MOSFET-Netzteil

[Namenlos]

Hallo zusammen,

ich bastel gerne Netzteile und jetzt habe ich vor mein eigenes
Labornetzteil wieder zu erneuern und mal etwas neues Auszuprobieren:
Diesmal keine Spannungsregler IC's sondern moderne
Operationsverstärker,µC fürs Display mit Trafowicklung abschaltung
und diversen anderen Extras.



Der Plan und die Ideen stehen, in letzter Zeit habe ich mich mit den
Sollwerten und den Rückführunggrößen für die Regelung beschäftigt
und nun ist die Leistungsstufe dran.

Zur Zeit habe ich mir gedacht das ich die Versorgungspannungen
der Op-Amp mit Massebezug auf dem Ausgang liegen und ich somit
die Transistoren ganz einfach regeln kann.Den Massebezug auf
Ausgang+ und dazu eine +-12V Spannung für die Ops.
Für eine Biopolarendstufe hätte ich nun eine Stromquelle genommen
und die Regelden OpAmps für Strom und Spannung hätten über Dioden
entkoppelt Strom aus dieser Quelle gezogen und damit die Endtransistoren
gesteuert. ( Zum Beispiel bei 0V Ausgangspannung würde der gesamte Strom von der Stromquelle über den Spannungsregler-OP fließen.

Doch wie mache ich das für einen Mosfet?
Ich habe mit gedacht das ich einen Widerstand von der 12V zum Gate
des MOSFETs nehme und dann wieder die Ops mit Dioden dazu entkoppel.
Beim Einschwingen würde der Mosfet dank Ugs=+12V Durchsteuern
und somit würde der Spannungsregler OP Strom aufnehmen, an diesen
Widerstand zum Gate würde mehr Strom fließen, dann fällt auch mehr
Spannung ab und Ugs würde kleiner werden und der Fet würde ein bisschen sperren bis sich die Spannung nach Sollvorgabe eingestellt hat.

Das Problem ist nur kann man das so einfach realisieren?
Und wie sieht es mit Schwingfreudigkeit aus?
Low-Drop Regler haben den Nachteil das diese oft echt heftig oder
sogar im hochfreqeunzbereich Schwingen.
Dämpfen könnte man das ganze vielleicht durch einer Drain-Induktivität/Kapazität,einen kleinen Gate Vorwiderstand und einen kleinen zusätzlichen Kondensator und vernüftigen Ausgangelkos. Ist es damit schon getan?


Nun hoffe auf ein wenig Infos/Tipps/Anregungen von euch. : )

Schaltbild:
http://www.pic-upload.de/view-3577523/NT-Schema.png.html
Interesantes PDF zum Thema "LDO Oscillosation"
http://www.file-upload.net/download-1989159/LDO_Oscillosation.pdf.html

Liebe Grüße
Namenlos

P.S:
Im Anhang ist ein ganz einfaches Prinzipschaltbild der Spannungsregelung
dies ist natürlich vom Schaltungsumfang viel größer, aber darum geht
es ja hier nicht.

P.P.S:
Warum kann ich hier im Forum keine Dateien hochladen : (

[Besserwessi]

Ein großer Mosfet am Ausgang eines OPs ist immer etwas problematisch, denn der MOSFET ist eine Kapazitive Last, und das mögen viele OPs nicht so sehr. Da sollte man noch einen Transsitorstufe zwischen OP und MOSFET schalten.
Ansonsten sollte die Schaltung vergleichbar mit einem low drop Regler reagieren. Der Mosfet ist eher eine Stromsteuerung ohne direkte Rückkopplung. Der Kondensator am Ausgang ist also wichtig für die Stabilität. So einfach wird das mit der Stabilität also nicht.

[Namenlos]

Wie würde denn so eine entsprechende Stufe aussehen?
Der Op würde nur "sinken"... spontan wüsste ich nicht
wie das Aussehen sollte.

Der Ausgangskondensator würde dann also ein Tantal oder
ein Hochwertiger ELKO sein, fragt sich nur wie Stabil
ich das hinbekomme. Das Soll ja ein Labornetzteil sein
und das sollte im Idealfall immer Stabil laufen.

Liebe Grüße
Namenlos

[Besserwessi]

Vor den MOSFET, also noch hinter die Dioden, 2 Transsistoren (1x NPN , 1 x PNP) als Emitterfolger. Also ein einfacher Puffer, um den Strom zu verstärken. Für den Bereich kleiner Ströme noch ein Widerstand als Überbrückung.

Einen Tantalelko würde ich nicht empfehlen, denn die sind recht empfindlich auf Strom-pulse, Überspannung etc. Hier hat man wahrscheinlich Platz, und kann Elkos (z.B. 470 µF) und ggf. einen Keramischer Kondensator oder Folienkondensator parallel nehmen. Etwas ESR ist hier vermultich auch nicht schlecht. Zusätzlich zum Elko sollte vermutlich noch ein RC Glied parallel, z.B. 5 Ohm und 100 µF in Reihe. Damit wird erreicht, dass die Schaltung am Ausgang nie eine rein Induktive oder rein Kapazitive Last sieht. Es ist nämlich sonst extrem schwer (vielleicht sogar unmöglich ?) einen rückgekoppelten Verstärker (und nichts anderes ist das Netzteil) stabil zu kriegen, wenn man beide Extremfälle bei der Last erlaubt.

Ganz ohne eine gute Simulation und ggf. ein paar Messungen und Änderungen wird man so einfach kein gutes Netzteil hinbekommen. Wegen der variablen Last ist ein gutes Netzteil gar nicht so einfach zu bauen.

[Namenlos]

Meinst du das also so ungefähr:
http://www.pic-upload.de/view-3579577/Emitterfolger.png.html

Ich war mir halt nicht sicher was du mit den Überbrückungswiderstand
meintest. Aber an sich ergibt die Schaltung einen guten Sinn .
Ein diskreter Impendanzwandler für positive und Negativer Spannung.
Die Emitterschaltung hatten wir sogar vor 2 Wochen in der Schule
durchgenommen.



Mit Tantalelkos habe ich bisher eigentlich
noch keine Probleme gehabt. Zumal man diese auch nicht
zum Beispiel nach den Trafo schalten sollte um die Komplette
Stromversorgung zu Puffern. Nach einen Regler der auch
Strombegrenzt ist sollte das doch kein Problem sein oder?

Zumal bei Low Drop Reglern meistens Expliziz nach Tantal
oder wenigstens auch Low ESR Kondensatoren gefragt ist.
( Aber auch wiederrum nicht zu niedrig )

Überspannung sollte eigentlich auch nicht vorkommen und
wenn das vorkommt sollte das Netzteil kaput sein.
Wenn ich am Ausgang 470µF packe und ich den Spezialtest
mit Strombegrenzung und einer Led nackt am Ausgang
packe würde diese doch wahrscheinlich gar nicht ansprechen
da der Elko sich einfach in der LED entläd.

Schade das man keinen Schaltplan von einen Labornetzteil
mit Mosfet im Internet findet, wäre vielleicht Interessant sich
anzuschauen wie das da gehandhabt wird.

---
Jetzt merk ist erstmal wie Schwierig das ist. Das LM723 Netzteil was
ich gebastelt habe war ja noch einfach zu beherschen da es quasi
nur nachgebaut war aber diesmal soll es noch ein bisschen mehr+
Eigenkreation sein.

Mit Ausprobieren hab ich kein Problem, Bauteile lassen sich einfach
austauschen, problem wird nur wenn es gar nicht funktionieren kann
weil etwas fehlt - und das PCB schon fertig auf dem Tisch liegt.

Liebe Grüße
Namenlos

[Besserwessi]

Die Transistorstufe war etwa so gemeint. Nur als transistoren mehr so etwas wie BC338/BC328, aber so groß ist der Unterschied ja auch nicht.

So ganz klein kann man den Elko am Ausgang vermutlich nicht machen. Bei den Low-drop-reglern werden ja auch oft eher große Elkos am Ausgang erwartet. Es stimmt auch, das man da ein Problem hat, dass die Stromregelung/Begrenzung nicht so schnell ansprechen kann. Da kann man aber vermutlich nicht viel machen, außer einen anderen Regleraufbau zu wählen.

Ich würde die Schaltung auch erst mal mit LCcad oder ähnlichem simulieren. Da kann man vieles schon vorher Simulieren, ohne komplizierte Testgeräte. Das wird zwar auch ein paar abweichungen geben, aber da besteht dann Hoffnung das es dann nur um etwas andere Widerstandswerte geht.

[Namenlos]

So groß werden die Transistoren auch nicht sein.
Das waren die ersten NPNPNP Typen die mir in Eagle
entgegen gekommen sind.
Ich hätte BCP55/69 Transistoren genommen.

Es gibt auch Low Drop Regler die gar keinen Kondensator
am Ausgang brauchen. Schau dir mal die REG102-XX
von Texas Instruments an. Sind ja aber auch nur Mini-Regler.

Hm.

Jetzt die große Frage:
Lohnt es sich überhaupt einen Mosfet zu nehmen?
-Stabilität
-Strombegrenzung

+Low Drop

Mosfets bringen in den wichtigsten Punkten so viele Nachteile mit
sich das man sich schon fragt warum man sich den Aufwand überhaupt
macht.


Ich habe einmal LTSpice ausprobiert aber das war nichts für mich.
Vielleicht könnte ich ja einen neuen Versuch wagen.

Liebe Grüße
Namenlos

[Besserwessi]

Für ein linear geregeltes Netzteil bringen MOSFETs kaum etwas. Für eine relativ hohe Verlustleistung sind die meisten MOSFETs nicht gemacht, und haben zum Teil Probleme mit einer ungleichen Erwärmung.

Ich würde da eigentlich lieber normale Bipolare transistoren nehmen. Den einzigen Vorteil den ich bei MOSFETs sehe, ist das man weniger Strom aus der +-12 V Hilfsspannung braucht. Eine Paralelschaltung ist bei MOSFETS sogar eher noch schwieriger als bei bipolaren Transistoren.

[Namenlos]

Die Idee die dahinter steckte war eigentlich das ich
nur einen 2*9V Trafo für den Leistungsteil brauche und somit
sehr wenig Wärme umsetze. Beim Umschalten auf nur 1 mal
9V beim satten Kurzschluss wäre das dann erst recht wenig.

Mit einer Biopolarstufe sind das halt ein paar Watt mehr -
was ich mir aber mit vielen Nachteilen Einkaufe.

Lieber die Stromqeulle für den Basisstrom dank Diodenkennlinie
ziemlich einfach handzuhaben nichts mit komplizierter Gatespannung
und dicken Elkos am Ausgang inklusive möglicher Schwinungen und
lahmer Strombegrenzung.

Was für mich nun deutlich geworden ist der Grund warum man
nun keine Mosfets im Linearen Netzteilen einsetzt


Gedankenspielchen:
http://www.pic-upload.de/view-3580979/Gedankenspielchen.png.html
Im Ahnhang eine merkwürdige Frage: ( Prinzipskizze! )
Die Schutzdioden für den Eingang fehlen zum Beispiel.

Man geht davon aus das die Regelung einwandfrei Funktioniert.
Der OP Versucht der Nichtinventierende Eingang vom OP liegt auf
Masse, somit versucht er OP den Inventierenden Eingang auch auf 0V
zu bekommen damit keine Differenz besteht.
Laut Spannungsteiler:

Im Fall 1 ist die Ausgangspannung ((10kOhm+20kOhm)/10kOhm)-1*2V5 = Also 10V

Im Fall 2 ist die Ausgangspannung(( 0+20KOhm)/0)-1*2V5 =
Also 0V

Da liege ich doch richtig oder? Irritiert ein wenig mit den verschiedenen
Bezugspunkten.

Für die Stromregelung hab ich es einfacher. Da brauch ich von meiner
2V5 Referenz nur einen Spannungsteiler + Poti und stelle einen Sollwert
ein und greife den Istwert direkt am Shunt ab da der Bezugspunkt Netzteilausgang ist und somit in Reihe zum Messshunt liegt.
Liebe Grüße
Namenlos