Spannungsfolger belastbar mit Transistor - erledigt

[PsiQ]

Mahlzeit!
Hab ein Problem und weiß nicht mit was für einem "fertigen" Bauteil (oder ansammlung) das zu lösen wäre.
Mit einem lm350 (einstellbarer spannungsregler) klappts jedenfalls auch mit tricks nicht zufriedenstellend.
Problem:
Ich habe eine Vorgabespannung, diese soll auf einen belastbaren Ausgang kopiert werden, möglichst einfach+billig.

Problembonus:
Die Last am Ausgang ist nicht exakt definiert/fest, man kann also nicht einfach einen transistor ohne gegenregelung verwenden.

Also der Vorgabewert ist mit ca 25mA belastbar,
und der kopierausgang soll dann bis 1A oder mehr können.
Ein Linearregler, kein PWM.
Das Ding soll dann einen Lüfterport entlasten+ auf viele verteilen.
Tachosignal wird nur 1 durchgeschleift.

Eingang 0-12V; Ausgang 0-12V , 1A Strom wäre gut
Spannung verfügbar:
12V (für regelbereich über 5V)
5V (für 5V und drunter)
auf +/- 0,25V kommts nicht an.

Danke fürs mitdenken, ich hab leider nur Erfahrung mit standardbauteile.

edit: hirnpurtzler, ich schau mal ob das mitm ne555 geht :-k

[Vitis]

ist einfach, nen Operationsverstärker mit Leistungstransistor
am Ausgang als Impedanzwandler.

[PsiQ]

ähm... *OP-amp link anguggt*
kannst du das "einfach" etwas erläutern?

Das man am ende nen transistor benötigt in dem das ganze verbraten wird ist mir klar, aber wie steuer ich den dynamisch an, um eine last zu regeln die mal 1 kleiner lüfter oder 3 große sein kann.

ich schau mal noch was "national" an OP-schaltungen hat,
evtl wirds mir dann klarer.

Danke!

Also, jetzt bin ich "weiter", was ich brauche ist ein spannungsfolger, nur eben einer der paar A kann, nicht nur paar mA .. *grübel*
..keine ahnung..

[shaun]

Och nö... wie würdest Du das denn MIT uC lösen?!

Du nimmst einen OPV, 1/2 LM358 zB, (+)-Eingang an Deine "Vorgabespannung", Basis vom Leistungstransistor an den Ausgang, Kollektor an +Ub, Emitter ist der Ausgang und geht über einen Widerstand von sagen wir mal 1k auf den (-)-Eingang des OPV. Zwischen (-)-Eingang und Ausgang kommt noch ein Kondensator von ein paar nF, damit die Möhre nicht schwingt.
Parallel zum Ausgang des Ganzen noch ein Elko mit 100u aufwärts und gut ist.
Bedenke aber, dass der OPV nur bis 2V an +Ub heran kommt und der Transistor auch noch etwas vertilgt, bei 12V Usoll brauchst Du also 15V oder mehr. Mit einem OPV, der ein- und ausgangsseitig rail to rail kann reichen dann auch um die 13V.
Transistor gut kühlen!

[wkrug]

So weit ich weiß gibt es Leistungs OP Amps die ein paar Ampere am Ausgang liefern können.
Eventuell wäre auch ein integrierter Audio (Auto) Verstärker IC geeignet ??

Wenn Du nichts zufriedenstellendes findest kannst Du dem Operationsverstärker immer noch einen Leistungstransistor nachschalten.

[PsiQ]

Ich mach jetzt n neuen post, keinen re-edit:

Ist das wirklich so einfach??? -Glaub ich ja fast nicht!

1. Spannungsfolger "kapiert"
2. Power-Op-AMP gesucht...
...noch etwas rumgesucht...
=> Den L156 bei reichelt gefunden.
Das Datenblatt-Diagramm sagt auch bei 3V ist noch 1A strom möglich..(kommt natürlich noch der widerstand der verbraucher dazu)

3.Gegoogelt.
Diese Anwendung gefunden:
http://www.franzis.de/elo-das-magazin/grundlagen-und-ausbildung/operationsverstaerker/opv-leistungsanwendungen

4.Diesen Schaltplan in EAGLE gemacht: ( + und - vertauscht am op)
Die Kondensatoren gegen Schwingen, der 1K Widerstand (evtl noch ne LED) als Grundlast.

http://www.postimage.org/aV165CFA.jpg (http://www.postimage.org/image.php?v=aV165CFA)


GEHT DAS TATSÄCHLICH SO LEICHT ??? :-s


EDIT:
Oha, da kamen ja inzwischen 2 Postings,
mal schauen ob da was ähnliches drinsteht *les*.
edit:
Das wäre dann die Lösung wie bei shaun, nur dass der transistor bereits im OP-AMP steckt, oder ?
Sollte ich da auch zwischen Pin 1 und Pin 4 einen 1k-R einfügen?
-da der Eingang ja sowieso hochohmig ist müsstes egal sein.

Sorry wenn ich da etwas dämlich bin, aber ich hab bisher nix tiefgehendes mit comparatoren/op-amps gemacht.
..Nur + auf - = Sicherung durch ;-)

[Vitis]

so in etwa denk ich mir das:

http://www.weingut-hoerner.de/Bilder/Galerien/RN-Forum/Impedanzwandler.jpg

[PsiQ]

ok, nur damit ich das nun richtig denke, wenn ja ist meins falschrum..

Deine Schaltung:
Der Op-Amp gibt solange Spannung/Strom aus,
wie Pin5 > Pin6,
je größer der unterschied umso mehr,
sobald Pin6 > Pin5 wird Pin7=0 (bzw eben auf ne negative spannung wenn möglich)
dadurch leitet der Transistor nicht mehr, die ausgangsspannung "fällt" bis wieder
Pin5 > Pin6 und der transistor wieder leitet.
Ähm. so ähnlich jedenfalls.

Warum hab ich das dann andersrum gefunden als Spannungsfolger,
also die +- Eingänge am OP vertauscht (so wie in meiner skizze oben)?
Ändert das nur, ob er sich "von oben" oder "von unten" der passenden spannung annähert?

[Vitis]

das ändert obs geht oder nicht :)

das pinout und die bauteile sind nur stellvertretend,
kannste mit praktisch jedem operationsverstärker
bauen und der Transistor muss halt nur die x ampere
ab können ... standardbauteile halt.

[PsiQ]

ah.. ich glaub ich sollte nicht soviel grippemittel schlucken,
das dingens (Spannungsfolger) was ich angeschaut habe ist auch andersrum ](*,)

Danke vielmals!

Auch dem lieben Shaun der mir alles immer doppelt erklären muß O:)

Bleibt das Problem des Spannungsabfalls über dem Transistor,
aber da kann man wohl wenn so billig sein soll nix dran machen.
Die Lüfterregelung sollte ja eh immer unter 11V sein sonst isses trotzdem laut :-$


edit:
Und wenn ich depp die seite ganz bis unten gelesen hätte: ](*,)
http://www.erinacom.de/elektronik/schaltung/op/impwandl.html

[Besserwessi]

Die Kondensatoren am Ausgang des Operationsverstärkers helfen nicht gegen Schwingungen, sondern können im Gegenteil sogar Schwingungen Provozieren. Die Lüfter mit elektronischer Kommutierung können auch schon einen Kondensator enthalten, der Probleme macht.
Bei der Schaltung mit dem externen Transistor kann man die Stabilität verbessern durch einen kleinen Kondensator (z.B. 1nF) zwischen OP Ausgang und (-) Eingang, sowie einen Widerstand (z.B. 10 K) zwischen dem Emitter und dem (-) Eingang. Der BC338 ist für 1 A etwas klein das sollte eher ein 2 A Transistor mit etwas Kühlkörper sein.

[PsiQ]

okeeeeeeeh.
Und wenn ich den L165 mit integriertem FET benutze?
3A power operational amplifier
Gehäuse: Pentawatt-5
http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/1317.pdf

Da habsch ja das Problemkind mit dem Badewasser in den überlaufenden Brunnen gekippt, oder?
Ich glaub ich werd das mit dem Teil einfach mal probieren,
und etwas rumtesten.

Sollte ich dann zwischen [out] und [-] den 10k (1k) einsetzen oder nicht?
Ein 1nF Kondensator "über" den 10k ?
Der 100k am Eingang ist wohl überflüssig da eh hochohmiger Eingang.

http://www.postimage.org/aV1ayhZi.jpg (http://www.postimage.org/image.php?v=aV1ayhZi)

Was kann ich ausser sonem 1k-Grundlast Widerstand noch machen,
was nicht schon die Lüfterkabel an Störungen schlucken?
Wenn du da von Problemen mit Kondensatoren sprichst..


EDIT:
Ach Scheibenkleister, da oben ist schon wieder + und - vertauscht :-b

[Besserwessi]

Man kann als Grundlast einen Kondensator und Widerstand in Reihe nehmen. Beim 3 A OP, sollten das so ungefähr 220 nF und 10 Ohm sein. Das sorgt für hohe Frequenz dafür das der OP den relativ nieder ohmigen Widerstand sieht und keine rein kapazitive oder induktive Last. Der 1 K als Grundlast hilft eher wenig.
Eventuell kann man zwischen der OP und die Last sonst auch noch eine Spule (ca. 10-100µH) mit einem Widerstand (z.B. 10 Ohm) parallel schalten. Die Spule verhindert eine kapazitive Last, der Widerstand dämpft eine eventuelle LC Resoannz. Das sind die zwei Methoden die man auch bei Audio Verstärkern am Ausgang nutzt.
Die 100 K am Eingang sind eventuell schon etwas groß. Aber ein Widerstand von etwa 10 K ist da schon nicht schlecht, damit der Kondensator besser gläten kann.

[PsiQ]

Wäre die Schaltung dann so in Ordnung?:

http://www.postimage.org/aV1e809J.jpg (http://www.postimage.org/image.php?v=aV1e809J)

Ich möchte möglichst wenig Bauteile,
und möglichst viele Gleichteile verwenden,
damit man's leicht nachbauen kann.
-Zuverlässig Funktionieren sollte Sie natürlich trotzdem :mrgreen: ,
die Tempüberwachung des L165 ist aber z.B. schonmal gut,
falls jemand (DAU) doch nen Toaster ranhängt.

Zu den Bauteilen:

1xOp-Amp L165

Widerstände:
3x 1k
R1 soll die Eingangsspannung etwas dämpfen
R2 Rückkopplung dämpfen => Ja, egal oder unnötig?

R4 Grundlast, damit das Ding nicht rumspinnt wenn garnichts dranhängt (alternativ 470Ohm mit LED als Anzeige)

1x 10Ohm
R3 Teil der Grundlast gegen Schwingen

Kondensatoren:
2x220nF (Folie)
C1 Dämpfung Eingangsspannung
C2 Teil der Grundlast gegen Schwingen

+Anschlußbuchsen/Sockel
+Kühlkörper mit Isolationsmaterial für Montage

Das wärs, bzw
"Wär's das?"

Danke!

edit:
Ich seh grad bei der Suche nach nem passenden bauteil in EAGLE noch was gutes!
Das Isolationsmaterial ist hier sogar unnötig,
da der Tab = Pin3 =-Vs = gnd ist. Das machts natürlich einfacher 2 oder mehr nebeneinander zu verschrauben.

[Besserwessi]

Man sollte noch einen Kondensator für die Versorgungsspannung vorsehen. Irgend sowas wie 100 nF Keramik. Für die ganze Platine eventuell auch noch mal einen Elko. Bei den beiden 100 nF könnte man wohl auch noch mit 100 nF klarkommen und auch Keramik typen nehmenm wenn man will. R2 hat weniger mit der Dämpfung zu tun, sondern mehr mit der Begrenzung des Stromes am (-) Eingang. Müßte man noch mal im Datenblatt nachsehen, ob man den auch weglassen kann.

[PsiQ]

Also ich finde im Datenblatt nur was zu Pin 1, Pin 2 wird nicht erwähnt =>identisch?:


Electrical Characteristics:
R; Input Resistance (pin 1); f = 1 KHz; Min=100 kOhm; Typ=500 kOhm

Ohne R2 wäre mehr Platz für den Kühlkörper(Löcher)


Wenn man Kerko/Vielschicht statt Folie nehmen könnte wers deutlich kleiner,wohl auch billiger. Hab "hinterher" etwas gequetscht+rumgeschoben damit die 2 extra Kondensatoren noch reingepasst haben, dadurch wurds etwas unschön
(oder noch hässlicher ;-) ):

http://www.postimage.org/Pq1f8Nki.jpg (http://www.postimage.org/image.php?v=Pq1f8Nki)

http://www.postimage.org/Pq1f93Ni.jpg (http://www.postimage.org/image.php?v=Pq1f93Ni)

http://www.postimage.org/Pq1f96hr.jpg (http://www.postimage.org/image.php?v=Pq1f96hr)



PS..
Die "Brücke" dient dazu, das Tachosignal einzustellen:
Wenn man das ganze Teil parallel an einen Lüfter hängt der ein Tachosignal abgibt, kann man die Brücke offenlassen.
Wenn man den Verstärker direkt an eine Lüftersteuerung steckt,
kann man das Tachosignal vom 1. angesteckten Lüfter weitergeben,
indem man die Brücke schließt.

..Ich seh grad, dass ich die Kupferflächen an ein paar Stellen noch etwas größer machen kann um Ätzmittel zu sparen..

[shaun]

Passt so, den 1k in der Gegenkopplung kannst Du rausnehmen, der bringt nur bei der Variante mit externem Emitterfolger was (dann mit dem besagten Kondensator). Das Du auch mit dem L165 nicht an die +12V herankommst ist Dir aber klar, oder? Im Schaltplan steht nämlich sowas...

[PsiQ]

Gegenkopplung 1k wäre der R2, gut dann kommt der weg.


Das mit den <12V hab ich mir gemerkt, die genaue Ursache ist mir aber noch nicht klar:

Wenn das weniger als 12V sind weil eine Spannugn am Leistungstransistor (Collector zu Emitter) abfällt, könnte man das doch durch z.B. einen Mosfet (irf4905) totschlagen, wenn dieser voll durchsteuert (gate auf 0 gezogen) hat der ja einen vernachlässigbar kleinen Widerstand, es fällt quasi keine spannung ab.
-aber das wirds wohl nicht sein.
(Wäre dann auch wieder kein Überlastschutz vorhanden)

Liegt das am OP-Amp, dass der nicht ganz bis zu seiner Versorgungspannung aussteuern "kann"?
Unter welchem Punlkt finde ich das denn im Datenblatt?

Könnte man das umgehen, indem man den OP-AMP mit einem Stepup an 15V hängt, und damit einen Leistungstransistor ansteuert der wiederum nur an den 12V hängt? Die 15V wären dann kaum belastet.
Das ist zwar nur theoretisch weils zuviel Aufwand drumrum wäre und in der Lüfterregelung egal, aber wissen würde ichs trotzdem gerne.

Danke fürs erklären :-k

[Besserwessi]

Wie wiet die Ausgangsspannung hoch gehen kann findet man im Datenblatt als azhlenwert oft als Outputswing. Allerdeings hängt der Wert etwas von der Last ab. Eher selten findet man dazu auch eine Kurve in abhängigkeit des Stromes.

[PsiQ]

Aha:
Vpp heisst wohl Voltage-peak-to-peak?
da steht:
Bei + - 15V als supply (also 30V Breite)


Vo Output Voltage Swing f = 1kHz
Ip = 0.3A Vpp=27
Ip = 3A Vpp=24


Vpp
f = 10kHz
Ip = 0.3A Vpp=27
Ip = 3A Vpp=24

Soooooo
Also 30V von V+ zu V- ergeben 27V
heisst also 3V weniger als maximal, heisst 1,5V "verlust" pro Zweig.
Wenn das konstant ist, bekomme ich also
bei 12V+ und 0V-
10,5V raus.. (positiv gedacht Richtung 0,3A Stromlast)
Wird das ohne "swing" besser ?

Passt mein Gedankengang da soweit?
Tja. Muß wohl reichen ;-)

[Besserwessi]

Oft sind die Daten für den positiven und negativen Wert getrennt angegeben, das muß sich nicht gleich aufteilen. Ca. 1,5 V Verlust sind aber in etwa normal für normale OPs. Wenn man dichter an die Versorgung ran will, müßte man einen Rail-Rail OP nehmen oder für etwas mehr Leistung so wie hier mit einem externen PNP transistor oder P-MOsfet arbeiten. Der Umweg über einen Stepup Wadnler geht natürlich auch, wäre hier aber völlig falsch, da könnte man gleich einen Schaltwandler nehmen der sowohl niedriger als auch höher als der eingang kann. Ziehmlich dicht ran kommt man auch mit einem einfachen step down Wandler.

[PsiQ]

Noch was:
Ich "glaube" es macht dem OP nichts, aber kann die induzierte spannung von nem lüfter (ich mein jetzt keinen dc-motor der ne freilaufdiode braucht) den OP stören?
Also rückkopplung ausgangsseitig,
wenn das Eingangssignal auf 0 geht und die lüfter nachdrehen?

Ich habe gedacht das würde der integrierte controller des lüfters fressen müssen, da der ja zwischen spulen und eingang sitzt,
nun hab ich aber mal meinem 120mm papst angeschubst und gemessen(mit 1k-ohm zwischen den pins wie später)
und es kommt tatsächlich was durch.
Nun hab ich mein uralt-oszi rausgeholt und mal gemessen, wenn ich das richtig ablese bleibt die rückinduzierte spannung aber unter 0,3V
(0,2V .. 0V rechteckähnlich), eine freilaufdiode würde also schonmal nichts nützen.

So. Da ein OP (bzw der hier) ja aber eigentlich sowieso negative und positive spannung/last Treiben muß, dürfte das dem Ding doch gleich zweimal egal sein. Das Eingangssignal ist Signalstärker+gedämpft,
und die spannung selbst bleibt unter 0,3V.

-wobei die 0,3V bei nem dicken lüfter evtl überschritten würden..

Erfahrungswerte hierzu?
Danke!

[Besserwessi]

Die Spannung durch das Nachlaufen ist normalerweise mit der selben Polung wie die Betreibsspannung. Freilaufdioden helfen da also nicht. Den Op wird das kaum stören. Wenn die Spannung im Regelbereich ist (ca. > 1,5 V), dann kann der OP gegensteuern, sonst hat man halt etwas Spannung zwischen 0 und 1,5 V. 2 Dioden als Freilaufdioden wären aber zu sicherheit eventuell nicht schlechtm wenn da ein Potor mit induktivität dranhängt.
Wenn einer der Lüfter einen dickeren Elko drin hat, kann das aber schon problematisch mit der Stabilität gegen Schwingungen werden.

[PsiQ]

also es ist nicht vorgesehen, das da normale motoren rankommen,
keine dc-modellmotoren, nur lüfter mit diesen "vielfachwicklungen".
Mal schauen ne 1n4148 könnte man ja trotzdem ranmachen, muß ja nicht dauernd ableiten. Oder wenigstens die Pins/Bohrlöcher, so dass man bei Bedarf einfach eine einlöten kann.

Ich hab grade geschaut wegen den Kondensatoren:
Vielschicht Kerko gegen Folien wima kondensatoren. 220nF
Was ist hier besser?
Die kerkos die hochfrequent fressen, oder die Folien die dann doch etwas träger sind?
Preislich gibt sichs lustigerweise nichts:
http://www.postimage.org/Pq1l5H90.jpg (http://www.postimage.org/image.php?v=Pq1l5H90)

-ich muß aber das Layout (package) nochmal anpassen.

PS.:
Warum werden bei den kerkos eigentlich 2 spannungen angegeben, also hier
50 - 100V ? Und warum nur DC ?
Die funktionieren doch auch unter 50V.

Die Polung der Kerkos ist meines Wissens ja egal, ich könnte mir nur vorstellen, dass die bei AC aufgrund der schnelligkeit durchbrennen..

[Besserwessi]

Ob Keramik oder Folie ist bei dieser Anwendung egal. Was die 2 Spannungen zu sagen haben ist mir auch nicht klar. Es ist sogar gut wenn die Spannungsfestigkeit etwas höher ist, denn bei Keramik nimmt die Kapazität mit mehr Spannung oft ab. Keramik hat vor allem den Vorteil das man die gut als SMD bekommt.