Spannungsregler - Wie kann man es umsetzen? ...Kühlprobleme

[robodriver]

Hallo Leute,

ich habe folgendes Problem: Ich würde mir ganz gern so eine art Netzteil selber basteln. Mit einem Variablen Spannungsausgang am besten von
1-12V mit 1A (15V Eingangsspannung)

Nun bin ich momentan dabei mir die Schaltung zu entwerfen und nach Bauteilen zu schaun. Gefunden habe ich bisher nur den LM317
Aber der scheint dafür nicht geeignet zu sein.
Laut meiner Rechnung bräuchte ich dann einen Kühlkörper mit einem Wärmewiderstand von 0,4 K/W. Da kommen aber nicht mal die besten Leistungskühlkörper ran...

Was könnt ihr mir so empfehlen, wie könnte man das ganze denn noch umsetzen?


Danke schonmal für eure Hilfe

Gruß Robodriver

[T.J.]

12W mit dem LM317 gehen schon, auch mit normal großen Kühlkörpern

ich habe ein kleines Netzteil mit einem LM317 bis 15W. dafür habe ich ein Kühlkörper von einem alten 386. Das ganze in ein altes ATX Gehäuse mit 80er Lüfter. Da wird nix warm..

wenn du es effektiver möchtest schau mal bei Maxim-IC nach MAX1649. den kann man auch von 1,5V bis Eingangsspannung regeln. Bis 2,5A je nach MOSFET. 90% Wirkungsgrad. Bin grad dabei eine Regelung mit dem chip für ein LOW Engergy Projekt zu basteln ;)

[Besserwessi]

Ein Schaltnetzteil hat aber mehr Störungen am Ausgang und manche können je nach last sogar instabil werden.

[T.J.]

Ein Schaltnetzteil hat aber mehr Störungen am Ausgang und manche können je nach last sogar instabil werden.

Worauf spielst du an, auf den MAX1649 ?

[dennisstrehl]

Wenn ein Schaltregler Ok wäre, dann würde ich einen der SimpleSwitcher von National bevorzugen. Da braucht man dann keinen externen MosFET. Kühlprobleme bekommt man bei 1 Ampere typischerweise nicht. LM2576 gibt's z.B. bei Reichelt. Gibt auch größere, bis 5 Ampere (LM2677-LM2679). Die gibt's aber leider nicht bei Reichelt.

> "Da kommen aber nicht mal die besten Leistungskühlkörper ran..."

Och, ich wüsste da schon welche...
Prozessor-Kühlkörper gibt es teilweise ziemlich günstig, die sollten das schaffen. Sind aber natürlich nicht so handlich...

[robodriver]

Hm, also die Spannung soll schon stufenlos einstellbar sein.


Kühlprobleme bekommt man bei 1 Ampere typischerweise nicht.

Diese Aussage muss ich wiederlegen. Ich habe mal eine Schaltung gehabt: 12VDC Eingangsspannung über einen 7805 auf 5V Spannung gewandelt. es sind nur 300mA geflossen, aber das hat schon ausgereicht um sich am Chip Brandblasen zu holen. Hatte hier dazu mal einen Thread gestartet, und auch die Rechnungen haben dies ergeben. Und desshalb grauts mir schon ziemlich vor den 1A. Und bei mir ist die Eingangsspannung höher und die minimale Ausgangsspannung niedriger! Also nehm ich noch viel mehr Leistung ab.

Wenn man mal so rechnet: 15V Eingangsspannung, 1,25V Ausgangsspannung (man muss ja vom maximal geregelten Fall ausgehen) und 1A Strom. Das entspricht einer Leistung von 13,75W. Laut Datenblatt hat er 5K/W also ergibt das denn bei 30° Raumtemperatur 98,75 °C!
Also wer sagt dann hier Kühlung sei nicht das Thema...?

[Volker-01]

Es gibt in deinem Fall mehrere Lösungen:

1.) Einen oder mehrere Leistungstransistoren zur "Verstärkung" heran ziehen (siehe Datenblatt hier: http://www.ortodoxism.ro/datasheets/texasinstruments/lm317.pdf).

2.) Die Eingangsspannung z.B. in Stufen einstellbar machen (mehrere abgriffe am Trafo)

3.) Einen z.B. Simple-Switcher nehmen um die Eingangsspannung des LM317 immer nur bei ca. 3V über der Ausgangsspannung zu halten.
( ist zu dem noch etwas besser im Wirkungsgrad)

Gruß, Volker

[killrob]

Hallo,

ich würde ein Schaltnetzteil bauen. Hab schon mehrere gebaut mit deutlich höheren Strömen. 12V 10A war bisher mein größtes.
Wen die MOSFETS "steil" geschaltet werden ist die Verlustleistung auch relativ gering.
Ich nehme dafür meist den TL494. Gibt schöne Beispielschaltungen dafür.
Er hat 2 interne Komperatoren. Mit einem kannst du z.B. den Strom begrenzen und mit dem 2ten kannst über ein Poti die Ausgangspannung einstellen.

CU
Rob

[Volker-01]

Er wollte aber besonderes Augenmerk auf die Spannungsqualität legen und daher keinen Schaltregler benutzen. Daher mein Vorschlag das ganze 2-Stufig aufzubauen und in dre 1. Stufe ein kleines Schaltnetzteil zu benutzen und in der 2. dann per Linearregler auf die endgültige Spannung herunterzuregeln. Vor allem kann er sich über ein paar kleine Trick von Schaltnetzteil noch ne neg. Hilfsspannung generieren lassen, welche er dann nutzen könnte, um die Ausgangsspannung von 0V an regelbar zu machen.

Gruß, Volker

[robodriver]

Okay, das mit den 2 Stufen klingt interessant für mich.

Denn es bereitet mir schon bauchschmerzen, wenn ich dran denke das der Regler immer heißer wird, desto niedirger ich die Ausgangsspannung (und somit Ausgangsleistung) wähle :(

Vielleicht kann man es so aufteilen (würde für meine Fälle reichen)
Regeln 0-5V und 5-12V

Wie könnte man das umsetzen? Von meinem Netzteil bekomme ich 17VDC
Und den 7805 hab ich auch noch...

Also würd ich zunächst sagen: die 5-12V mach ich über den LM317 an 17VDC
So, aber die 0-5V kann ich leider nicht hinter dem 7805 erzeugen, denn die Regler benötigen ja immer eine gewisse Regeldifferenz.

Was mir höchstens noch einfallen würde (weiß aber nicht was mein 7805 dazu sagt):
Ich setz einen Spannungsteiler mit 2 Widerständen zwischen die 17V und 5V. So das ich dann auf vielleicht 7 oder 8 Volt komme und damit geh ich dann auf einen weiteren LM317 für die 0-5V.
hm, wäre dann aber wieder so eine Stromabhängige Eingangsspannung, das ist doof.

Noch andere Ideen?

[dennisstrehl]

Kühlprobleme bekommt man bei 1 Ampere typischerweise nicht.
Diese Aussage muss ich wiederlegen.
Musst du nicht, denn die Aussage war auf Schaltregler bezogen.



Regeln 0-5V und 5-12V
Wenn du jetzt bis 0 Volt runter willst, brauchst du noch 'ne negative Hilfsspannung. Ich find die Lösung, auf 2 Spannungen aufzuteilen, nicht so toll, bei 6 Volt / 1 Ampere hast du dann schon wieder 6 Watt Verlust...

Die Lösung von Volker

3.) Einen z.B. Simple-Switcher nehmen um die Eingangsspannung des LM317 immer nur bei ca. 3V über der Ausgangsspannung zu halten.
( ist zu dem noch etwas besser im Wirkungsgrad)
halte ich noch für am besten. Man kann außerdem einen Low-Drop-Regler nutzen, dann reichen auch weniger als 3 Volt.

Gruß


Edit:

Laut Datenblatt hat er 5K/W
Die 5K/W sind der Wärmewiderstand zwischen Silizium und Gehäuse, zwischen Gehäuse und Umgebung sind's nochmal etwa 40K/W.

[H.A.R.R.Y.]

Das mit der Wärme ist relativ. Zweck der Kühlung ist nicht "sich nicht die Finger zu verbrennen", sondern die Hitze im Halbleiter unterhalb der maximal zulässigen Temperatur (Datenblatt) zu halten. Je weiter sie von der kritischen Grenze wegbleibt, umso mehr Reserve bleibt. Wenn dabei das IC-Gehäuse heiß wird, dann ist das zuerst mal akzeptabel. Aus diversen Gründen sollte aber der Kühlkörper einen möglichst geringen Wäremübergangswiderstand (K/W oder °C/W) haben. Und zwischen Gehäuse und dem Kühlkörper muß Wärmeleitpaste (oder Wärmeleitkleber)! Sonst ist die gutgemeinte Mühe mit dem Kühlkörper vergebens, da feine Lufteinschlüsse den Wärmeübergang stark beeinträchtigen.

Und nun zu Deinem Netzteil:
17V Eingang, 1V Ausgang bei 1A mit LM317 (Linearregler, 5K/W) und einem Kühlkörper mit 2K/W zzgl. Wärmeleitpaste (ca. 0.5K/W) machen dann
(17V-1V)*1A=16W zum "verheizen"
5K/W+2K/W+0.5K/W=7.5K/W Gesamtwärmeübergangswiderstand
16W*7.5K/W=120K
Um diese 120K = 120°C liegt die Sperrschichttemperatur über der Umgebungstemperatur
Das Gehäuse ist etwa 2.5K/W*16W=40K wärmer als die Umgebung. Bei 25°C Raumtemperatur macht das dann 65°C. Für Brandblasen reicht das wohl noch nicht, aber die Finger verbrennt man sich schon kräftig. 2K/W erfordert noch nicht den ganz großen Kühlkörper einer CPU.

Wenn die Wärmeleitpaste wegbleibt, dann ist die Schätzung 10K/W zwischen Gehäuse und Kühlkörper und nicht wie oben 0.5K/W. Das macht sich ganz heftig bemerkbar.

Gruß H.A.R.R.Y.

[EZ81]

Sind die paar Watt im Zeitalter der durchlaufenden Router/Switche/Telefonanlagen/Drucker im Standby und der dauersaugenden PCs mit 50W-Zockergraphikkarten so schlimm, dass man sich in einem gelegentlich benutzten Gerät den potentiellen Ärger mit Schaltreglern einhandeln muss?

Auch wenn man es nicht als sehr elegant empfindet: 10 * 1N4001 in Serie kosten 0.20EUR und geben halbwegs konstanten Spannungsabfall.

Pollin hat P4 Kühlkörper incl. Lüfter für 1 EUR.

Nur so ein paar Ideen...

Grüße

[killrob]

Hallo,

wenn es um eine saubere und glatte Spannung geht, ist ein Schaltnetzteil natürlich keine gute Wahl. Hab das nicht mitbekommen --> Sorry
Für Digitaltechnik, Leistungselektronik usw. ist es bestens geeignet. Analog, Audio usw. dafür eher nicht.
Sogar eine nachgeschaltet lineare Regelung hat oft noch "aufmoduliertes" im Ausgangsbereich...

CU
Rob

[H.A.R.R.Y.]

Hi,

die Restwelligkeit eines guten Schaltreglers verbietet nicht unbedingt den Einsatz in Audio oder analogen Schaltungen. Es kommt dabei wesentlich auf die Frequenz an und das die Leistungsabgabe etwa dem vorgesehenen Sollwert entspricht.

Linearregler (besonders Low-Drop) bekommt man durch schlechtes Design auch zum Schwingen.

Sofern Du einen Trafo mit doppelter Sekundärwicklung benutzt, gibt es eine Trickschaltung mit Thyristoren, die bei niedrigen Ausgangs-Spannungen auf Einweg- und bei höheren Spannungen auf Vollweg-Gleichrichtung umschaltet. Dazu müßtest Du bitte mal bei elektor diesen Link anschauen. Ich bekomme ihn nicht vollständig angezeigt, aber vielleicht ist das ja so gewollt:
http://www.elektor.de/jahrgang/1996/november/verlustarmes-netzgerat.61991.lynkx
Sinn der Umschaltung ist es bei niedrigen Ausgangsspannungen eine höhere Welligkeit am Ladeelko zuzulassen und dadurch die mittlere Eingangsspannnung des LM317 tiefer zu bekommen. Dadurch sinkt dann auch die Verlustleistung ab. Die Schaltung selbst bekomme ich so nicht auswendig zusammen und müßte dann auch erst mal im Keller in den alten Elektors suchen.

Gruß H.A.R.R.Y.