Labornetzteil mit hoher Spannung

[Dominik009]

Hallo und danke an Euch beide für die Antworten!

Das klingt nun wirklich alles sehr komplex. Woran liegt es den genau das die Schaltung nach meinen änderungen nicht mehr funktioniert (es fließt fast kein Strom).

Eine negative versorgungspannung für den OP ist kein Problem, sowas habe ich schon mehrfach gemacht und das ist mit dem Printtrafo + Spannungsreglern ja schnell gemacht. Dann hätte der OP +15V und -15V.

Welchen Wert sollte den der Widerstand parallel zu C4 haben?
Wie fidne ich heraus welchen Wert der Kondensator parallel zu R5 hanen soll? Wie wird das simmuliert, kenne mich da noch nicht so gut aus

Du meinst ich soll die Elkos C1 und C2 vergrößern? Welcher Wert wäre denn hier angebracht? Kann ich einfach 2 große mit 1000u nehmen?


mein aktuelles Problem ist eigentlich das die Schaltung nicht mehr läuft (es fließt kein Strom) wie kann ich das beheben?

Viele liebe Grüße
Dominik

[Besserwessi]

Für das Problem mit der Rückkopplung habe ich ein brauchbare Lösung gefunden, die wie die ursprüngliche Schaltung eine Zenerdiode drin hat. Allerdings kommt der Widerstand R8 vor die Diode, und die Widerstände r7, R8 sollten deutlich (ca. 10 mal) kleiner werden. Damit ist dann auch der Strom für die Diode im Üblichen Bereich. Mit den kleineren Widerständen bleibt der Wert für C4 dann auch im Rahmen (bei mir in der Simulation eher 50 pF trotz etwa 10 mal kleinerer Widerstände). Die Rückkopplung erfolgt dann von der Basis (oder wahlweise Emitter) der MJ15003 zur Kathode der Zenerdiode, da wo auch der neue R8 ran kommt. Für 50 V Ausgangsbereich wäre eine etwa 6-10 fache Verstärkung richtig, also etwa 1 K für R8 und 5 - 9 K für die Rückkopplung.
Damit kommt man dann ohne eine negative Spannung aus, und mit der Rückkopplung ist die Spannung am Ausgang auch schon ohne den OP zum regeln relativ stabil.

Wieso die zuletzt gezeigte nicht funktioniert kann ich auch nicht sagen. Da müsste man wohl ein paar Spannungen / Ströme "nachmesse".

Die Kondensatoren C2/C3 muss man nicht vergrößern, aber man muss damit rechnen, dass ein Benutzer später an das Netzteil mal eine Schaltung mit einem dicken Elko an den Eingang hängt. Deshalb muss die Schaltung auch mit größeren Werten für C2 und C3 noch funktionieren. Um es etwas einfacher zu machen kann man dabei für den Elko wohl etwas ESR voraussetzen, also eine kleinen Serienwiderstand von vielleicht 0,01 Ohm beim Elko.

Zum testen kommt statt des Ausgangs vom OP ein Testsignal vom Generator. Mit einer langsamen Rampe kann man sehen ob der Spannungsbereich stimmt, also kleine und große Spannungen erzeugt werden können. Mit einem Sinus mit DC Offset kann man dann den Frequenzgang testen, also die Verstärkung und Phase als Funktion der Frequenz.

Hier noch das Bild der Schaltung bei mir:

[Dominik009]

Hallo,
vielen Dank für den Plan und die Erklärung!

Kurze Frage, in deinem Plan hat R8 500Ohm und du schreibst etwa 1k für R8. Was soll ich hier am besten nehmen? Ich habe den Fehler in der Schaltung gefunden, eine Leitung muss wohl nicht richtig verbunden gewesen sein. Jetzt läuft meine Schaltung wieder.



Ich habe die änderung mit der Zenerdiode und dem Widerstand auch gemacht. Was meinst du genau mit der Rückkopplung? Das verstehe ich noch nicht so ganz. Du hast die Diode ja in deinem Plan mit einem 2N3904 und nicht einem MJ15003 verbunden.

Bild hier  

Sind die von mir eingesetzen Werte soweit richtig?

In deiner Version ist keine Konsanstromquelle, ist das richtig? Weil wenn ich eine nutze müsste ich die Werte ja für 2,5A anpassen.

Viele liebe Grüße
Dominik

[Besserwessi]

In meiner Version habe ich die beiden Diode durch eine Spannungsquelle mit 1 V ersetzt - das macht die Simulation, und Anpassungen einfacher, viel mehr ändert sich da nicht. Bei der Darlingtonschaltung habe ich einen 3. Transistor hinzugefügt, um die Schaltung schneller zu machen. Zumindest der 2N3055 den ich in der Simulation habe ist recht langsam und hat entsprechend bei höheren Frequenzen kaum noch Verstärkung. Der zusätzliche Transistor sorgt für mehr Verstärkung und reduziert damit auch das Problem mit der Leistung von Q4 - es reicht dann weniger Strom (ca. 1 mA)

Beim Simulieren des kompletten Reglers ist mir aufgefallen, das eine deutlich höher Verstärkung gewollt - sonst wären die Ansprüche an den OP einfach zu hoch, zumindest für hohe Ansprüche an den Regler. Da ist das Problem eher Q4 genügend schnell zu bekommen für eine etwa 50-100 fache Verstärkung, auch noch bei 100-500 kHz. Das Problem mit den Offset relativiert sich dadurch deutlich - hilfreich ist die Rückkopplung (wenn auch hochohmiger) aber auf alle Fälle. Ob man für R8 jetzt 500 Ohm oder 1 K nimmt ist nicht so entscheidend, das ist nur ein Faktor 2 in der Verstärkung.

In der Simulation funktioniert es schon ganz gut - ein Problem ist noch etwas die Schaltung so hin zu bekommen, das die Werte von den Kondensatoren nicht zu sehr von den genauen Eigenschaften der Transistoren abhängen. Die Rückkopplung auf Q4 ist schon mal ein erster Schritt. Es ist halt in der Simulation viel einfacher die passenden Werte einzustellen, als später bei der richtigen Schalung.


Mit der fertigen Schaltung wird das heute nichts mehr, aber vielleicht morgen.

[Dominik009]

Hi Besserwessi,
vielen dank für deine Antwort. Ich finde es super, das du sogar an silvester was schreibst und versuchst zu helfen

Am besten tue ich in meine Schltung dann auch noch einen 3ten Transistor. Du meinst damit ja sicherlich einen weiteren Transisor vor die beiden MJ15003, die ja in reihe geschaltet werden. Welchen Typ soll ich da am besten nehmen, einen 2ten BD139?

Wenn für Q4 durch den 3ten Transistor weniger Strom benötigt wird muss ich ja in der Schaltung auch die Konstantstromquelle anpassen, richtig?

Ich sehe es richtig das deine Schaltung ohne Q3 (bezeichnung aus meinem Plan) auskommt und so auch keine Strombegrenzung besitzt?

Die Rückkopplung erfolgt dann von der Basis (oder wahlweise Emitter) der MJ15003 zur Kathode der Zenerdiode, da wo auch der neue R8 ran kommt.

Diesen Satz im zusammenhang mit dem Schaltplan von dir verstehe ich nicht.
An der Kathode liegt der R8 an (500Ohm). Die Rückkopplung geht dan über einen Widerstand mit 2k, 1x an die Basis von Q6 und Q7 und 1x über 100Ohm an den Transistor vor Q6 und Q7 (also Q2). Ist es korrekt das die Leitung nicht mehr an Q4 geht?

Viele Grüße
Dominik

[Besserwessi]

Das mit dem 3. Transistor in der Darlingtonschaltung ist schon richtig - ob da ein BD139 (in der Simulation BD135) geht, muss man erst mal sehen, vermutlich wird da auch ein 2. etwas Leistungsstärker Transistor gebraucht. Bei 50-60V vertragen die meisten Transistoren einfach nicht viel Strom. Die genaue Auswahl der Transistoren ist aber einer der letzten Punkte. Erst einmal geht es nur um die grobe Größe und Geschwindigkeit.

Die Stromregelung habe ich nur erst mal weggelassen - erst sollte die Spannungsregelung funktionieren.

Bei der Version von der ich dachte sie wäre gut habe ich allerdings ein Problem: die Anforderungen an den OP waren sehr hoch (>20 MHz GBW), also schon ein richtig schneller OP. Das schöne an der Version war, das man da die Simulation schön anschaulich, Stück für Stück machen konnte, und auch die Kurven für den "Loop Gain" sahen gut aus.
So langsam habe ich es aber hin bekommen das der schnelle Teil von den Transistoren übernommen wird, und der OP wohl langsamer sein darf. Allerdings ist da die Entwicklung und Bedeutung der Kondensator-werte nicht mehr so schön einfach wie zuvor.

Ich habe bei mit irgendwie ein komische Problem mit der Simulationssoftware - die will irgendwie keine langsamen OPs. Deshalb kann es mit einer neuen und dann ggf. endgültigen Version noch etwas dauern. Werde wohl mal eine neue Version probieren - die alten mag schon kein automatisches Update mehr.

Ein bisschen ist noch die Frage wie wichtig die Stromregelung ist. Es gibt halt zum einen die einfache Version, etwa so wie im Plan jetzt, das ist mehr eine grobe Strombegrenzung zum Schutz der Schaltung. Eine genaue Stromregelung wäre wohl nicht so aufwendig, braucht aber dann vermutlich eine Hilfsspannung (oder den Shunt auf der GND seite). Mit Hilfsspannung könnte man aber auch gleich ein ganz anderes Konzept nutzen. Da gab es vor etwa 1 Jahr mal einen Thread zu:
http://www.mikrocontroller.net/topic/247281#new
Gerade für hohe Spannungen hat das Konzept da Vorteile, weil nur wenige der Transistoren für die hohe Spannung sein müssen. Der einzige Nachteil ist, das die automatische Nutzung von 2 Trafo-abgriffen nicht so einfach ist, jedenfalls sehe ich das da nicht.

[Dominik009]

Hi Besserwessi!

Vielen, vielen Dank für deine große Mühe! Ich weiß das echt zuschätzen=D>

Mit deiner vorgehensweise hast du natürlich recht. Erst sollte die Spannungsregelung funktionieren, bevor man sich über die Stromregelung gedanken macht, wobei hier eine richtige (also genauere) version wo man einen Wert Imax einstellen kann, der nicht überschritten wird (so ist es ja auch in fertigen Labornetzgeräten).

Welche Software nutzt du den bisher zum simulieren? LtSpice?

Eine Hilfsspannung ist wie gesagt kein Thema, da ich einen Printtrafo habe und verschiedene Spannungen mit mehreren Spannungswandlern daraus erzeugen kann. Der Schaltplan aus der Elektor scheint gut und interessant zusein, müsste natürlich etwas angepasst werden.

Meinst du es ist besser auf dem Elektor plan auzubauen, anstelle den Plan zunutzen, den ich im Startpost vorgeschlagen habe? Wie ich lese packt das NT bis zu 5A, was natürlich super wäre. Ist es den bei aussriechender aktiver Kühlung mit großem Kühlkörper und mehreren Lüftern nötig eine Umschaltung zwischen 2 abgriffen des Trafos zu machen?

Viele Grüße und nochmal 1000 Dank für die Arbeit die du dir machst und deine Hilfe
Dominik

[Besserwessi]

Die Schaltung aus dem sehr langen Thread im Microcontroller.net fängt zwar irgendwie bei einer alten Elektor Schaltung an, aber später ändert sich da einiges. Die Basis ist da wohl ein altes Netzteil von HP (jetzt Aligent). An sich ist die Schaltung nicht schlecht, zumindest eine der späteren Versionen (so etwa im letzten Drittel).
Die Schaltung aus dem Startpost ist etwas einfacher und kommt eher ohne den 2. Trafo aus. Es gibt nach dem Prinzip auch noch öfter ein Version mit dem Shunt an der GND Seite. Da geht die Stromregelung auch ohne Hilfsspannung. Von der Schalung müsste ich eigentlich auch noch einen Plan aus einem Elektorheft haben - ein entsprechendes Netzteil (-28V, 2,5 A) habe ich auch noch.

Bei der Frage wie viel Strom oder Spannung das Netzteil liefern soll ist vor allem eine Frage der Endstufentransistoren, Kühlkörper usw. Das gilt für beide Ausführungen. An sich geht so ein Linearnetzteil auch deutlich größer - ich hab schon mal eines für 10 kV und 1 A benutzt, das war dann aber schon mit Wasserkühlung und Drehstromanschluss und etwas größer als eine Waschmaschine.
Der Eigenbau so eines Netzteils ist mehr ein Lernprojekt - wenn man Gehäuse, Trafo, Kühlkörper usw. einberechnet ist ein Kauf mittlerweile oft günstiger. Von daher reicht dann zumindest für den 1. Versuch auch eine kleine Version (z.B. 25 V und 1 A), da sind die ggf. zerschossenen Teile günstiger und leichter zu gekommen.

Die Umschaltung zwischen den 2 Trafoabgriffen spart halt einiges (etwa die Hälfte) an Verlustleistung, und für hohen Spannungen wie hier kommt dazu das die Spannung an den Leistungstransistoren kleiner wird, die SOA Limits schlagen da nicht so zu und man kommt ggf. mit weniger Leistungstransistoren aus. Auch darf der Trafo dann ggf. etwas kleiner sein, bzw. man hat dann mit dem gleichen Trafo und Kühlkörper etwa ein Netzteil, das von 0-20 V bis etwa 3,5 A liefern kann, und von 20-50 V bis 2A , statt eines das 0-52 V und nur 2 A kann. Eine gewisse Alternative zum Umschalten der Trafoabgriffe ist eine Vorregelung per Schaltregler. Das ist aber etwas aufwendiger.

Zum Simulieren nutze ich LTSpice (allerdings noch eine eher alte Version)

[Dominik009]

Hi,
danke für die erklärung. Für mich ist halt jetzt die Frage, welche der beiden Schaltungen als bessere Basis dient. Wenn mein NT viel Strom schaft, wäre das natürlich schön, aber das wesentliche ist halt das ich 1A (evtl auch 2A) schaffe und bis 50V hochkomme.

Ein Freund von mir hat mir heute ein Ringkerntrafo angeboten, was 1x40V Out hat. Wie viel VA muss er mal nachschauen. Das Teil hat nie gelaufen (also ich meine es wurde noch nie angeschlossen) und ich könnte es für nen 10er haben
Kann ich das annehmen? Das problem ist halt das es nur einen abgriff hat, aber einem geschenkten Gaul..................

10kV und 1A ist natürlich eine Hausnummer Wozu braucht man den sowas?

Das man mit einem selbstaubnetzteil nicht (viel) billiger kommt als ein kaufnetzteil ist mir klar, nur leider gibt es netzteile bis 50V sehr selten und mir geht es auch um das bauen selber.

Wie kommst du den mit dem Plan so vorran? Ist ein Ende insicht?

Viele liebe Grüße
Dominik

[Besserwessi]

Die 10 kV und 1 A waren für einen Elektronenstrahl, um damit Metall zu schmelzen und verdampfen. Die Regelung war auch nicht wirklich über die Spannung, sondern den Strom, oder wahlweise über die Rate mit der das Metall verdampft ist.

Mit einem 40 V Trafo bekommt man nur etwa 54 V DC hinter dem Gleichrichter, wenn alles gut geht. Da ist dann aber noch keine Reserve drin für eine geringere Netzspannung oder eine nicht mehr so ideale Sinusform, und für die Restwelligkeit. Ich fürchte das werden zu ungünstiger Zeit nicht mehr ganz 50 V werden. Das ist also etwas zu wenig um wirklich auf 50 V zu kommen. So etwa 48 V kann man wohl fast immer nutzen. Die Schaltung vom Microkontroller.net ist ein low drop Regler mit wenig Verlust (ca. 0,5-1 V) bei der Spannung und könnte damit wenigstens noch meistens die 50 V erreichen. Die Schaltung hier ist ein klassischer Regler und kommt mehr so auf 3 V Dropout - da wären die 50 V nur ab und zu und mit wenig Strom drin (z.B. wenn die Sonne scheint). Damit man mit dem Trafo auf etwa 1 A DC kommt braucht der Trafo etwa 80 VA, bei großen Elkos für einen Hauch mehr Spannung ggf. auch noch etwas mehr.

An sich geht der Plan ohne Stromregelung so weit, nur mit dem OP spinnt die Simulation noch (der startet je nach Schaltung erst mit Verzögerung und macht die Simulation damit sehr langsam - vermutlich startet der OP mit extremer Überlast und braucht dann einfach Zeit um eine interne "Kapazität" zu entladen, und je langsamer der OP, länger braucht der). Die Stromregelung ist aber eigentlich ein eher kleiner Schritt. Was dann noch fehlt ist ein Sauberer Übergang von strom-geregelt auf spannungs-geregelt, damit es da keinen merklichen Überschwinger gibt.