Schlagwort: Lowdropout

UPDATE: Renovation eines „Steinzeit“-Netzgerätes 0.1 – 10 VDC / 3A

Thomas Schaerer

Es ist ein Netzgerät aus den 1980er-Jahren mit einstellbarer Ausgangsspannung zwischen 0.1 und 10 VDC mit einem maximalen Strom von 3 A. Die Strombegrenzung ist mittels Trimmpoti genau kalibrierbar im Bereich dieser 3 A. Was den Leistungstransistor betrifft, arbeitet dieser im Low-Dropout-Modus, wenn die Spannungsdifferenz knapp ist. Mit einem Trimmpoti kann man die maximale Ausgangsspannung definieren, die man mit dem Poti auf der Frontplatte einstellen kann. Damit lässt sich vermeiden, dass z.B. TTL- oder HCMOS-Versuchsschaltungen durch zu hohe Betriebsspannung zerstört werden. Eine LED zeigt an, wenn der maximale Strom erreicht ist und die Spannungsregelung nicht mehr korrekt arbeitet. Die leicht überarbeitete Schaltung erhielt eine alternative preiswertere Referenzspannungsquelle, die man bei nicht extremer Anforderung als Referenz- und Betriebsspannung für die interne Schaltung einsetzen kann. Dies macht den allfälligen Nachbau etwas preisgünstiger. Diese Quelle arbeitet nach dem Bandgap-Prinzip. Auch ohne Interesse an einem Nachbau bietet diese Schaltung einiges.

Man kann bei einer Revision auch eine alternative Schaltung mit hoher Integrationsdichte anstreben. Es gibt dafür integrierte lineare Spannungsregler mit hoher Leistung und so spart man Bauteile. Wirtschaftlich betrachtet, ist dies oft der richtige Weg. Hier im Elektronik-Kompendium und in meinen Elektronik-Minikursen geht es um praxisbezogenes Erlernen von elektronischer Schaltungstechnik. In diesem Minikurs richtet sich der Fokus auf das Studium betreffs der Spannungsregelung, Strombegrenzung (ist auch eine Regelung), eine veränderte angepasste Darlingtonschaltung und wie realisiert man eine einfache Überlastanzeige. Interessant und lehrreich für den Elektronik-Bastler, Elektronik-Azubi und für den werdenden Elektro-Ingenieur. Mit dem praktischen Umgang von Transistoren, Dioden, Opamps als Verstärker und Komparator, Spannungsregler und passiven Bauteilen, gewinnt man an nützlicher Erfahrung.

Gruss Euer
ELKO-Thomas

UPDATE: Lowdropout-Netzgerät mit dem legendären „723“, mit Komplementär-Darlington-Leistungsstufe und Impuls-Foldback-Strombegrenzung

Thomas Schaerer

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Es ist nur möglich auf der Hauptseite des ELKO das begleitende Titelbild zum folgenden Text zu sehen. Damit dies im Newsletter auch möglich ist, öffne man im Web-Browser den folgenden Link:

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Der vorliegende Elektronik-Minikurs ist aus heutiger Sicht teilhistorisch. Als Spannungsregler kommt ein 723-er (z.B. LM723) zum Einsatz, der etwa ähnlich alt ist wie der NE555 (Timer-IC). Beide ICs wurden im Laufe der 1970er-Jahre schnell berühmt und es entstanden viele Anwendungen. Meine Schaltung hier mit einem LM723 stammt aus dem Jahre 1979. Weil ein lineares Netzteil naturgemäss einen schlechten Wirkungsgrad hat, habe ich alle Möglichkeiten ausgeschöpft, den Wirkungsgrad so hoch wie möglich zu halten, mit den damaligen Mitteln die zur Verfügung standen. Um ein Ausgangsstrom im Ampere-Bereich zu realisieren, entwickelte ich damals die Methode der komplementären Darlingtonschaltung. Aus der Literatur kannte ich damals diese Schaltungsart nicht. Ich entdeckte erst viel später, dass die selbe komplementäre Darlingtonschaltung bereits im Jahre 1953 von George Clifford Sziklai erfunden wurde und nach seinem Erfinder als Sziklai-Paar bezeichnet worden ist.

Wenn man für die Überlast- und Kurzschlusssituation den Leistungstransistor nicht unnötig belasten will, kann man beim 723er ein Strom-Foldback realisieren. Der Laststrom nimmt mit der abnehmenden Ausgangsspannung bei Überlast ebenfalls ab. Nachteilig dabei ist, dass der Shuntwiderstand (Rsh) und dessen Verlustleistung im Normalbetrieb grösser wird. Dies erhöht die gesamte Dropoutspannung, die unerwünscht ist, weil deswegen eine höhere Eingangsspannung gefordert ist.

Dies brachte mich damals auf die Idee, die Schaltung so zu ändern, dass unterhalb einer gewissen Ausgangsspannung, wenn wegen Überlastung die Regelung nicht mehr arbeitet, das Netzteil auf Impulsbetrieb umschaltet. Die mittlere Leistung über dem Leistungstransistor bleibt auf diese Weise klein. Natürlich muss man bei einem Impulsbetrieb das Phänomen des Zweiten Durchbruchs berücksichtigen.

Nachdem ich meine Idee mit dem Impuls-Foldback anno 1979 entwickelt und realisierte habe, war für mich dieses Thema Geschichte und ich widmete mich andern Projekten. 34 Jahre später im April 2013 erfuhr ich, dass etwa 20 Jahre später, die Idee noch einmal erfunden wurde und von unterschiedlichen Erfindern zu zwei Patenten angemeldet worden sind. Man nennt das selbe Funktionsprinzip anstelle Impulsfoldback Hiccup. Die Details der Prinzipschaltung liest man in DESIGN & ELEKTRONIK vom April 2013. Es ist ein interessanter Artikel. Sehr empfehlenswert. Ein Kurzbeschrieb mit dem Titel IMPULSFOLDBACK GLEICH HICCUP und einem Link zum erwähnten Artikel, ist die Hauptsache in diesem Update. Die Hiccup-Methode kommt heute in modernen Schaltreglern erneut zur Anwendung.

UPDATE: Spannungsregler Spezial: Das 78xx-, LM317- und Lowdropout-Prinzip

Thomas Schaerer

Prinzipschaltungen des LM317 und Lowdropout-Spannungsregler (LM2941)Diesen Elektronik-Minikurs gibt es seit Mai 2002. Jetzt kam es zu einem grösseren Update, wobei mit Bild 6 eine weitere Skizze dazu kam. Der Text ist ebenfalls überarbeitet.

Worum geht es in diesem Elektronik-Minikurs?

Oft sind gewisse Inhalte von Diskussionen in diversen Elektronik-Newsgruppen Auslöser Elektronik-Minikurse zu schreiben. Im vorliegenden Fall regte mich die Tatsache an, dass viele Mitwirkende praktisch keine Ahnung davon haben, wie die allseits bekannten und tradionsreichen dreibeinigen Spannungsregler der 78xx-Familie und des LM317 arbeiten. Das selbe gilt natürlich ebenso für die 79xx-Familie und für den LM337, welche, komplementär zu den andern, negative Ausgangsspannungen liefern. Da hier jedoch nur die Funktionsprinzipien interessieren, genügt es, wenn wir uns auf die 78xx-Familie und auf den LM317 beschränken.

Ein (angehender) Elektroniker sollte wissen wie ein 78xx und ein LM317 grundsätzlich arbeiten. Es sind zwei etwas unterschiedliche fundamentale Prinzipien der Spannungsregelung, die ebenso in andern ICs für Spannungsregelungen zur Anwendung kommen und man kann solche Schaltungen, falls einmal nötig, mit solchem Wissen, auch leicht selbst quasidiskret realisieren. Quasidiskret bedeutet, dass sowohl einzelne Transistoren und Dioden etc., jedoch auch ICs, z.B. Operationsverstärker vorkommen können.

Zusätzlich wird das Funktionsprinzip der Lowdropout-Spannungsregler thematisiert. Das sind Spannungsregler die auch noch mit einem sehr geringen Spannungsabfall zwischen Ein- und Ausgang einwandfrei arbeiten können. Als Vorlage für die Ausführung mit bipolaren Leistungstransistoren dient der LM2941 und für die Ausführung mit Power-MOSFETs die Serie LP3961 bis LP3964. Alle hier aufgeführten Produkte stammen aus dem Hause NATIONAL SEMICONDUCTOR.

Ich wünsche mit dem Studium dieses Elektronik-Minikurses viel Spass.