Very Low Drop Regulator für mehr als 10A

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Hallo Leute,

ich habe da ein kleines Problem: Wie kann ich einen Low-Drop-Regulator für große Ströme aufbauen - leider finde ich bei Google nichts passendes.

Mein Grundgedanke: Ich benutze einen (bzw. mehrere parallele) N-Mosfets zum Abbau der Überspannung. Damit ich keine Hilfsspannung brauche, welche positiver ist als der "Pluspol" wird der Mosfet in die negative Leitung eingebaut.
Mein größtes Problem hierbei: Wie benutze ich einen Opamp als "Treiber" für diesen Spannungsregler; d.h. wie beschalte ich diesen. Als Spannungsreferenz würde ich einen Präzisionsspannungsreferenz-IC benutzen - die Ausgangsspannung würde zur Steuerung über einen Spannungsteiler an den Opamp führen. Die Ausgangsspannung sollte durch diesen Spannungsteiler im Verhältnis zur Referenz wählbar sein (feste 0603-SMD-Widerstände).

Die Maximale Eingangsspannung dieser Annordung wären 16,8-17V (4*Li-Ion *).
Ich habe zwar schon derartige (fertige)Treiber-IC gesehen, aber nur für Spannungsbereiche bis 12V.

Wenn ich das Prinzip derartiger Spannungsregler mit Mosfet richtig verstanden habe ergibt sich der Maximalstrom und die Drop-Spannung durch die Wahl des Mosfets. Daher kann ich doch durch parallelschalten mehrere Mosfets beide Werte verbessern. Ich möchte einen IRL8113-Mosfet benutzen - der Rds(on) liegt hier bei 6mOhm. Daher sollte ich hier bei einer Last von 20A nur 120mV bekommen.

Also nochmal in kurz: wie baue ich die Steuerschaltung für einen derartigen Spannungsregler auf - je kleiner die Schaltung wird desto besser - also auch SMDs willkommen.
Vielleicht hat jemand einen Link oder einen Schaltplan dazu.

Grüße Thomas
 
Hi,
ich hatte mal einen Schaltplan für einen Controllergesteuerten Spannungsregler im Trailtech Fred gepostet, der Analogteil ist aber der selbe und ziemlich simpel, der Controller hatte einfach nur die Sollspannung vorgegeben (und andere Funktionen erfüllt).

Aber: Was machst Du mit solchen Strömen?!? Und bedenke: 20A bei 2Volt Regeldifferenz macht 40Watt! Die mußt Du erstmal wegkühlen...
Wenn der Akku unter der Sollspannung ist, dann hast Du natürlich sehr geringe Verluste.

Gruß,
Nikolauzi
 
Standard-Schaltung Nr. 0815:Als FET würde ich den IRF5210 nehmen. Allerdings kann das TO220-Gehäuse nicht mehr als rund 50W verkraften (siehe Datenblatt). Mehrere Fets parallel ist schwierig, da man dann die gleichmäßige Stromverteilung nur mit zusätzlichen Source-Widerständen hinkriegt.

Gruß

Jürgen
 

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Danke für die schnellen Antworten. :)

@Nikolauzi:

Die Schaltung soll mir bei vollem Li-ION *-Akku die "Spannungsspitze" größer 15,6V nehmen - danach wird der Mosfet voll durchgeschaltet.
Anwendung: HID (10W/24W/35W), dazu evtl. auch noch Halogenbrenner - daher sollte die Schaltung hohe Dauerströme abkönnen.
Die Verlustleistung tritt also nur kurzzeitig auf - danach werden daraus nur noch einige Watt. Außerdem kommt die Wärme an ein massives Alugehäuse.


@JuergenH:

Auch wenn es eine Standartschaltung ist - leider ist diese Schaltung nicht so leicht zu finden (evtl falscher Suchbegriff?). Und da ich mit nicht sicher war wie ich den Opamp genacu beschalten muss hab ich hier mal nachgefragt.



Gibt´s eigentlich irgendein spezielles Buch über Schaltungtechnik für Linearregler/Schaltregler? Ich meine etwas Theorie - keine reine Schaltungssammlungen. Ich verstehe nunmal gerne die Schaltungen die ich benutze.

Grüße Thomas
 
superfisch schrieb:
@JuergenH:

Auch wenn es eine Standartschaltung ist - leider ist diese Schaltung nicht so leicht zu finden (evtl falscher Suchbegriff?). Und da ich mit nicht sicher war wie ich den Opamp genacu beschalten muss hab ich hier mal nachgefragt.

Gibt´s eigentlich irgendein spezielles Buch über Schaltungtechnik für Linearregler/Schaltregler? Ich meine etwas Theorie - keine reine Schaltungssammlungen. Ich verstehe nunmal gerne die Schaltungen die ich benutze.

Grüße Thomas

Hallo Thomas,

die Theorie findest du im guten alten "Tietze Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik". Dessen Auflage 4 hatte ich nun vor rund 30 Jahren als Student erstanden; ein Band der 8. Auflage habe ich aus der Bibiliothek unserer Firma als AUSGEMUSTERTES Exemplar erstanden!

Die aktuelle Schaltung mit Mosfet wurde mal in Elektor veröffentlicht, mit etwas mehr Periferie wie Strombegrenzung uswusw...

Bei den hohen Strömen wird der Rds on eines P-Kanal-Fets vielleicht nicht ausreichen. Du kannst das ganze auch komplett spiegelbildlich mit einem N.Kanal-fet aufbauen. Da gibt es eine Menge mit wenigen Mili-Ohms.

Ansonsten mal bei www.irf.com nach passenden Typen suchen oder bei www.nessel.de.

Gruß

Jürgen
 
Hallo Jürgen,

wenn ich die Funktion der Schaltung richtig verstanden habe, dann muss ich den Opamp für einen N-Mosfet so beschalten:

Der Nmos kommt in die negative Versorgungsleitung.
Die Referenzspannung kommt an den nichtinvertierenden Eingang, die Ausgangsspannung über den Spannungsteiler an den invertierenden Eingang.
Somit sollte der Ausgang des Opamp bei steigender Ausgangsspannung negativer werden und die GS-Spannung am Nmos reduzieren.

Falls ich hier einen Fehler mache bitte nochmal melden.

Ansonsten danke für Deine Hilfe! :)

Gruß Thomas
 
Hallo Thomas,

fast, aber nicht ganz. Ich habe mal das umgezeichnete und dimensionierte Diagramm angehängt. Die Referenzspannung sollte eher 5V stat 2,5V sein, damit kommt man etwas weg von der positiven Spannung. Wegen der hohen Schwellenspannung des Mosfets könnte die Schaltung vielleicht anfangen zu schwingen. Dagegen schaltest du einen 1nF-C zwischen Pin 1 und 2 des OP.

Gruß

Jürgen
 

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JuergenH schrieb:
Hallo Thomas,

fast, aber nicht ganz. Ich habe mal das umgezeichnete und dimensionierte Diagramm angehängt. Die Referenzspannung sollte eher 5V stat 2,5V sein, damit kommt man etwas weg von der positiven Spannung. Wegen der hohen Schwellenspannung des Mosfets könnte die Schaltung vielleicht anfangen zu schwingen. Dagegen schaltest du einen 1nF-C zwischen Pin 1 und 2 des OP.

Gruß

Jürgen


Hallo Jürgen,

sorry daß ich schon wieder nachfrage: Muss die Referenzspannung (für den NMOS) nicht an den nichtinvertierenden Eingang und die Ausgangsspannung an den invertierenden? In deiner Zeichenung ist das genau umgekehrt - daher würde der Ausgang des Opamps voll auf "Plus" gehen wenn die Ausgangsspannung größer als die Sollspannung ist.
Bin leider etwas verwirrt da ich nunmal Elektronik-Laie bin. :heul:

Grüße Thomas
 
Hallo Thomas,

wenn die Ausgangsspannung sinkt, dann steigt das Potential am positiven OP-Eingang. Damit wird auch dessen Ausgang positiver, also der Mosfet schaltet mehr durch. Dadurch kann die Ausgangsspannung wieder steigen.
Das Ganze ist wirklich auf den Kopf gestellt, weil nun hier alle Spannungen auf die positive Schiene bezogen werden müssen.

Bau es einfach mal provisorisch auf, dann siehst du, wie es funzt (HOFFENTLICH stimmts auch!!!).

Interessehalber: ist das denn so schädlich, für kurze Zeit etwas mehr Spannung auf die Lampen loszulassen?

Gruß

Jürgen
 
Hi Jürgen,

danke nochmal für die Erklärung - ich vertraue Dir in diesem Punkt einfach mal. Ich werde die Schaltung mal aufbauen und testen. Danch melde ich mich auf jeden Fall wieder (kann aber etwas dauern).

Was die Überspannung an den Lampen angeht: Es sind zwar nur 0,8V, aber ich möchte nur ungern ein Vorschaltgerät grillen - auch wenn Brightstar etwas billiger ist als WA.
Außdem habe ich noch eine 25W-HID von WA (Maximale Betriebsspannung dort 15,5V). Auf Nachfrage wegen der geringen Überspannung bei diesem 25W-HID-Ballast bekam ich (sinngemäß) folgende Antwort: Theoretisch sollte die geringe Überspannung bei kaltem Ballast kein Problem sein, aber bei Betriebstemperatur könnte diese Überspannung schädlich sein. Da ein 25W-Ballast dort knapp 200 Dollar kostet will ich nichts riskieren - vieleicht sind da einige Kondensatoren auf dieser Platine sehr knapp bemessen (was die Spannungsfestigkeit betrifft).

Ich habe mir aber den Brightstar-Thread nochmal durchgelesen - eigentlich hat es wegen der Überspannung bisher noch keine Ausfälle gegeben.

Grüße Thomas
 
Hallo Leute,

ich habe die Schaltung mit dem NMos jetzt schon mehrfach aufgebaut - sie läuft einfach nicht. Ich habe das Ganze auf eine Lochrasterplatine gelötet und die Bauteile (richtig) verbunden. Dann hatte ich am Ausgang volle Eingangsspannung! Also habe ich das ganze nochmal mit anderen Bauteilen und und "neu durchdachter" Verdrahtung zusammengebaut - wieder das gleiche Problem. Auch das grundsätzliche ändern/vertauschen der OP-Eingänge (wie ich vorgeschlagen hatte) bringt nichts....

Daher die Frage: Woran kann das liegen?

Die Bauteile:

1)Referenz: LM385-2,5V bzw. LM336Z-5V mit beiden getestet
2)OPAMP: LM358
3)N-Mosfet: IRF1310N (TO-220) Uds(br)=100V
4)Spannungsteiler: 2*13kOhm
5)Widerstand Gate-Source 10kOhm

Das Gate-Signal vom Opamp liegt an - ca.15V bei 15,4V Eingang....
Ich habe es auch mit und ohne Kondensatoren getestet - verschieden Typen nacheinander getestet.
Ein Bauteildefekt kann ich daher ausschließen - habe alle mehrfach getuascht....


Mir fällt leider nix mehr ein - hat die Schaltung schonmal jemand erfolgreich aufgebaut?
 
Hallo Superfisch,

hmmm, ich glaube, hatte dir die Schaltung untergeschoben. Hast du vieleicht mit einem Oszi mal die Schaltung auf Schwingungen getestet?

Schalte mal einen Kondensator (1nF .. 10nF) zwischen OP-Ausgang und negativem Eingang, so wie wenn man einen Integrator aufbaut. Es könnte nämlich sein, dass der OPAmp schwingt, weil er nicht weiß, was er in dem Spannungsbereich macht, wenn der Fet sperrt.

Gruß und :daumen: wird schon klappen!

Jürgen

EDIT: Und noch was: im Schaltbild habe ich wohl den Fet falsch herum gepolt. Damit ist die parasitäre Diode immer leitend. Der Source-Anschluss muss links sein, der Drain (= mittlerer Anschluss und Befestigungslasche beim TO220-Gehäuse) muss rechts sein. Das war wohl mein Fehler. Sorry.
 
JuergenH schrieb:
Hallo Superfisch,

hmmm, ich glaube, hatte dir die Schaltung untergeschoben. Hast du vieleicht mit einem Oszi mal die Schaltung auf Schwingungen getestet?

Schalte mal einen Kondensator (1nF .. 10nF) zwischen OP-Ausgang und negativem Eingang, so wie wenn man einen Integrator aufbaut. Es könnte nämlich sein, dass der OPAmp schwingt, weil er nicht weiß, was er in dem Spannungsbereich macht, wenn der Fet sperrt.

Gruß und :daumen: wird schon klappen!

Jürgen



EDIT: Und noch was: im Schaltbild habe ich wohl den Fet falsch herum gepolt. Damit ist die parasitäre Diode immer leitend. Der Source-Anschluss muss links sein, der Drain (= mittlerer Anschluss und Befestigungslasche beim TO220-Gehäuse) muss rechts sein. Das war wohl mein Fehler. Sorry.




Hallo Jürgen,

werde den Aufbau morgen ändern. Ein Oszi habe ich nicht zur Verfügung - melde mich nach dem Test nochmal - hoffentlich mit Erfolg.
Den OPamp habe ich nochmal nachgemessen - er schaltet den Ausgang richtig durch wenn man die Eingänge entsprechend ansteuert - hatte schon den Verdacht bei C... 20 defekte Opamps gekauft zu haben.


Den N-Mosfet habe ich richtig eingebaut - also Source an "Minus" der Spannungsquelle, Drain als "Minupol" des Ausgangs und Gate an den Op-Ausgang.

Grüße Thomas
 
Hallo Jürgen,

gute Nachrichten! Mit einem 10nF-Kondensator zwischen Out un IN- funktioniert die Schaltung! Mit 1nF hat es nicht getan....

Danke für die Hilfe! :) :) :)

Grüße Thomas
 
Hallo Superfisch,

das mit dem Kondensator hat den Nebeneffekt, dass die ganze Regelung so verlangsamt wird, dass der OpAmp mit seiner begrenzten Geschwindigkeit mithalten kann. Also hat der ganze Regler nun eine begrenzte Geschwindigkeit, auf Spannungsänderungen zu reagieren. Das ist aber in diesem Anwendungsfall kein Problem.

Viel Erfolg mit dem Regler!

Gruß

Jürgen
 


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