Spannungsfolger/Impedanzwandler 25A

[fleisi]

Hallo Leute,

ich weiß dies ist mein erster Beitrag, es wäre aber trotzdem nett, wenn Ihr mir helfen könntet.
Ich brauche für eine Steuerung eine leistungsfähige und möglichst unkomplizierte Impedanzwandlung.
Eckdaten:

-vom D/A Wandler kommt eine Steuerspannung von 0-10V, 20mA
-Nutzspannung 2-12V, 25A

Alles DC und ziemlich träge darf es auch sein. Einziges Problem ist der extrem variable Lastwiderstand: zwischen wenigen Ohm und einigen kOhm ist alles möglich.
Ich komme irgendwie auf keinen grünen Zeig, alles was ich bisher in PSpice simuliert habe, hat nicht funktioniert.

Danke vielmals für Eure Hilfe!

Johannes

[BlueNature]

Servus fleisi,

du wirst um eine Schaltreglertechnik nicht umhinkommen. Bei dem Strom ist die Wärmeentwicklung sehr hoch wenn man es linear lösen würde. Wenn die Versorgungsspannung höher ist wie die Ausgangsspannung (vermutlich Industriestandard 24VDC), dann ist ein Step-Down-Converter die richtige Lösung. Schau dich mal in diesem Bereich um, da gibt es etliche IC's die diese Aufgaben lösen können mit wenigen externen Komponenten. Bei dem Strom allerdings wird ein zusatz nötig werden der diese Leistung schalten kann.

Grüße Wolfgang

[fleisi]

Hallo Wolfgang,

die Versorgungsspannung ist einstellbar, wäre also kein Problem die auf 13V einzustellen. Meinst Du nicht, ein N-Mosfet in Drain-Schaltung könnte ausreichen? Mit gewissen "Unlinearitäten" könnte ich leben, die könnte ich über die Software kompensieren.
Wie sieht es eigentlich mit den üblichen Spannungsreglern (z.B. LT1085) aus? Sowas gibts doch sicher auch ist "stärker", könnte man den nicht entsprechend beschalten, daß über die Ausgangsspannung der Sollwert vorgegeben wird? Ich vergaß außerdem zu erwähnen, daß das D/A-Interface auch Ströme ausgeben kann (0-20mA), wäre das damit vielleicht einfacher?
Ich bin Dir wirklich dankbar, mir rennt grad ein bischen die Zeit davon.

Johannes

PS
hab ich vergessen: step-down-converter sind doch eigentlich nur für kleiner Leistungsbereiche geeignet, oder irre ich mich da?

[BlueNature]

gerade für größe Ströme (und der damit verbundenen größeren Leistung in Wärme) sind Schaltregler idealer. Lineare Regler verbraten die überschüssige Spannung in Wärme. Einfahc grob Delta U * I = P (=> Hitze). Bwei Schaltreglern ist es durch das geschichte ein/ausschalten eben anders udn hat nur noch geringe Verluste das der Wirkungsgrad erheblich besser ist. In deinem Beispiel wären es ab 13V auf die 2V ca. 11V. Damit hast du bei 25A eine Leistung die du verbraten mußt von maximal 275W. Das ist schono enorm mit der Kühlung.

http://www.sprut.de/electronic/switch/schalt.html#down

Schau da mal rein, da wird relativ einfach erklärt wie so ein Step-Down-Wandler funktioniert.

Der von dir genannte LT1085 ist ein Liearer Längsregler, der verbrät wie schon geschrieben die Leistung!

[shaun]

Die erste Frage ist natürlich, in wie vielen Quadranten das Ding arbeiten muss. Ein normaler OPV kann sowohl Strom liefern als auch senken, benötigst Du das auch, oder arbeitet die Schaltung grundsätzlich in einen Lastwiderstand? Ein einfacher Regelkreis mit einem kompensierten OPV um einen MOSFET als Stellglied würde das Problem schon lösen, nur halt mit dem Makel der hohen Verlustleistung. Wie niedrig kann der Lastwiderstand denn werden? Die Schaltreglervariante ist bei vertretbarem Aufwand nicht wirklich schnell, wie lahm darf es denn sein? Wie viele Störungen sind erlaubt?

[fleisi]

Hallo,

es darf sehr langsam sein, ist ein chemischer Prozess, da passiert so schnell eh nichts. Es ist grundsätzlich immer ein Lastwiderstand vorhanden. Wie groß die Verlustleistung ist ist mir grundsätzlich egal, ich hab mir mal einen LT1083 bestellt und werde den mal ausreizen, die Teile kann man auch parallelschalten, evtl wäre das eine Möglichkeit.
Problem ist auch: ich brauche 16 dieser Regler... jedes gesparte Bauteil spart also richtig Platz!

Danke für die Tipps!

[shaun]

Ohne Weiteres solltest Du die Dinger nicht parallel schalten. Wenn Du mit MOSFETs arbeiten würdest, hättest Du bei 12,xV Versorgung und einer etwas erhöhten Gatespannung fast keinen Spannungsabfall, müsstest also maximal 10V Differenz mal 25A, sprich 250W vernichten. Das ist mit einem Einzel-MOSFET praktisch nicht hinzukriegen, aber wenn Du welche parallel schaltest, müsstest Du mit aktiven Reglern für Stromausgleich sorgen (jaja, das Thema hatten wir hier schon, andere meinen, man müsse das nicht tun)
Mit den Spannungsrehlern hast Du 2-3V Spannungsabfall und damit 50-75W Verlustleistung mehr als nötig - so oder so wäre ein steuerbares Schaltnetzteil hier also am sinnvollsten.

[sigo]

Hi Fleisi, ich stimme meinen Vorrednern zu, dass eine Schaltreglerlösung wohl am günstigsten ist.

Da du schreibst, dass es nicht so schnell sein muss,
könntest du das z.B. auch mit einem Microcontroller, wie dem ATtiny13 realisieren, siehe hier: http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/2535S.pdf

Der hat 4 AD-Wandlereingänge und 2 PWM-Ausgänge, kostet sehr wenig, und ist im 8-pol. Gehäuse..

1. AD: Sollspannung o..10V
2. AD: Ist-Spannung
3. AD: Eingangsspannung (z.B. 12,5..24V aus Schaltnetzteil, z.B. 25A , ideal wäre eine 13,8V Versorgung..)

ggf. 4. AD für den Strom

PWM steuert über MOSFET-Treiber MOSFET(s) an...
mit möglichst hoher PWM-Frequenz

Dann mit einer Drossel und ein paar guten Elkos glätten...

Den Ausgang über Spannungsteiler und ggf. glättungskondensator wieder zum IST-Eingang führen..

Im Controller einen einfachen PI-Regler programmieren.

Da es nicht schnell sein muss, kann man das Ganze auch mit der Freeware-Version von BASCOM in Basic realisieren...
Beispielprogramme gibt es reichlich...

Falls deine Stromversorgung eine Grundlast braucht, könntest du mit dem 2. PWM-Ausgang, einem weiteren MOSFET (kleiner Logiclevel-Fet, ohne Kühlung) und einem fetten Widerstand immer soviel Grundlast erzeugen, wie gerade gebracht wird.


Die effizienteste Lösung wäre natürlich ein primär getaktetes Schaltnetzteil mit Powerfactorcorrection...das ist aber dann anspruchsvoller...

Sigo

[BlueNature]

eine Anregung hab ich noch als Easy-to-Do-Methode ohen gleich in AVR einzusteigen, immerhin ist so ein "bisschen PI-Regler" nicht gleich programmiert ohne Vorkenntnisse und Erfahrung in AVR-Programmierung. Da gibts recht günstige 8-polige IC's wie z.B. den MC34063. Den schaust dir mal im Datenblatt an, da gibts Möglichkeiten den zu verstärken im Ausgangsstrom, ganz einfach ist das auch nicht, aber denke die simpelste und schnellste reell machbare Funktion mit deinen Kenntnissen.

Grüße Wolfgang