Abwärtswandler 60V-15V

[andreas]

Hallo Peter,

Die Meßreihe von Andreas sagt aber eine ganze Menge. Aufgenommen hast Du sie mit 1k Last, 1k an E_T5 u.2.2k statt 4.7k als Vorwiderstand.
Dazu noch 1nF statt 100pF an C_T4 u.C_T5.

Die gepostete Messreihe ist noch mit den originalen Schaltungswerten entstanden. Hier ist die Messreihe für Re T5 = 1 kOhm und Rv Z33 = 2,2 kOhm (die Cs haben die Originalwerte, Last ist 1 kOhm):

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Ub      Ua     Uv     T7b    T8b   T2c    T3c   T4c    T5c    T6c    T1g    T1d
5,0     0,0    4,6    4,6    0,0   2,2    0,0   4,5    2,2    5,0    5,0    0,0
6,0     0,0    5,3    5,4    0,0   2,7    0,0   5,3    1,4    6,0    6,0    0,0
7,0     0,0    6,0    6,0    0,0   3,0    0,0   6,0    0,7    6,6    6,8    0,0
8,0     6,8    6,9    6,9    6,8   3,3    0,0   6,9    0,7    0,6    5,0    6,8
9,0     7,9    7,9    7,9    7,8   3,2    0,0   7,9    1,6    1,5    5,9    7,8
10,0    8,9    8,9    8,9    8,8   3,2    0,2   8,9    2,6    2,5    6,9    8,9
11,0   10,1    9,8    9,8    9,8   2,0    0,8   6,4    5,3    7,1    9,4   10,0
12,0   11,7   10,2   10,6   10,6   1,4    0,5   6,6    6,4    4,6    9,1   11,7
13,0   13,0   10,8   11,3   11,3   1,1    0,0   5,3    3,8    2,3    8,9   12,9
14,0   14,0   11,6   12,2   12,2   0,7    0,2   3,4    3,8    1,7    9,2   13,9
15,0   15,0   12,4   13,0   13,0   0,0    0,2   3,3    3,9    1,7    9,8   14,9
16,0   16,0   13,2   13,8   13,8   0,1    0,2   3,1    4,4    1,8   10,4   15,9
17,0   17,0   14,1   14,7   14,7   0,1    0,2   3,0    4,8    1,9   11,1   17,0
18,0   17,0   14,8   14,8   14,8   2,7    3,7   0,3   10,4   17,0   17,6   17,1
19,0   14,9   15,5   14,8   14,9   0,2   15,4   0,0   15,1   18,5   18,8   14,9
20,0   14,9   16,3   14,8   14,9   0,0   16,3   0,0   16,0   19,7   19,8   14,9
21,0   14,9   17,1   14,8   14,9   0,0   17,0   0,0   16,9   20,7   20,8   14,9


Vielleicht sollten wir auf dieser Basis weiter machen. Soweit zeigt die Schaltung ein brauchbares Regelverhalten, von dem Überschwinger der Ausgangsspannung bei 16 bis 18 V Eingangsspannung abgesehen. Diese Kurve kann man auch rückwärts bei fallender Eingangsspannung genau so sehen.

MfG. Andreas

[andreas]

Hallo Myco,

Keine Ahnung ob das so auch real funktioniert

ich würde es nicht wagen, das aufzubauen. Allein der Stromweg durch D4 und Q2 ist tödlich für beide Bauteile.

MfG. Andreas

[MyCo]

hm... so kritisch seh ich das nicht, die Spitzen verkraften beide problemlos. Die Zener sollte eine 1,3W sein, und statt den 2N5550 würde ich einen x-beliebigen im TO220 Gehäuse hernehmen. Das einzige was ich als problematisch ansehe, ist die Stromverträglichkeit der Spule... aber das Problem habt ihr in der anderen Schaltung ja auch.

[Daniel_K]

Hallo an alle!
# Andreas: Die Meßwerte in deiner 2.Tabelle verhalten sich genau so wie bei mir (siehe meine Nachricht von Sonntag), obwohl ich die R und C noch nicht geändert habe (keine Zeit ) Als Last hatte ich meine 5W-Birne. Dazu aber 2 Fragen:
1. Die Versorgungsspannung ist bis U_ein 18V kleiner als T8_B (deshalb kann T3 nicht schalten?) - wenn wir nun den Vorwiderstand von 2,2k noch weiter verkleinern, und dafür den 100k an T7_E / T8_E etwas vergrößern? Dann müßte doch Uv etwas größer werden und die Schaltung eher mit schwingen beginnen.
2. Ich verstehe etwas am Mosfet nicht: T1 sperrt, wenn Gate und Source etwa gleich groß, und öffnet, wenn Gate (wesentlich) kleiner als Source - ist das richtig? - Die Meßwerte in der Tabelle für T1_G sind doch Mittelwerte zwischen "ein" und "aus". Wenn also bei U_ein 20V T1_G 19,8V heißt daß, daß T1 fast ständig sperrt und nur selten und kurz öffnet. Warum wird er dann heiß? Und müßte T1_G nicht als Mittelwert einige Volt weniger haben als U_ein? Mein Eindruck ist, daß die Schaltung schwingt (ist ja auch zu hören), aber nicht im richtigen Tastverhältnis! Peter hatte geschrieben, daß man das Tastverhältnis an T4_C zu T5_C abschätzen kann. Diese sind in der Tabelle aber ab 18V (Schwingungsbeginn) 0V bzw. 15V (und höher) - Und falsches Tastverhältnis (zu lange T1 gesperrt) bedeutet, L ganz leer, Stromfluß setzt aus ... ?
MfG Daniel

[andreas]

Hallo Daniel,

Die Meßwerte in deiner 2.Tabelle verhalten sich genau so wie bei mir

das ist nicht verwunderlich. Möglicherweise hat Dein Treibertransistor eine geringere Verstärkung und wird daher nicht so übersteuern wie meiner.

1. Die Versorgungsspannung ist bis U_ein 18V kleiner als T8_B

Richtig, aber darin liegt auch eine gewisse Gefahr für T8: er könnte über den gemeinsamen Emitter von T7 zuviel negative BE-Spannung bekommen (wenn der Ausgang und damit die T8-Basis noch eine geringe Spannung hat), so daß diese Strecke durchbricht. Gewöhnlich vertragen Transistoren nicht mehr als 5 oder 6 V in Sperrrichtung an BE.

Dieses und weitere Probleme wird eine geänderte Schaltung beseitigen. Sie liegt schon hier, muß aber noch eingetippt, gelötet, abgeglichen und vermessen werden.

2. Ich verstehe etwas am Mosfet nicht: T1 sperrt, wenn Gate und Source etwa gleich groß, und öffnet, wenn Gate (wesentlich) kleiner als Source - ist das richtig?

Das ist korrekt.

Die Meßwerte in der Tabelle für T1_G sind doch Mittelwerte zwischen "ein" und "aus". Wenn also bei U_ein 20V T1_G 19,8V heißt daß, daß T1 fast ständig sperrt und nur selten und kurz öffnet.

Absolut richtig. Am Oscar könntest Du das auch sehen: ganz kurze Null-Impulse am T6c bzw. halbhoch am T1-Gate, dazwischen recht lange Pausen mit hohem positivem Pegel.

Warum wird er dann heiß?

Schaltverluste. Für einen kalten Fet braucht es eine niederohmige Gateansteuerung mit einer Gegentaktstufe und steile Flanken am Schaltsignal. Man kann das später noch einbauen.

Und müßte T1_G nicht als Mittelwert einige Volt weniger haben als U_ein?

Nein. Das Impulsverhältnis ist zu krass, als dass dort eine sichtbare Spannungsdifferenz auftritt. Das Puls-Pausen-Verhältnis liegt bei mindestens 1:20.

MfG. Andreas

[Daniel_K]

Hallo Andreas!
Danke für die klaren Antworten. Müßte nicht aber das Puls-Pausen-Verhältnis nahe bei 1:1 liegen, wenn ich von 30V auf 15V reduziere?
Hab die C's und R's gewechselt, aber keine Veränderung im Arbeitsverhalten festgestellt.
MfG Daniel

[sombrero]

Hallo Andreas, Daniel, MyCo und alle die mitmachen,
MyCo`s Schaltung für einen Schaltregler läuft nach meiner Meinung ebenfalls. Aber die Strecke D4-Q2 benötigt wirklich einen Vorwiderstand, sonst sind beide beim geringsten
überschwingen der Ausgangsspannung hin. Mit Vorwiderstand wird das Regelverhalten vielleicht geringfügig schlechter. Aber baue es mal auf und teste es mal.
Zu Daniels Frage, warum Tastverhältnis nicht 1:1 wenn man 30V auf 15V reduzieren will müßte es doch 1:1 sein. Das 1:1 o.a. gilt nur wenn auch entsprechende Belastung am Ausgang ist.
(Alles ohne Wirkungsgrad mit zu sehen. Nur das Prinzip)
30V, 1A---30 Ohm am Eingang wird am Ausgang 15V,2A, wenn die Last 7.5 Ohm ist. Ist jedoch wenig oder keine Last am Ausgang muß nur der Elko auf 15V gehalten werden, darum genügt es
wenn Mos Fet T1 nur sehr kurz EIN u. sehr lange AUS ist.
Zu der anderen Frage bei Uein 18V sei Uv kleiner als U B_T8. Diese Situation sehe ich in der Meßreihe gar nicht. Der Punkt Ub = 18V. Da ist doch Uv = B_UT7 = B_UT8 = 14.8V das ist doch ok. Oder übersehe ich da etwas.
Das Problem, daß die Basisdioden sowohl bei T7 als auch bei T8 durchbrechen können sehe ich leider auch. Das jedoch nur bei Überschwingen oder Totalkurzschluß am Ausgang.
Aber immerhin können wir auf Nummer sicher gehen und T7,T8 bekommen eine Diode in den Emitter.
Aus unseren Diskussionen u. aus den Meßreihen habe ich entnommen, daß offenbar T6 als auch T5 u.T4 nicht richtig sperren. Und T1 macht eben immer alles mit was T6 sagt.
Ich weiß, es ist viel leichter einen Transistor leitend zu machen (also Ladungsträger in die n-p Schichten zu bringen) als die Ladungsträger wieder auszuräumen (zu sperren).
Und das auch noch bei modernen Silizium Transistoren. Hätte ich gar nicht gedacht.
Der 22k bei E_T5 war wohl viel zu groß u. der 1k ist zu klein finde ich. Die Dioden an den Basen T7,T8 spielen auch keine gute Rolle. Aber die Schaltung läuft jetzt.
Es gibt aber noch eine andere Möglichkeit. Das ist, daß man kurzzeitig eine negative Spannung an die Basis von T4,T5 u.T6 zu bringt. Das geschieht hier immer bei der Entladung der 100pF über die jeweiligen Collektoren.
Als Beispiel die Entladung des 100pF am C_T4 (der andere an C_T5 macht es entsprechend)
Er entläd sich so:
100pF ----C_T4----gnd----Diode T6----Diode T5 ----470Ohm----100pF. Da ist die Flußspannung mal sehr erwünscht.
Denn die Basen dieser drei Transistoren liegen immer ganz kurz auf minus 0.7V gegen ihre Emitter. Das dürfte steile Flanken, hohe Frequenz u. geringe Schaltverluste an T1 möglich machen.
Wenn Du Andreas, diese letzte Version auch mal simulierst u. eine Meßreihe dazu machst, würde ich mich freuen. Denn die Ergebnisse interessieren mich sehr.
mfG Peter Sombrero

NeuLadReg0-70V15V10A.jpg

[MyCo]

Also bei dem neuen Schaltplan haut's in der Simulation total quer... bei 50V Eingang kommen kurzfristig 80V am Ausgang an (Last = 100 Ohm).

Wandler-Ausgang.gif (3.74 KiB) 8298-mal betrachtet

PS: Wieso streckt das Forum die Bilder immer so komplett merkwürdig ???

[Daniel_K]

Hallo Peter!

Zu der anderen Frage bei Uein 18V sei Uv kleiner als U B_T8. Diese Situation sehe ich in der Meßreihe gar nicht. Der Punkt Ub = 18V. Da ist doch Uv = B_UT7 = B_UT8 = 14.8V

Ich meinte bei unter 18V - Wenn T8_B größer Uv, dann kann doch T8 von B nach C leiten, damit ist T3_B größer als T3_E, und T3 kann nicht öffnen. - Mir scheint, daß ist der Grund, warum T2 und T3 gleichzeitig sperren, und die Schaltung erst bei 18V zu schwingen beginnt.
MfG Daniel

[andreas]

Hallo Daniel,

die Umbauten sind getestet und für gut befunden worden. Die Schaltung läuft nun von 0 an sauber hoch und zeigt keine Auffälligkeiten. Ich beziehe mich bei folgenden Änderungen auf die originale Schaltung von Peter.

1. Regelungsversorgung: Die Z33 wird durch eine Z12 ersetzt. Deren Vorwiderstand sollte einiges an Leistung haben, sonst wird er heiß. Ich hatte hier noch 2,2 kOhm drin, vielleicht geht auch mehr.
2. Basisbeschaltung T7: Die Z15 wird durch eine Z6,8 ersetzt. Der Basiswiderstand wird auf 6,8 kOhm verrringert. Der linke Anschluß des Basiswiderstandes kommt weg vom Generator und an die positive Spannung an Z12.
3. Basisbeschaltung T8: Der Basiswiderstand wird durch 390 kOhm ersetzt, parallel zum 10-nF-C kommt ein Widerstand mit 330 kOhm. Evtl. lohnt es sich, später den C etwas kleiner zu machen (Regeltempo bei Laständerungen).
4. Emitterbeschaltung T5: Der Emitterwiderstand wird auf 10 kOhm verringert.
5. Basisbeschaltung T4 und T5: Die Widerstände 22 kOhm gegen Masse werden auf die anderen Seiten der Dioden, also direkt an die Basen geklemmt.

Das war es soweit. Die Ausgangsspannung läuft ab 8 V mit der Eingangsspannung mit und geht ab 15,2 V in den stabilen Zustand über. Mehr als diese grundsätzliche Messung habe ich noch nicht gemacht.

MfG. Andreas