Mal wieder ein Labornetzteil / Schaltregler + Linearregler ...?

[lommodore]

Hallo beisammen,

Labornetzteil – die tausendundeinste Variante. Ein neues Labornetzteil soll her. Am besten direkt zwei, damit ich eine symetrische Spannungsversorgung habe. Symetrische Spannungsversorgung deutet direkt auf eine Sache hin: Ich möchte damit gerne Audiokrams befeuern. Schaltnetzteile sind also hier etwas schwieriger, als ein reines Linearnetzteil. Das Problem ist allerdings: Ich hätte gerne 35V bei 5A am Ausgang. Da hab ich bereits zwei Trafos (32V), die bereits in entkernten Labornetzteilgehäusen daherkommen. Die Gehäuse sind allerdings nicht allzugroß, das sind Einschübe, ich mach bei Zeiten mal Bilder, weswegen die Kühlung eines Linearreglers bei 5A schon kritisch wird. Daher dachte ich darüber nach, einen Schaltregler als Vorregler zu nehmen, und dann einen linearen Nachbrenner hintendranzusetzen. Auf dem Gebiet Schaltregler kenne ich mich aber leider überhaupt nicht aus, deswegen der Post hier. Ich schreibe nochmal stichpunktartig auf, was ich gerne hätte:
- 35V / 5A (gibt der Trafo bereits her)
- (einigermaßen) geringe Abwärme
- Wenige Störungen, vor allem im Audiobereich, am Ausgang
- Digitale oder Analoge Anzeige, Digital würde ich allerdings präferieren
- Präzise Einstellbar (Entweder 10-Gang-Poti oder doch Digital per Encoder)
- Anzeige, ob das Netzteil gerade im Konstantstrom oder Konstantspannungsmodus ist
- Ausgang per Taste deaktivierbar
- Falls möglich, den guten alten 2N3055 als Nachbrennertransistor, davon hab ich hier noch einen Stapel liegen, und für irgendwas muss der ja mal verwurstet werden
- Nice to have: Trackingfunktion + Presets, aber ich fürchte, hier würde ich dann spätestens einen uC brauchen, und wenn möglich würde ich darauf gerne verzichten.
Und natürlich soll das Ganze auch so günstig wie möglich werden…

Vielleicht hat jemand hier schon mal sowas gebaut? Oder kann mir Tipps zur Herangehensweise geben? Ich habe gerade gesehen, in dem Thread von Bildern & Störungen wird sowas gerade diskutiert, aber ganz nachvollziehen kann ich das Ganze nicht. Irgendwo, ich meine, auf der Homepage von Fritzler hatte ich auch mal was über steuerbare Gleichrichter mit Thyristoren gelesen, aber ob das jetzt gegenüber einem Schaltregler + Nachbrenner mehr Vor- oder Nachteile gibt, vermag ich auch nicht zu beurteilen …

Ich danke euch schonmal fürs Lesen & die Hilfe


LG

Lukas

[reutron]

Ich schmeiß mal ein Tyristorvorregler ins rennen dann die Maximal Verlustleistung schon mal auf 40W eingedämmt.

[Fritzler]

In Fertig zum nachbauen wurde hier ja schonmal verlinkt, auch mit Vorregler:
https://www.fingers-welt.de/phpBB/viewt ... =3&t=13233

Wenn ein Parameter nich ganz passt lässt sich das ja noch aufbohren.

[sysconsol]

Anstelle eines Thyristor-Vorreglers kann man auch einen Schaltregler vor dem Linearregler verwendet.

[reutron]

Ich liefere mal noch als Beispiel die Schaltung von DG1AFG für ein geregeltes Netzteil 24V/10A
Nicht vergossene Trafos neigen aber dazu zu Knurren bei dieser Schaltungsanordnung.

Edit: Fall das jemand nachbauen will....Ich würde R6 auf mindestens das Doppelte erhöhen und einen
47Ohm Widerstand an Anschluß 10 des 723 schalten bevor das Signal wo anders hin geht. (Regelverhalten wird dann einwenig schlechter aber der 723 dankt es einen)

[Chefbastler]

Tyristorvorregler würde ich abraten wenn es um Audiotechnik geht.(Geräuschkullise aus dem Trafo)

Würde da nen Schaltregler vorregeln lassen und dessen Sollwertregeleingang mit 2V Offset auf die auf den Ausgang des Linearreglers hängern.
Linearregler hätte ich klassisch mit OP-Amps mit je einen für Spannung und Strom eingebaut und Sollwertvorgabe jeweils mit 0-5V(Für Tracking und Fernsteuerung praktisch) Sollwertsteurspannung gefüttert.
Shunt möglichst niederohmig gehalten und mit INA169 oder ähnlichen ordenrdentlich Verstärkt.
Und Ausgangskapazität möglichst niedrig gehalten für eine schnelle Stromregelung.
Ne stabile Referenzspannung mit TL431 oder ähnlichem.

Der LM723 ist für ein Labornetzteil auch nicht so ganz mein Favorit. Für ne ordentliche Stromregelung bräuchte es dafür schon einen Zweiten. Und um von 0-35V Regln zu können brauchts bei dem auch schon quasi nen Trick mit negativer Versorgung.

[lommodore]

Vielen Dank für den Input schonmal!
Ich versuche jetzt mal, das alles zu beantworten.
Ein Thyristorvorregler scheint für meinen Anwendungsfall nicht der optimale Lösungsweg zu sein. Außerdem scheint man sich einig zu sein, dass ein analog aufgebautes Netzteil sinnvoller ist. Digitale Anzeigen für den Ist-Zustand lassen sich dann ja doch relativ simpel verwenden. Eine Sollwertanzeige ist da glaube ich komplexer, wäre aber auch für mich eher ein Luxus als ein Must Have.

Das von Fritzler verlinkte 30V / 4A Netzteil scheint zumindest eine solide Basis zu sein, was den Linearregler angeht, allerdings besitzt dieses keine Vorregelung.

Den alten LM723 habe ich sogar als Ostpendant im silbernen TO-Gehäuse hier liegen, aber mit 37V maximaler Eingangsspannung passt das wahrscheinlich eher nicht so gut, außerdem weiß ich nicht, ob ich für einen neuen Entwurf eines Labot-NT wirklich auf einen so alten Chip zurückgreifen sollte.

Dir Vorschläge von Chefbastler klingen alle sehr verlockend, vorallem der Sollwert-Eingang mit 0-5V. Spätestens bei dem INA169 Verstärker wirds dann kritisch, wenn ich auch noch ein Platinenlayout entwerfen muss, auch nicht so meine größe Stärke.
Grundsätzlich bin ich mit der Funktionsweise eines Schaltreglers, als auch eines Linearreglers mit OpAmps einigermaßen vertraut, aber die korrekte Dimensionierung und der Aufbau macht mir Schwierigkeiten. Allein die riesige Vielfalt an Regler-ICs überfordert mich ehrlich gesagt ein wenig, ich kenne nur den LM2596 . Vielleicht könnte mir jemand in diese Richtung ein paar Denkanstöße geben, wie ich überhaupt ein passendes IC finde und dies dann Dimensioniere. Vielleicht kennt jemand auch ein wenig empfehlenswerte Literatur zu dem Thema, insbesondere Schaltreglern ...?


LG

Lukas

[Fritzler]

Den DCDC Vorverbrenner kannste dir ja vom Chinamann zukommen lassen.
Der Feedbackzweig lässt sich ja anpassen.
Da hab ich bisher aber nur welche bis 40Vin getestet, das wird wohl eeeeeeetwas knapp bei nem 35V Trafo.

[lommodore]

Gibts da viele Besonderheiten zu beachten? Also genug Strom / Spannung mit ein bisschen Puffer sicherlich, aber auch irgendwelche besonderen Filter, Schaltungstopologien o.Ä.? Ich hatte beispielsweise ein LT3800 basiertes Modul gesehen, was angeblich 60V / 10A abkann, welches aber laut dem Faden über Stepdowns hier im Forum zum Abbrennen neigt . Wäre es hier eventuell auch sinnvoll, so ein PCB quasi zu kopieren, aber effizientere FETs zu wählen? Oder dann doch lieber selbst entwerfen?

[Fritzler]

Das Ding _IST_ mir abgebrannt!
https://fritzler-avr.de/gallery/main.ph ... T3800_10A/

Wenn du nicht das letzte % Wirkungsgrad rauspressen willst ist das alles egal.
Eingangsspannung mit Puffer und Strom mit etwas Puffer.

Das Berechnen der SPule finde ich immer eklig.
Mit besseren FETs wär das Modul warscheinlich nicht abgebrannt, aber die SPule sah trotzdem viel zu klein aus.
Wenn dann der Stromfluss wegen zu geringer Induktivität zu groß wird, dann brennt dir jeder FET ab.

[Chefbastler]

Mit nem ordentlihen Design um den LTC3800 wird auch der funktionieren.

[sysconsol]

Ne stabile Referenzspannung mit TL431 oder ähnlichem.

Oder ähnlichem.
Der TL431 ist mir zu temperaturabhängig.
Der hat als Referenz für einen Drucksensor völlig versagt (geforderter Einsatztemperaturbereich: 10...50°C)
Habe dann eine REF05 genommen.

[Fritzler]

Wäre das nicht mal der ideale Start für das Fingerforum Fricklernetzteil?

- Schaltregler Vorstufe
- Linearnachbrenner
- symetrische Spannung wird erzeugt indem es 2 mal aufgebaut wird und dann tracking unterstützt
- ich wär ja noch für 2 Quadranten (Strom raus und Strom rein) dann hat jeder noch ne kleine E-Last
--> durch den Aufbau von 2 NTs wären dann auch 4 Quadranten machbar
- Prozessorgesteuert (das wäre dann mein Part)

Den Analogpart müssten dann die Analogpriester hier entwerfen.
Oder es wird sich mal wieder bei alten HP Netzteilen bedient, da gabs ja ein modulares Design zum Aufbohren ins Unendliche.
Für den Prozessor bräuchte ich dann nur 0 - xV Eingänge zum Steuern von Ausgangsspannung und Strombegrenzung.

[j.o.e]

Ich such mal meine Serviceunterlagen raus, meinte aber, dass das linear aufgebaute hp/agilent E3632A zwischen Anzapfungen des Netztrafos umschaltet.

[Bastelbruder]

Da ist ein gesteuerter Gleichrichter drin, allerdings nicht mit Thyristor sondern mit einem MOSFET. Und eine aktive Last die zwar bloß ein paar Milliampere zieht, die aber aktiv zur Dämpfung von Transienten aller Art beiträgt. Ich guck die Tage mal nach der Schaltung (die DVD mit kompletten Serviceunterlagen aller Netzgeräte war bis vor 3 Jahren noch bei jedem Gerät dabei).

[j.o.e]

Gefunden

entnommen aus dem Manual Part Nr: E3632-90010

CR11 ist der Gleichrichter für kleine Spannungen.
Bei höherer Ausgangsspannung wird dann CR17/CR19 zugeschaltet und 'ersetzt' die oberen 2 Dioden im Brückengleichrichter.
Wird die Ausgangsspannung noch größer übernehmen CR14/CR18.

[Chefbastler]

Ne stabile Referenzspannung mit TL431 oder ähnlichem.

Oder ähnlichem.
Der TL431 ist mir zu temperaturabhängig.
Der hat als Referenz für einen Drucksensor völlig versagt (geforderter Einsatztemperaturbereich: 10...50°C)
Habe dann eine REF05 genommen.

Ja die beste ist es nicht unbedingt und ich hatte meist was mit der TL431LI gemacht welche eh schonn besser ist. Aber besser als ne simple Z-Diode und für ne 0815 Anwendung oft ausreichend.
Wenn mann wirklich Präzision bauen will bin ich mit dir einer Meinung.

[Chefbastler]

Wäre das nicht mal der ideale Start für das Fingerforum Fricklernetzteil?

- Schaltregler Vorstufe
- Linearnachbrenner
- symetrische Spannung wird erzeugt indem es 2 mal aufgebaut wird und dann tracking unterstützt
- ich wär ja noch für 2 Quadranten (Strom raus und Strom rein) dann hat jeder noch ne kleine E-Last
--> durch den Aufbau von 2 NTs wären dann auch 4 Quadranten machbar
- Prozessorgesteuert (das wäre dann mein Part)

Den Analogpart müssten dann die Analogpriester hier entwerfen.
Oder es wird sich mal wieder bei alten HP Netzteilen bedient, da gabs ja ein modulares Design zum Aufbohren ins Unendliche.
Für den Prozessor bräuchte ich dann nur 0 - xV Eingänge zum Steuern von Ausgangsspannung und Strombegrenzung.

Sowas in der Art steht hier schon länger auf der ToDo Liste. Sollte ich evtl. doch mal umsetzen.

[Bastelbruder]

Es spricht absolut nichts gegen die Verwendung eines Schaltreglers zur Versorgung eines Analogreglers, es läßt sich damit die Verlustleistung effektiv begrenzen. Der Schaltregler muß vollständig EMV-konform sein, d.h. er darf keine (hochfrequenten) Störungen verursachen und auch nicht zicken wenn ein elektrischer Furz durchs Labor zieht. Billig-Chinamodule sind genauso shice wie die altdeutschen Leistungs-Störsender. In der Profiriege findet man nicht umsonst immer noch Eisenschweine.
Das Ausfiltern irgendwelcher HF-Ströme zwischen Erdpotenzial und Ausgang ist nicht Aufgabe des Analogreglers. Der hat nur die Aufgabe, analoge Vorgabewerte von Spannung und Strom rauscharm zu verstärken.

Woher und wie genau die Referenz kommt, ist erstmal zweitrangig, die könnte man austauschbar gestalten. Tatsache ist, daß der altehrwürdige 723 ziemlich alle modernen Bandgap-Referenzen in die Ecke stellt und der LM399 mit der geheizten Z-Diode ziemlich das Optimum darstellt. Um die Stabilität nutzen zu können, sind allerdings auch etwas bessere Widerstände notwendig. Da ist nichts mehr mit 1%igen Metalloxidwiderständen oder gar Potis, da muß es Draht oder Metallfilm sein. Trotzdem kann dieselbe Schaltung natürlich auch mit Standard-Z-Dioden, Kohleschichtwiderständen und Billig-OpAmps bestückt werden.

Die Idee mit 2 Quadranten finde ich gut, damit lassen sich nämlich Stabilität Härte der Ausgangsspannung, Impulsverhalten und Rauschen erheblich verbessern.

[lommodore]

Au weia, da hab ich ja was angeschubst
An einer solchen Geschichte würde ich mich gerne beteiligen, wenn auch ich das Design wahrscheinlich eher den Analog- und Schaltreglergurus hier zu überlassen ist. Ich würde einfach mal ganz frech diesen Thread hier dann zum Allgemeinen Finger-Labornetzteil-Diskussionsfaden ernennen, das klingt doch nach einem netten Projekt!

[Fritzler]

Bisher is ja "meine" Analogschaltung eher in die Hose gegangen.
Erst hats geschwungen bei der Strombegrenzung, nach ner Weile rumliegen gabs ne Wunderheilung.
Aber das Ausregelverhalten gefällt mir immernoch garnicht:
https://fingers-welt.de/phpBB/viewtopic ... 14&t=14438

[lommodore]

So!

Nachdem ich festgestellt habe, dass mir bei meinem neuen Projekt ein einziger Kanal eines Labor-NT nicht reichen wird, hab ich mir das hier nochmal angesehen.
Mein Ziel ist es jetzt erstmal, ein lineares Netzteil zusammenzukriegen, welches einigermaßen brauchbar arbeitet, und dann noch einen Schaltregler davor zu packen.
Mit diesem Linearteil habe ich mich jetzt mal beschäftigt und mithilfe des Internets und meines beschränkten Wissens über Audio-Verstärker entstand folgende, sehr simple, Konstruktion.
Als Vorwarnung: Den Leuten, die das hier richtig können, werden sich wahrscheinlich bei der Bauteilwahl & vorallem der genauen Auslegung der Schaltung die Fußnägel hochrollen, ich kenne mich auf dem Gebiet wirklich nicht gut aus, bin aber lernbereit .
Bis jetzt habe ich nur mit LTSpice gespielt, und noch nichts zusammengebaut. Grundlegend funktioniert meine Schaltung auch, ABER: Trotz 100uF am Ausgang hat die Spannung noch einiges an Ripple. Sowohl der Ripple, als auch die 100uF am Ausgang sind Dinge, die mir so nicht ganz gefallen, dies würde ich gerne noch ändern

Bevor ich aber hier noch mehr um den heißen Brei rumrede, hier mal ein Bild des Grauens für euch

Ausgangsspannung

Schaltplan

Ich würde mich freuen, wenn euch das noch nicht zusehr abgeschreckt hat, und ihr mir ein bisschen unter die Arme greifen könntet.


LG

Lukas


PS: Die LTSpice-Datei kommt als .txt File, die Forensoftware kommt mit .asc nicht klar, das müsst ihr ändern, wenn ihr darin was ändern oder anschauen wollt.
EDIT: Ich sehe gerade, in der angehängten Schaltung ist noch ein Fehler, die Diode D6 und der OpAmp U2 sind natürlich verbunden.

[xanakind]

Was spricht denn gegen zwei von solchen Modulen?:
https://www.ebay.de/itm/DP50V5A-Constan ... %3A2334524

Ich habe von denen 6 Stück zusammen mit 6 getrennten Schaltnetzteilen in ein Gehäuse gepackt.
Somit kann ich die alle beliebig miteinander verschalten.
Bisher habe ich noch keinen kaputt bekommen und Audiokram versorge ich damit auch regelmäßig.

Die Einstellung von Strom & Spannung ist blöd gelöst, man gewöhnt sich aber dran.

[video6]

Ich finde die Dinger genial.
Man brauch nur eine potente Quelle und fertig ist das Netzteil.
Das alles in ein Gehäuse der eigenen Wahl fertig ist die Laube.
Hab davon zwar nur eins mal gekauft da ich einige Statron Netzteile von klein bis ganz groß habe.
Sonst hätte ich mir eine Kiste wie Xana gebaut.

[ferdimh]

Moment... Du hast am Ausgang von dem Ding Ripple - während du es in LTSpice aus einer idealen Spannungsquelle versorgst?!
Dann schwingt das Ding noch.
Das ist auch wenig verwunderlich. Die (gut gemeinten) 4,7 nF-Entschwingkondensatoren sind wirkungslos, solange am Invertierenden Eingang eine ideale Spannungsquelle hängt. Da muss ein Widerstand in Reihe mit der Spannungsquelle, Größenordnung 1-10kOhm.

Dazu kommt das Problem, dass der Spannungsverstärkungstransistor von Selbiger sehr viel hat.
All diese Verstärkung trägt zum allgemeinen Oszillator bei.
Ein R-C-Glied (geraten: 100k in Reihe mit 10n) von Basis nach Kollektor des Transistors dürfte das Ganze ein gutes Stück einbremsen.
Unabhängig von diesem Problem hat die Konstruktion aber auch noch den Nachteil, dass der Spannungsverstärkungstransistor wegen seiner invertierenden Tätigkeit noch ein Problem mitbringt, wenn die Versorgungsspannung der Operationsverstärker ausfällt...

Dass der Stromregler wegen einer Leitungsunterbrechung deaktiviert ist, ist Absicht, nehme ich an.

[lommodore]

Was spricht denn gegen zwei von solchen Modulen?:
https://www.ebay.de/itm/DP50V5A-Constan ... %3A2334524

Ich habe von denen 6 Stück zusammen mit 6 getrennten Schaltnetzteilen in ein Gehäuse gepackt.
Somit kann ich die alle beliebig miteinander verschalten.
Bisher habe ich noch keinen kaputt bekommen und Audiokram versorge ich damit auch regelmäßig.

Die Einstellung von Strom & Spannung ist blöd gelöst, man gewöhnt sich aber dran.

Prinzipiell spricht nicht allzuviel dagegen. Mir ist es allerdings mittlerweile relativ wichtig geworden, einfach mit zwei Potis Spannung und Strom einstellen zu können, ohne mich groß durch Menüs zu fummeln. Da ich mit Schaltnetzteilen bei Audio auch schon schlechte Erfahrungen gemacht habe, mit meinem alten Linearen Voltcraft allerdings nie, bin ich für solche Anwendungsbereiche immernoch Fan von Linearnetzteilen. Auch wenn ich diese Module, vorallem das Riden RD6006 ganz nett finde. Vielleicht kommt sowas später nochmal, wenn ich mal Projekte habe, die einfach viel IGOR MEHR STROOOM benötigen.

Moment... Du hast am Ausgang von dem Ding Ripple - während du es in LTSpice aus einer idealen Spannungsquelle versorgst?!
Dann schwingt das Ding noch.
Das ist auch wenig verwunderlich. Die (gut gemeinten) 4,7 nF-Entschwingkondensatoren sind wirkungslos, solange am Invertierenden Eingang eine ideale Spannungsquelle hängt. Da muss ein Widerstand in Reihe mit der Spannungsquelle, Größenordnung 1-10kOhm.

Dazu kommt das Problem, dass der Spannungsverstärkungstransistor von Selbiger sehr viel hat.
All diese Verstärkung trägt zum allgemeinen Oszillator bei.
Ein R-C-Glied (geraten: 100k in Reihe mit 10n) von Basis nach Kollektor des Transistors dürfte das Ganze ein gutes Stück einbremsen.
Unabhängig von diesem Problem hat die Konstruktion aber auch noch den Nachteil, dass der Spannungsverstärkungstransistor wegen seiner invertierenden Tätigkeit noch ein Problem mitbringt, wenn die Versorgungsspannung der Operationsverstärker ausfällt...

Dass der Stromregler wegen einer Leitungsunterbrechung deaktiviert ist, ist Absicht, nehme ich an.

Das hat mir schonmal sehr geholfen, danke dir! Jetzt ist es zumindest in der Simulation sehr stabil. In der Simulation stecken nurnoch 10n als Ausgangskapazität, wobei ich dort ehrlich gesagt die Befürchtung habe, dass das in der Realität nicht ganz reichen wird ...
Den Fall des Ausfalls der OpAmp Versorgungsspannung hatte ich noch nicht bedacht, allgemein habe ich noch keinerlei "Fehlerfälle" im Kopf durchgespielt. Wie würdest du dieses Problem lösen?
Ich muss mal sehen, was ich momentan so an Teilen da habe, ich glaube, es scheitert an einem Kühlkörper für die 3055, damit ich das ganze mal aufbauen kann, und mal sehen kann, ob es wirklich so gut läuft.


Danke & LG

Lukas

[Name vergessen]

Ich muss mal sehen, was ich momentan so an Teilen da habe, ich glaube, es scheitert an einem Kühlkörper für die 3055, damit ich das ganze mal aufbauen kann, und mal sehen kann, ob es wirklich so gut läuft.

In ein Glas mit Wasser hängen?