Suche einfache Schaltung zur Spannungsreduzierung von ca. 40-50V auf ca. 20V

[021aet04]

Hallo Community,
wie der Threadname schon sagt benötige ich eine Spannungsreduzierung von ca. 40-50V (muss ich messen wieviel das genau ist) auf ca. 20V. Die Spannung muss nicht stabilisiert sein.

Als Versorgung habe ich einen Trafo. Die Schaltung die ich habe erzeugt mir mehrere Spannungen.
Bis jetzt ist es so gelöst das die AC Spannung mittels E1U+Glättung auf einen Spannungsregler 7812 und dann auf einen Spannungsregler 7805 geht.
Eine weitere E1U+Glättung erzeugt mir mittels Zenerdioden eine Spannung von +/-15V mit einem Offset von 15V (E1U+Glättung => Vorwiderstand => 15V Zener => 15V Zener => GND). Hier benötige ich nach der E1U eine Spannung von ~20V (die benötige ich für die Schaltung).
Eine weitere E1U+Glättung erzeugt mir eine Spannung von -12V (7912).

Das Problem ist der Trafo. Dieser erzeugt mir eine Spannung von ca. 28V bei ca. 230V Pri. Somit komme ich auf eine Spannung von ca. 40-50V DC, das für die Spannungsregler zuviel ist und auch weit weg von den benötigten 20V bei der Spannungsversorgung mit den Zenerdioden.

Die Schaltung sollte so klein, Verlustarm und unkompliziert sein wie möglich.
Einen Linearregler möchte ich nicht verwenden da dieser die gesamte Leistung in Wärme umsetzt.
Ein Schaltregler wäre zu kompliziert.

Ich habe mir gedacht das ich mit einem Mosfet den Kondensator lade. Das Gate verbinde ich über einen Widerstand mit der pos. Versorgungsspannung, gleichzeitig ziehe ich das Gate mit einem Transistor (z.B. BC337) nach GND. Die Basis des Transistors verbinde ich mit einem Spannungsteiler/Vorwiderstand mit der Ausgangsseite des "Reglers". Die Schaltung ist aber nicht sehr gut. Habe sie mit meinem Netzgerät getestet (bis ca. 40V). Es kann auch ein Regler mit Hysterese sein (z.B. 20-21V).

Der Strom ist sehr gering. Die Zener Spannungsversorgung ist nur für einen LM741 (Chaosgenerator) und die +/-12V werden nur für die Strommessung (ebenfalls ein OP) verwendet. Der 7805 wird für einen µC verwendet der mittels eines 74154 einen von 16 Triacs ansteuert (Gatestrom max. 16mA wegen 74154) und zusätzlich noch max. 2 Leds. Also schätzte ich das der Strom auf der 5V Versorgung nicht über 30mA geht.

Ich hoffe ihr könnt mir Vorschläge machen.

MfG Hannes

[BMS]

Hallo,
ich würde an deiner Stelle einfach einen anderen (Print-)Trafo verwenden ;) Falls nötig, auch mehrere - für die unterschiedlichen Spannungsebenen.
Der Aufwand und die Verluste sind bestimmt niedriger.
Grüße,
Bernhard

[021aet04]

Einen anderen Trafo verwenden geht nicht da diese Spannung gleichzeitig für Synchronmotoren, die von den Triacs angesteuert werden, benötigt werden. Von der Größe habe ich ebenfalls eine Vorgabe. Es wird ein Gehäuse verwendet, das ich vom defekten Gerät habe.

Edit: Habe gerade die Spannungen gemessen. Bei 230V habe ich einmal 28,7V und bei einer 2ten Wicklung 9,7V gemessen (Leerlauf).

MfG Hannes

[PICture]

Hallo 021aet04 ! ;)

Alle Trafos mit gleichem Frequenzgang und paralell verbundenen Primärwicklungen geben Spannung praktisch synchron aus, höchstens mit invertierter Polarität. Deshalb denke ich, dass extra Minitrafo paralell zum Vorhandenem Trafo bzw. Übertrager 2:1 am Ausgang gehen sollte.

Am einfachsten, falls möglich, wäre zusätzliche Wicklung auf dem Kern des vorhandenen Trafos.

[021aet04]

Ein weiterer Trafo hat nicht Platz. Wicklung ändern bzw neu wickeln wäre möglich, will ich jedoch nicht, da dies ein relativ hoher Aufwand ist (wenn dieser funktioniert muss ich einen weiteren bauen). Ich werde einen Linearregler verwenden, außer jemand kennt noch eine Möglichkeit.

MfG Hannes

[vohopri]

Hallo Hannes,
ich hab jetzt nicht verstanden wie hoch der Strombedarf bei den 20 V ist, aber ein kapazitiver Vorwiderstand in der Art eines Kondensator Netzteils mit nachfolgender Z Diode oder Längsregler könnte vielleich gehen.
Beim Jörg Rehrmann (kennst du sicher, sonst googeln) gibts noch eine interessante Variante mit Phasenanschnitt. Ein Kondensator wird geladen, aber der Ladevorgang wird mit FET jedes Mal gestoppt, sobald die Wechselspannung zu hoch wird. Auch hier kann ein Linearregler nachgeschaltet werden.

Diese Varianten vereinen eine niedrige Pv mit der einfachen und zuverlässigen LR Schaltung.

[021aet04]

Danke Vohopri, genau soetwas habe ich gesucht. Morgen werde ich die Schaltung testen. Heute habe ich eine etwas andere Schaltung getestet.
Einen BS170 an die gleichgerichtete Spannung, gleichzeitig einen Widerstand zwischen Drain und Gate. Das Gate ziehe ich auf Masse. Die Basis verbinde ich über eine Zenerdiode mit dem Ausgang. Habe aber nur im Leerlauf getestet.

MfG Hannes

[schorsch_76]

Das wäre quasi hier in Kapitel 3 [1] unter Punkt 3.2.4

Gruß
Georg

[1] http://www.joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap3/Kapitel3.html

[021aet04]

So ähnlich. Hier ein Bild.
Der Fet ist ein BS170 und die Zener ist eine 18V und eine 5,6V Zenerdiode in Serie geschalten damit ich auf die Spannung komme.
Die Spannung bei der Nennspannung lag bei ca. 22V im Leerlauf.

Statt dem 5k Widerstand (R3) habe ich einen 6k8 genommen, der 50Ohm Widerstand ist nur für die Strombegrenzung (Eingangsspannung ist 40V und Kondensator ist ungeladen => Strom begrenzt auf 800mA, Peak beim BS170 wäre 1,2A). Der Widerstand müsste noch größer sein, da der max. Dauerstrom 500mA beträgt.

[PsiQ]

http://www.amazon.de/DC-DC-Step-down-Einstellbare-Supply-Module/dp/B008U492C0

Fertigteil OK ?
- Braucht evtl nochn Gleichrichter davor, Kondensator hats aber schon.
Oder mal bei ebay schauen, DC-DC Step-down, wobei die 40 V der Haken sind, 25V gehen meistens / billiger.

=> LM2596 DC-DC Step-Down-Schaltregler (ebay, bis 40V, 3 Dollar)

[021aet04]

Das Gerät benötigen wir in der Firma. Es gibt 3 gleiche Maschinen, die soetwas eingebaut haben. Das Gerät muss einfach austauschbar sein,dadurch bin ich von den Maßen bzw Versorgungsspannung und der Ausgangsspannung (für die Motoren) eingeschränkt. Ich muss alles in dem Gerät unterbringen, das ich benötigte.
Zusätzliche Module möchte ich nicht verwenden, ich möchte alles auf den Platinen unterbringen. Beim Prototyp werde ich die Schaltung von Jörg Rehrmann (Danke Vohopri für den Tipp) noch mit einem Zusatzmodul verwenden, bei der späteren Version werde ich es auf der Platine unterbringen. Schaltnetzteil möchte ich nicht verwenden da die teile wieder bestellt werden müssen und bei dem Strombedarf übertrieben ist.

Trotzdem danke für den Vorschlag.

MfG Hannes

[vohopri]

Hallo,

jetzt habe ich die Schaltung, die ich gemeint habe, wieder gefunden. Hannes hat sie schon gefunden und für die Mitleser: im netzteil.pdf von Rehrmann auf S. 44 ist sie auf Bild 4.3 A abgebildet.

Die Schaltung, die Hannes gepostet hat, ist ja genial einfach, aber man muss je nach Rahmen Parameter aufpassen. Hannes hat den Einschaltstrom schon erwähnt und bei der Simulation habe ich gesehen, dass man unter Umständen die maximale GS Spannung überschreitet. (editiert: GS muss es natürlich heissen.)

[021aet04]

Ich die Schaltung von Rehrmann getestet. Die Zenerdiode wird noch sehr heiß (mit Wärmebildkamera gemessen ca. 90°C). Ich werde den Vorwiderstand (R3 im Plan von Rehrmann) noch etwas erhöhen damit der Strom niedriger wird und 3 SMD Zenerdioden (BZV49-C7V5 => 7,5V/1W) verwenden. Konnte aber am Mittwoch nichts machen da ich Reparatur hatte.

@vohopri
Wann hast du eine zu hohe GS Spannung gemessen?

MfG Hannes

[vohopri]

Hallo Hannes,

ganz allgemein, hab ich gemeint, dass in der Schaltung vom Beitrag #9 dann, wenn der bipolare sperrt, an Gate die volle Eingangsspannung liegt. Wenn ichs richtig verstanden hab, ist die Eingangsspannung bei deiner Anwendung nicht soo hoch und somit diesbezüglich nicht so kritisch, aber wieder allgemein gesprochen, muss man da aufpassen, da die GS Spannung der Feldeffektler recht begrenzt spezifiziert ist. Beispielsweise, bei dem häufigen Fall mit 325V Spitzenspannung wirds da eng.

Bei der Rehrmann Schaltung wieder ist, wie du schreibst, der Zenerstrom der heikle Punkt. Bei Lastausfall kriegt die Z einiges mit. Könnte man aber auch mit einer Sicherung versehen, wenn die Anwendung das zulässt. So könnte man dann niedriger dimensionieren.

Wünsche weiter viel Erfolg und schicke Grüsse den Fluss hinauf.

[021aet04]

Dann stimmt das so. Das habe ich auch schon gemerkt. Ich habe gedacht das die GS Spannung bei den 40V überschritten wird.

Ich werde wenn ich es schaffe die kleine Platine fertigen.

Sicherungen werde ich keine einsetzen. Der Motorstrom wird gemessen und eine Störung ausgegeben (inkl. Abschalten der Maschine). Es wird Überstrom (Mechanik defekt/schwergängig,....) und Unterstrom (Motorleitung unterbrochen, kein Motor vorhanden) erkannt. Der Trafo ist Primärseitig abgesichert (2 Feinsicherungen).

MfG Hannes

[021aet04]

Ich habe die beiden Schaltungen aufgebaut (Platine geätzt und gelötet). Habe sie heute getestet. Als Widerstand nehme ich einen 47Ohm Widerstand mit 3 oder 5 Watt (müsste ich schauen). Habe mit dem Oszi am Widerstand gemessen. Bild im Anhang (leider ist es ein älteres Oszi, mit meinem Privaten könnte ich es auch noch messen). Bild mit der Wärmebildkamera könnte ich morgen posten.

Strom ist ca. 366mA Peak und 149mA RMS, beides im Betrieb gemessen (nicht beim Einschalten). Als Last kommt noch eventuell eine Led und ein Relais hinzu.

Muss noch an der restlichen Schaltung etwas ändern (es werden alle Triacs außer einen angesteuert => die Ausgänge des 74154 müssen noch invertiert werden). Das mache ich noch mit PNP Transistoren (habe ich am Steckbrett schon getestet).

Am Ausgang der Schaltung habe ich aktuell ca. 15V, da ich 2x 7,5V Zener verwende.

MfG Hannes

[Ostermann]

Was ist denn an einem Schaltregler so kompliziert? Mit dem L2575HVT löst du dein Problem mit 2 Elkos und einer Spule, ggf. noch ein Kerko dazu. Und das bis 1A bei einem Wirkungsgrad >>80%. Ich kann dir dazu eine fertige Platine anbieten:
http://www.mechapro.de/shop/Netzteile/Tiny-Power-Platine::88.html

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

[021aet04]

Danke für den Vorschlag. Die vorgeschlagene Platine ist zu groß. Wenn dann muss ich die Versorgung direkt auf der Platine integrieren.
Der Wirkungsgrad ist mehr oder weniger egal. Mit der Schaltung funktioniert es.

Ich werde zuerst einmal noch eine kleine Platine fertigen und dann alles durchtesten. Wenn es es dann nicht funktionieren sollte muss ich mir etwas anderes überlegen (eventuell mit Thyristor, da wir welche in der Firma haben).

MfG Hannes