten Basteleien fange ich mit dem Netzteil an und oft braucht man ja
» auch nur die Standardspannung 5V oder 12V oder sowas, da reicht zu 90%
» irgend ein Steckernetzteil. und so stauben die Geräte zu Hause eher ein.
» Selbst wenn ich mal irgendwas fürs Wohnmobil bastele oder mal eine Kühlbox
» ausprobiere oder wie letztens die Diesel Luft Heizung vom Chinahändler, Da
» hab ich ein billiges Meanwell Schaltnetzteil 12V 10A zu Hause rumliegen, an
» das ich mir gleich so eine 12V Buchse wie im Wohnmobil gebaut habe und
» fertig ist der Laden. Und da ich auch öfter mal wissen will, welches Gerät
» mir beim Camping meine Batterie leer saugt, hab ich auch ein passendes
» messgerät zum zwischenstecken;-)
»
»
»
»

Mir geht es ähnlich. Ein 3A Labornetzteil mit einstellbarer Strombegrenzung ist vorhanden, wird aber fast nie benutzt, weil der Netzschalter hinten ist. Oft reicht das 12V/5V Netzteil einer ehemals 3,5" externen Festplatte oder das 13,8V Netzteil 6A, bei dem dann eine 12V Glühlampe die Strombegrenzung bildet. Um Rauscharmut der Spannungsversorgung habe ich mir noch nie Gedanken gemacht und ich befürchte, das werde ich auch in Zukunft nicht tun.

der olle Michi(R)

im Norden,
06.04.2019,
11:26
(editiert von der olle Michi
am 06.04.2019 um 13:27)


@ xy

Labor-Netzteil: mit LM723 (+ lilafarbenem 555!) und mehr...

» Wie dick ist denn das Blechpaket?

Jedenfalls > 52mm... Ich muss das bei nächster Gelegenheit nachmessen.

--
Grüße
Michael

der olle Michi(R)

im Norden,
06.04.2019,
12:20
(editiert von der olle Michi
am 06.04.2019 um 13:29)


@ bigdie

Labor-Netzteil: mit LM723 (+ lilafarbenem 555!) und mehr...

» Ich glaube ehrlich gesagt nicht, das es viel einfacher ist, die Störungen
» in deiner "Zwischenkreisspannung" zu beseitigen als direkt am Ausgang.

Die Physik spricht leider dagegen:
Um bei 100 Hz-Gleichrichtung mit einigermaßen passabler Restwelligkeit herauszukommen, brauche ich im Standard-Design Lade-Elkos mit mind. 5mF / A Laststrom, also hier eine Größenordnung 12- 15 mF (pro Kanal!). Dieser Ripple ( = ca. 3,5 Vss) geht dann noch durch die Brummsiebung mit ca. 46 dB Dämpfung; am Ausgang werden theoretisch etwa 20 mVss übrigbleiben. Das ganze unter Verwendung eines Elko-"Friedhofs" (den ich vermeiden will), der voluminös, (bei sehr guter Bauteil-Qualität) relativ teuer und nicht zuletzt nicht sehr effizient ist. Ich habe keine Lust, nach spätestens 5 Jahren festzustellen, dass der schleichende Kapazitätsverlust der Elkos höhere Ripple-Spannungen "erzeugt" und wieder Kosten und Arbeit verursacht.
Um eine Schatlfrequenz von f = 25 kHz auszufiltern, bedarf es im einfachen Fall einer Induktivität im niedrigen einstelligen mH-Bereich und ca. 2.000 uF Speicherkapazität. Die Filtergüte liegt bei 12 dB /Oktave bzw. 40 dB / Dekade. Das ist auch im Eigenbau sehr gut zu bewerkstelligen (Material vorhanden).
Eine kleine Schwierigkeit bleibt: Die Sinusspannung (100 Hz) ist trotz der hochfrequenten PWM-Taktung im Ausgang immer noch vorhanden, weil ja bei max. Spannung und Laststrom alle verfügbare Energie benötigt wird, also in der SPitze der Sinus-Halbwelle Ladestrom fließen muss. Ich habe das (zunächst nur simuliert) jedoch hoffentlich gelöst, so dass hauptsächlich die 25 kHz zu filtern sind und die 100 Hz eine untergeordnete Rolle spielen; dazu später mehr.

» Der Linearregler beseitigt die jedenfalls die Störungen davor nicht oder nicht
» hinreichend.
Das braucht/soll er auch nicht (als Hauptaufgabe) zu tun. ;-)

» Und einen Trafo mit mehreren Abgriffen braucht man auch nicht
» wirklich. Nimmt man z.B. 2 Ringkerntrafos mit jeweils 2x6V sekundär und
» schon kann man 6, 12, 18 und 24V abgreifen. Solche Trafos gibt es auch mit
» 2x9V, 2x12 oder auch 2x15V in unterschiedlichen Leistungen.
Es wird DEFINITV vorhandenes Material eingesetzt. :-P Ich kaufe nicht nochmals schweres Eisen + Kupfer für viel Kohle, wenn das alles schon daliegt.

» Und zur Umschaltung muss man auch nicht zwangsläufig Relais benutzen, geht auch mit
» Triacs
Mein damaliges (in jugendlicher Bastel-Eupohorie) entstandenes) NT hatte eine Sek.-Relaisumschaltung. Trotz relativ hochwertiger Kontakte sind sie leider irgendwann festgeklebt und ich habe sie wieder rausgebaut. DAS kommt mir nicht mehr in's Haus.... :-(
Ist dir bewusst, was Triacs für wunderbare Schaltspitzen erzeugen, noch dazu auf der Netzseite? Dann fange ich zusätzlich auch dort an, noch aufwendigere Maßnahmen zu deren Beseitigung zu installieren.

--
Grüße
Michael

der olle Michi(R)

im Norden,
06.04.2019,
12:26
(editiert von der olle Michi
am 06.04.2019 um 13:31)


@ cmyk61

Labor-Netzteil: mit LM723 (+ lilafarbenem 555!) und mehr...

Moin Ralf,

» Schon spannend, was es im Netz an Diskussionen zum Thema Netzteil alles
» gibt.
»
» Nebenbei auch folgendes Fundstücke
» http://hpm-elektronik.de/nt25-15.htm
» http://hpm-elektronik.de/
» https://www.changpuak.ch/electronics/index.php
» https://www.changpuak.ch/electronics/downloads/Qulitaetsmerkmale_von_Netzgeraeten.pdf
» https://www.changpuak.ch/electronics/downloads/BerechnungKuehlkoerper.pdf
»
» Keine Ahnung ob die was taugen. Liest sich jedoch recht professionell.

Was ich bei sehr, sehr vielen Hobby-Veröffentlichungen immer wieder vermisse: Konkrete Daten bzw. Messergebnisse des "guten Stücks". :-( Ursache liegt wahrscheinlich darin, dass die Möglichkeiten (Messgerätepark) der Hobbyisten da oft ziemlich beschränkt sind.

--
Grüße
Michael

der olle Michi(R)

im Norden,
06.04.2019,
13:26

@ Wolfgang Horejsi

Labor-Netzteil: mit LM723 (+ lilafarbenem 555!) und mehr...

» Um Rauscharmut der Spannungsversorgung habe ich mir
» noch nie Gedanken gemacht und ich befürchte, das werde ich auch in Zukunft
» nicht tun.

Hallo Wolfgang,
wenn man dann später öfters sehr rauscharme/rauschoptimierte Verstärker (im NF- und HF-Bereich) bauen möchte, dann ist die Qualität, bes. Rauscharmut der Stromversorgung schon von Bedeutung. Bei Standard-Elektronik oder Digitalschaltungen eher untergeordnet, da hast du recht.

--
Grüße
Michael

Hartwig(R)

06.04.2019,
17:41

@ der olle Michi

Labor-Netzteil: mit LM723 (+ lilafarbenem 555!) und mehr...

Hallo,
» Was ich bei sehr, sehr vielen Hobby-Veröffentlichungen immer wieder
» vermisse: Konkrete Daten bzw. Messergebnisse des "guten Stücks". :-(
» Ursache liegt wahrscheinlich darin, dass die Möglichkeiten (Messgerätepark)
» der Hobbyisten da oft ziemlich beschränkt sind.

Ja, das wird ein Grund sein. Aber selbst wenn ich die Meßgeräte habe, stellt sich die Frage, was bei welchen Randbedingungen zu messen ist:
1. z.B. Einstellzeit nach Lastwechsel: Wie ist der Lastwechsel definiert? Wie definiert man die Rückstellzeit? auf 90% des Ausgangswertes? manchmal findet man 1/e (etwa 37%) oder vielleicht 99%??? Also nur eine Zeitangabe wir z.B. 50µs wäre nichtssagend. Für das dabei beobachtete Überschwingen spielt dann wieder die Flankensteilheit des Lastwechsels eine Rolle. Dann wäre da noch das Verhalten bei Spannungsumstellung interessant (Deine Taster).
2. Beim PARD, also Restbrumm, Rauschen etc. wird es dann noch schwieriger. Bei den professionellen Labornetzgeräten von z.B. HP ist die Meßbandbreite mit 20Hz - 20MHz festgelegt, der Meßwert angegeben in rms und Peak. Übliche rms-DVMs schaffen die Bandbreite nicht. Allerdings können einige Oszis rms angeben und lassen sich auch in der Bandbreite auf 20MHz begrenzen. Digitaloszis haben dann zuweilen auch eine für Spitzenmessungen optimierte Samplingfunktion. Wenn man dann damit am Experimentieren ist, liegt man oft weit ab von den erwarteten Messwerten. Das kann natürlich einfach am Aufbau der Schaltung liegen, aber Der Anschluß des Oszis (Tastköpfe) und die Erdung spielen hier auch eine Rolle. Und der Störnebel am Arbeitsplatz. Das bekommt man besser hin, wenn man mit Differenzverstärker-Eingang arbeitet und mit BNC-Kabeln - korrekt mit 50Ohm abgeschlossen - misst.
Also auch eine Störsignalangabe ohne Bandbreitenangabe ist praktisch ohne Aussage. Und selbst wenn ich traumhaft niedrige Werte messen sollte, dann habe ich aus den Meßversuchen gelernt, daß in der Praxis - also z.B. bei Anschluß über 4mm Laborstecker ohne AC-Impedanzanpassung - mit erheblichen Störungen zu rechnen ist. Wenn ich wirklich mal eine ganz saubere Spannung in einem Versuchsaufbau brauche, nehme ich eine 9V Blockbatterie (oder auch mehrere) aus der Schublade...

Und noch eine Anmerkung zum Vorregler, ganz allgemein: Ich würde hier keinen Regler, sondern lediglich ein Stellglied einbauen, gesteuert durch die Soll-Vorgabe des Haupt-Spannungsreglers, nur mit einem Offset versehen, der den Spannungsabfall über dem Regler praktisch konstant hält. Also z.B. etwa 6V. Wenn der Vorregler ein eigenes Regelverhalten hat, dann können beide Regler durchaus Spaß aneinander finden und ein Eigenleben entwickeln. Das hängt auch sehr von der gewählten Schaltungstopologie ab, serielle Vorregler wären aber wohl nur bei hohen Spannungen sinnvoll. Die Steuerung aus der Sollvorgabe des Spannungsreglers kann übrigens in gleicher Weise wie für den Vorregler auch für den Überspannungsschutz benutzt werden.

Viele Grüße
Hartwig

der olle Michi(R)

im Norden,
06.04.2019,
18:45

@ Hartwig

Labor-Netzteil: mit LM723 (+ lilafarbenem 555!) und mehr...

Hallo und danke :ok: Hartwig für deine Anmerkungen zum Messen, die meine vollste Zustimmung haben.

» Ich würde hier
» keinen Regler, sondern lediglich ein Stellglied einbauen, gesteuert durch
» die Soll-Vorgabe des Haupt-Spannungsreglers, nur mit einem Offset versehen,
» der den Spannungsabfall über dem Regler praktisch konstant hält. Also z.B.
» etwa 6V.....
...usw.....

Auch hier meine Zustimmung. :ok: :clap:
Genauso ist es auch angedacht, dass die Fehlerspannung aus dem Längsregler den Vorregler mitsteuert. Ich habe das wohl zu unpräzise formuliert.
Nein, ich kann natürlich nicht zwei autarke Regelkreise sich selbst überlassen; die Ergebnisse wären verheerend...:stone:

Grüße
Michael

--
Grüße
Michael

der olle Michi(R)

im Norden,
07.04.2019,
00:45
(editiert von der olle Michi
am 07.04.2019 um 16:57)


@ der olle Michi

Labor-Netzteil: Sub-Baugr. 1 "Schaltfenster" mit dem "555"

OK, beginnen wir mit der Baugruppe, die ich Schaltfenster-Aufbereitung nenne... Es kommt als wesentliches aktives Bauteile der im ELKO-Forum bekannte "lilafarbene" 555-Timer zum Einsatz.



Schaltungsbeschreibung:

Sinn/Zweck ist, dass in der aus Power-MOSFETS gebildeten GR-Brücke nicht zwei FETs gleichzeitig in den Leitend-Zustand eingeschaltet werden können und auf diese Weise die anliegende Wechselspannung kurzschließen.
Zwei Möglichkeiten existieren:
1. Man kann diese Aufbereitung entweder zwei Male aufbauen, jeweils für die "erste", d.h. originär positve Halbwelle und getrennt davon für die "zweite" Halbwelle (die sinnbildlich durch die Gleichrichtung "hochgeklappt" ist).
2. Man nutzt den 555 für beide Fälle, muss dann aber die Signale (In und out) jeweils auf die andere Halbbrücke umschalten.
Ich habe mich noch nicht endgültig entschieden, welche Lösung zum Einsatz kommt...

Die steuernde Spannung stammt von einer Hilfswicklung mit Mittelanzapfung (die gleichzeitig die Versorgung der Steuerelektronik erledigen könnte). Nach der Zweiweg-Gleichrichtung mit D1 und D2, jedoch ohne Siebung ( ! ) steht ein Sinus-Halbwellen-Signal mit 100 Hz an, das nach dem Spannungsteiler (R1/R2) den als hochempfindlichen Komparator beschalteten 555 triggert. Die beiden Dioden D3 und D4 sorgen für eine Begrenzung der Eingangsspannung am 555 auf nur zulässige Werte. R5 am Eingang "CV" ( =Control Voltage) verschiebt die Schaltschwelle des 555 auf ca. 1-2 % des Spitzenwertes der gleichgerichteten Spannung. Die Hysterese (Differenz zwischen Aus- und Einschaltpunkt) liegt bei nur ca. 15mV.
So ist zunächst sichergestellt, dass die FETs keinesfalls während der Sinus-Nullphase (besser: .."Punkt" ) eingeschaltet sind, sondern dies erst bei deutlich positiven Spannungswerten möglich wird. Es gibt also eine Schaltpause von etwa wenigen 100 us, in der die eine Halbbrücke bereits sicher ausgeschaltet ist und die andere noch nicht eingeschaltet werden kann. (Teil-)Ziel erreicht. :-)

Im Synchron-GR kommen je zwei P-Kanal und zwei N-Kanal-FETs zum Einsatz (s. nächstes Kapitel). Aufgrund der sogenannten (leider unvermeidlichen) Body-Dioden von Power-MOSFETs sind sie in der Brücke derart angeordnet, dass diese Dioden genauso wie in einer herkömmlichen GR-Brücke liegen. So ist sichergestelllt, dass keine unkontrollierbaren Rückströme in Richtung Trafo fließen, wenn der eigentliche Gleichrichter (FET) ausgeschaltet ist.
Gleichzeitig zur Schaltpause muss dafür gesorgt werden, dass jeder FET nur dann in den Leitendzustand geht, wenn auch wirklich der gleichzurichtende Momentan-Sinusspannungswert tatsächlich größer ist als die Spannung am Lade-Elko. Dies besorgt der als Subtrahierer konfigurierte Komparator U1. An dessen Eingängen liegen die Spannungen der Sinushalbwelle und des Lade-Elkos an. Sobald die Sinushalbwelle betragsmäßig größer ist, "erlaubt" er eine Nachladung des Elkos. Ist sie niedriger, verhindert er über R12 und den Transistor Q1 ein Schalten (bzw. Ansteuern der Gates) des 555, indem dessen Triggersignal sicher auf Massepotential gezogen wird.
R4 am Ausgang des 555 hat nur eine Alibi-Funktion für die Simulation; er stellt den Eingangswiderstand der folgenden Gate-Treiberschaltung dar.

Endziel-Einlauf.... :-D

Das bedeutet,
1. dass der Lade-Elko - sofern notwendig- analog einer normalen GR-Brücke wirklich nur dann eine (angemessene) Nach-Ladung bekommt, wenn die Wechselspannung größer als seine momentan eigene ist,
2. bei Fehlfunktion am Ausgang (z.B. Kurzschluss) unmittelbar bereits der Synchr.-GR abgeschaltet oder mindestens in der abgebenden Leistung reduziert werden kann,
3. mit der (später beschriebenen) PWM-Ansteuerung des Synchr.-GR genau die benötigte "Zwischenkreis"-Spannung für den Längsregler (mit seinem externen Stellglied) bereitgestellt wird,
4. die Verlustleistung an genau dieser Stelle (Pkt. 3.) immer möglichst minimal ist,
5. die Leistungshalbleiter u.U. "kleiner" ausgelegt werden können,
6. die Kühlung der Leistungshalbleiter recht unaufwändig wird und die Betriebsparameter sich weiter in den "sicheren" Bereich verlagern (siehe "SOA" von Leistungstransistoren).

Danke für's Lesen und euer Interesse bis hierhin... :-)

Grüße
Michael

--
Grüße
Michael

der olle Michi(R)

im Norden,
07.04.2019,
17:59

@ der olle Michi

Labor-Netzteil: Sub-Baugr. 2 "Synchron-Gleichrichter"

Weiter geht's mit dem eigentlichen Gleichrichter, bis auf ein paar für die FETs notwendigen Zusatzbauteile recht unspektakulär.



Schaltungsbeschreibung:

Dieser Teil ist natürlich zweimal vorhanden, für jeden der beiden NT-Kanäle.
Unschwer erkennbar ist die Anordnung wie in einer normalen Dioden-GR-Brücke. Für die Übersichtlichkeit habe ich die parasitären "Body"-Dioden in den FETs weggelassen, ebenso die eigentliche Ansteuerelektronik aus dem PWM (folgt demnächst).
Jeder der FETs besitzt einen Gate-Ableitwiderstand, einen Serienwiderstand in der G-Steuerleitung sowie eine Z-Diode zur Begrenzung der GS-Spannung.
Alle vier FETS werden im sogenannten 3. Quadranten in den Leitzustand gesteuert, d.h. der Strom im jeweiligen FET-Kanal fließt gegenüber der landläufigen Standardbeschaltung entgegengesetzt. Diese Wahl habe ich ganz bewusst gemacht, damit die Ansteuerung vom Spannungspegel her einfach wird. Man braucht dann nicht ein nochmals höheres Sp.-Niveau am Gate als die Trafo-Wechselspannnung mit ihrem Spitzenwert Us hergibt. Außerdem ist (zusätzliches Bonbon) erfreulicherweise im 3. Q. schon bei deutlich niedrigen GS-Spannungen bereits ein höherer Stromfluss im FET-Kanal möglich. D.h., dass bereits bei recht niedriger GS-Spannung der R-DSon ansehnlich niedrige Werte erreicht.
Die Steuersignale in Höhe von ca. 15V erhalten sie aus dem PW-Modulator mit f = ca. 25 kHz an "in1" und "in2" geliefert. Während der ersten Halbwelle an "in1" sind M2/M3 und während der folgenden HW an "in2" M1/M4 leitend. Bedingt durch die Anordnung kann keine der parsitären Dioden in den Leit-Zustand kommen, so dass die Ausgangsspannung am LC-Filter nicht unkontrolliert zum Trafo abfließen kann, also erhalten bleibt.

Es folgt das bereits beschriebene LC-Ausgangsfilter, das die 25 kHz-Schaltimpulse weitgehend (Daten liegen noch keine vor) unterdrückt; wie schon gesagt, beträgt die Dämpfung 12 dB/Oktave bzw. 40dB/Dekade. Danach geht es weiter zur Brummsiebung (aus ELKO-Minikurs) mit nochmaliger Dämpfung von 46 db.

Fortsetzung folgt, bzw. bis zum nächsten Ärger... :-D

Grüße
Michael

--
Grüße
Michael