Abwärtswandler 60V-15V

[andreas]

Hallo Daniel,

zu Deiner anderen Mail:

Kann/muß ich Q3 z.B gegen einen IRF5210 (100V, 40A, 0,06Ohm) tauschen?

Ja.

Müssen R4, R5, R6 angepaßt werden?

Nein.

Kann ich D2 - CTB34 - bedenkenlos gegen eine MBR15100 tauschen?

Vermutlich ja - das Datenblatt verrät nicht viel darüber. Als Schottky sollte sie schnell genug sein.

R3 und R7 - 15 Ohm - notwendig? oder nur wegen des Meßgerätes?

Abgesehen davon, daß es je 15 MilliOhm sind, werden die nur zum Messen benötigt, sonst brücken.
Zur Syntax: 10R=10 Ohm, 1R=1 Ohm, R1=0,1 Ohm, R01=0,01 Ohm.

U1A, U1B, U2A - die Spannung zwischen Ausgang und Masse gemessen (richtig?)

Für die ersten beiden immer, das sind nur Impedanzwandler (Ue=Ua). Die Angabe zum dritten Op bezieht sich, wie dort benannt, auf die Generatorspannung (Ug).

Sind RV1, 2, 3 ausreichend für meine 60V max, oder muß ich die Widerstände verändern?

Die Regler bleiben so. Vergrößere aber die beiden Vorwiderstände zur Generatorspannung auf etwa den doppelten Wert.

Beim Ansehen der Datenblätter im Internet ist mir aufgefallen, daß LM258 Pin 4 auf -V liegt, der LM2903 Pin 4 aber auf Masse.

Das ist nur eine Frage der Sichtweise. Das ist jeweils der negative Speisungsanschluß.

Hat das einen speziellen Sinn, warum in der Schaltung LM2903 Pin4 auf -5V liegt?

Natürlich. Der Komparator bekommt u.a. das Ausgangssignal des Op davor eingefüttert, was durchaus negativ sein kann. Eingangsspannungen unter negativer Speisung mögen die meisten Bausteine nicht. Der negative Anteil wird dann hinter dem Komparator durch die Diode vom folgenden Transistor ferngehalten.

Anstelle D2-D7 und C12-C18 einen 7905 für die -5V? Q am LM555 dann freilassen?

Oje... Verstanden hast Du diese Schaltung gar nicht. Da es keine negative Speisung von außen gibt, wird sie intern erzeugt. Der Ausgang des 555 liefert eine niederfrequente Wechselspannung. Diese wird über die benannte Gleichrichterkaskade mehrfach aufgestockt zu einer negativen Spannung, welche dann die Op und Komparator speist.

MfG. Andreas

[andreas]

Hallo Daniel,

der Luftspalt ist genau des Rätsels Lösung. Er verhindert eine zu frühe Sättigung, setzt aber auch den Al-Wert deutlich herab. Natürlich kannst Du auch Kerne ohne Luftspalt benutzen und den Luftspalt dann selber herstellen. Dazu schaust Du im Datenblatt nach dem originalen Luftspalt (der oft nur im mittleren Schenkel eingebaut ist) und legst eine halb so dicke Zwischenlage aus Papier oder Kunststoff passender Dicke auf alle Schnittflächen des Kerns ohne Luftspalt auf. Früher wurden diese Kerne nur so auf Luftspalt getrimmt; die heutigen Angebote sind dagegen eher Luxus von der Stange für die Massenfertigung.

MfG. Andreas.

[sombrero]

Hallo Daniel,
Falls die endgültige Lösung für einen Abwärtsregler 0-60V auf 15V(10A) noch nicht gefunden ist, hier gibt es noch eine Lösung. Die kann man auf einer Platine 100x160mm diskret aufzubauen..
Das war eine Wochenendkonstruktion von 1990 und sollte 20-40V auf konstant 12V(2A) bringen. Mit wenig Verlust. Der Leistungstransistor war noch kein Mos Fet sondern ein pnp 2N2955.
Aber das Kernstück waren damals wie jetzt die beiden Transistoren T7,T8.
Die Schaltung so kurz wie möglich erklärt:
T7,T8 ist eine Differenzstufe und vergleicht die durch Zenerdiode Z15 fest eingestellte Basisspannung an T7 mit der Basisspannung an T8. Letztere ist die zu regelnde Ausgangsspannung am Akku.
Ist die Basisspannung an T7 > T8, so ist T7,T2,T5,T6 u. Mos Fet T1 leitend. Es fließt Strom in den Akku bis T7 = T8 oder sogar T7 < T8 ist. Dann sperren T7,T2.T5,T6 u. Mos Fet T1.
Nun wird fortwährend verglichen T7 > oder < T8 so schaltet Mos Fet T1 ständig. Höhere Belastung ergibt höhere Frequenz, im Leerlauf wird nur die Ladung am End Elko erhalten ( sehr niedrige Frequenz). Ausgangsrippel immer ca. 20mVss. Das stört einen Akku kaum.
Das Tastverhältnis T stellt sich natürlich selbstständig ein, wie immer bei Schaltnetzteilen. Im Falle einer Rohgleichspannung von 60V und am Ausgang 15V sieht es so aus.
Wirkungsgrad mal weggelassen. Es ist wie mit einem Transformator für Gleichspannung.
Tastverhältnis Tein / Taus--- 15V / 60V,---1 / 4, der Strom folglich 4 / 1, Innenwiderstand 16 / 1, Leistung 1 / 1. In den Impulspausen (also Taus) übernimmt Induktivität L den Stromfluß durch
seine vorher (während Tein) gespeicherte Energie. Zusammen mit dem Akku, End Elko und D4 wirken sie integrierend. Der Wert der Induktivität L ist nicht kritisch. Er kann jederzeit kleiner sein.
Ein größerer Wert ist besser.
Es läuft sogar ohne L nur mit einem Widerstand 0.1Ohm.
Aber wer macht sich schon den guten Wirkungsgrad gleich wieder selbst kaputt?
In diesem Fall ist die Induktivität ein E-30 Ferritkern ohne Luftspalt mit 20Wdg 1mm Durchmesser Cu. Lackdraht 1900nH/n x n. Falls nötig, Luftspalt selber herstellen.
D3 verhindert Akkuentladung über die Schaltung, denn T1 hat eine Schutzdiode in sich. Sie ist jetzt nicht nötig.
Aber ein kleiner Kühlkörper für T1 muß wohl sein.
Denn der angegebene T1 Mos Fet IRF9540 hat ein RDS(on) von 0.117Ohm. Bei 10A kommt doch einiges an Verlustleistung zusammen. Es gibt wohl einen IRF mit 0.02Ohm und dann
besser ohne Schutzdiode, dann entfällt auch D3.
T1 ist zwischen Gate--Source mit einer Zenerdiode Z15 beschaltet. Der für Wert für UGS darf bei vielen Mos Fet nur max 20V sein. Hier wird UGS nicht größer als 15V.
Damit der Ladestrom bei total entladenem Akku ebenfalls nicht größer als 15A werden kann ist eine Sicherung vorhanden.

mfG Peter Sombrero

LadReg 0-70V,15V 10A.jpg

[Daniel_K]

Hallo Andreas!
Danke für die vielen Tipps und Hinweise!
"Oje... Verstanden hast Du diese Schaltung gar nicht. Da es keine negative Speisung von außen gibt, wird sie intern erzeugt." - Entschuldigung, ich bin einem Denkfehler aufgesessen - hatte mir eingebildet, der 78L05 macht aus einer positiven eine stabilisierte negative Spannung. Die Kaskade selbst hab ich schon verstanden.
Noch ein paar Fragen zu dem Kern (ob ich's richtig verstanden habe).
1. Der Kern besteht immer aus 2 Teilen (2 E's), auch wenn er mit Luftspalt ist?
2. Zwischenlage halbe Dicke - weil bei Kern mit 2mm Luftspalt bei beiden E's der mittlere Schenkel 1mm kürzer ist?
3. Kann man mit isoliertem Draht (und Vorsicht) direkt auf den Kern wickeln (braucht also keinen extra Spulenkörper kaufen, der oft angeboten wird)?

Und eine ganz andere Frage: Ihr habt hier schon etliche gute Schaltungen entwickelt (MPPT-Regler, Siplicissimus-Schaltung,...), nur oft sind sie tief im Forum unter undeutlichen Forenthemen "versteckt". Und so stellen wir "Neulinge" wiederholt die gleichen Frage. Habt ihr vielleicht irgendwo eine Zusammenstellung aller interessannten und erprobten Schaltungen mit kurzer Erklärung und Verweis auf das Forenthema, wo sie ausführlich behandelt wird? Oder wäre das nicht eine Möglichkeit, den praktischen Nutzen der Seite zu erhöhen?

MfG Daniel

[bernhard8]

Und eine ganz andere Frage: Ihr habt hier schon etliche gute Schaltungen entwickelt (MPPT-Regler, Siplicissimus-Schaltung,...), nur oft sind sie tief im Forum unter undeutlichen Forenthemen "versteckt". Und so stellen wir "Neulinge" wiederholt die gleichen Frage. Habt ihr vielleicht irgendwo eine Zusammenstellung aller interessannten und erprobten Schaltungen mit kurzer Erklärung und Verweis auf das Forenthema, wo sie ausführlich behandelt wird? Oder wäre das nicht eine Möglichkeit, den praktischen Nutzen der Seite zu erhöhen?
MfG Daniel

Damit hast du sicher recht. So viele erprobte Schaltungen gibts aber vermutlich noch gar nicht (leider).
Vielleicht fällt Bernd eine Idee die wichtigen Teile an eine prominente Stelle kommen könnten. Der MPP Regler von Andreas gehört da sicherlich dazu.

[andreas]

Hallo Daniel,

EE-Kerne bestehen natürlich immer aus zwei gleichen Teilen. Der selbst eingefügte Luftspalt wirkt doppelt so dick, weil er sowohl im Innen- als auch in den beiden Außenkreisen auftritt. Der geteilte Kern erleichtert das Wickeln, weil so nicht (wie beim Ringkern) der Draht durchgefädelt wird, sondern einfach auf den Spulenkörper gewickelt werden kann. Wenn Du gern fädeln magst, montiere den Kern fertig und bringe dann den Draht ohne Spulenkörper auf. Eine Grundisolierung mit Ölpapier oder -gewebe ist dennoch zu empfehlen. Ich hätte allerdings Bedenken wegen Ferritbruch, wenn der Draht sich unter Last oder Wärme bewegt.

Ich wüßte nicht, daß es hier eine Übersicht der bisherigen Lösungen gibt. Wer sollte die auch erstellen und pflegen, kommt doch oft Neues hinzu.

MfG. Andreas

[Daniel_K]

Hallo Peter,
danke für die interessante Schaltung, probiere ich wahrscheinlich auch mal aus. Dazu Fragen:
1. Warum Tantal-C?
2. Spule - Ist eine zu große Induktivität kein Problem, eine zu kleine aber auch nicht kritisch???
3. Widerstände mit 1/3W? Ich dachte, Widerstände gibt's nur 0,25, 0,5, 1W ...
4. Mit der Z15 an T7 kann man auch andere Spannungen einstellen (z.B. Z5)? Damit läßt sich die Schaltung ja gut an alle möglichen "Abnehmer" anpassen.
MfG Daniel

[jb79]

Tantalkondensatoren müssen glaub ich nicht unbedingt sein,
Die Induktivitäten sollten schon stimmen. Eine zu große Induktivität läßt keine schnellen Stromänderungen zu, damit kann die Regelung träge werden wenn der Mittelwert des Stromes in der Spule nicht mit der Änderung der Eingangsspannung bzw. des Eingangsstromes mitkommt. Zu kleine Werte sind in jedem Fall schlechter, weil der Strom zu schnell ansteigen kann, die Spule evtl. in die Sättigung kommt und dann nur noch der ohm'sche Widerstand der Spule den Strom begrenzt. Darum besser ein paar µH zuviel als zu wenig.
Die Verwendung einer anderen Diode (z.B. 5,1V) müßte gehen, eventuell muß man dafür aber auch den 100k Widerstand etwas verkleinern, denke Andreas kann da aber mehr dazu sagen.

[andreas]

Hallo,

Tantalkondensatoren an Speisungen sind ziemlich tödlich, ich bin sie leid. Speziell in Digitalschaltungen werden sie mit hohen Impulsströmen beaufschlagt, was sie überhaupt nicht vertragen. Gewöhnlich brennen sie dann unter grandioser Rauchentwicklung ab. Vor einigen Jahren habe ich meinen alten Dolch 64300 komplett von ca. 150 Tantal-Cs befreit, weil sonst etwa alle halbe Betriebsstunde eine Flamme mit viel Ruß aus irgend einer der vielen Leiterkarten aufstieg. Seitdem ist Ruhe, man kann auch mal einen Tag lang störungsfrei messen.

Wenn ich das richtig sehe, ist Peters Schaltung eine mit Eintakt-Betrieb ja nach Speisung und Last. Das mag bei so großen Induktivitäten noch gehen, mir wäre das aber zu laut wegen der oft hörbaren Schaltfrequenz. Heute ist eine Pwm kein Thema mehr und sie läßt sich immer geräuschlos mit kleinen Induktivitäten aufbauen.

Recht ähnlich ist wohl diese Idee.

MfG. Andreas

[sombrero]

Hallo Daniel, jb79 und Andreas,
Zu den Fragen und Anregungen von Euch zu meinem Schaltregler 0-60V 15V(10A).
Nein, Tantalkondensatoren müssen an dieser Stelle nicht sein. Ich habe sie genommen weil sie sehr klein sind. Zu Andreas Einwand, daß Ihm die Tantal-C mit Gestank immer wegbrennen.
Vielleicht ist es so, daß Tantal-C weil sehr klein, aus Mangel an Oberfläche auch die Wärme nicht gut an die Umgebung abgeben können.
Aber in dieser Schaltung sind sie nicht im Schalterbetrieb.
Stoßgeschützt durch Widerstand, Spannungsgeschützt durch Zenerdiode. Besser kann es einem Elko doch gar nicht gehen. Aber normale Elkos machen es genauso gut u. sind billiger.
Zu Daniels Frage, warum Widerstände mit 1/3W, die gibt es doch gar nicht? Die gab es mal, aber alle Widerstände können hier 1/4W sein bis auf den 4.7k. Der muß dann 1/2W sein.
Und zur Frage, ob an T7 auch andere Zenerdioden möglich sind?--- Ja,--- Z27 für 24V Akku,--- Z5.1 für andere Versorgungen. Dann vielleicht den 100k Widerstand kleiner machen. Ich glaube aber nicht daß das nötig ist.
Will man Ausgangsspannung stetig verändern z.B.von 0V bis max 60V, dann anstatt Zenerdiode Potentiometer hinein. Dann ist es ein Gleichspannungssteller.
Zur letzten Frage mit der Induktivität L.
Zu groß oder zu klein? Ist sie zu zu klein nähert man sich dem Punkt daß sie nicht mehr existiert. (jb79 sagt): wenn zu klein kommt sie schnell in die Sättigung. Oder man muß mit der Frequenz
so hoch, daß die Verluste an den Transistoren zu groß werden. Wenn L groß ist, so sagt auch jb79, bleibt der Mittelwert des Stromes in etwa immer erhalten. Genau so ist es und das ist doch
gut. Daher eher große Induktivität mit hoher Güte.
Aber Ausregelung von Eingangs- Ausgangsspannung u. Laständerung wird nicht langsamer dadurch. Dieses hängt von 33k u. 10nF an T8 ab.
Aber für die Ladung eines Akkus reicht es.
Noch zum Einwand das die Induktivität laut pfeift. Je nach Belastung ändert sich die Frequenz von vielleicht 10Hz bis in den Bereich 20kHz.Wenn man die Kerne aber sauber zuammenfügt
und des Nachts nicht neben ihnen schläft müßte es aber erträglich sein.

mfG Peter Sombrero