Goede kopie van elektor variable power supply 0-50V/0-2 A

7-86 elektor july/august 1980, maar slechte, onleesbare kopie.
Verder zou ik wat uitleg van de stroombegrenzing willen hebben.

Guus@Sint-Michielsgestel
vergeten

Golden Member

Om meer reakties los te weken, vooral van oa "voedingsexpert" @Blackdog. :)
Hier het schema.

Intussen doe ik een poging.

Als de uitgangsstroom, die door R11(0,075Ω) loopt te groot wordt gaat T3 geleiden en de uitgangsspanning van de voeding daalt.
De Rechter LM10 is minder snel (voor kortsluiting), dan T3 en instelbaar voor stroombegrenzing, doet min of meer hetzelfde via T2 als T3 doet bij kortsluiting.

Doorgaans schrijf ik duidelijk wat ik bedoel, toch wordt het wel anders begrepen.

Zo op het oog is het een variant van wat er in de datasheet van de LM10 staat:

Ik vermoed dat er in het artikel iets zal staan als "Applikatie National Semiconductor". Het idee is dat er een driedubbele emittervolger is die altijd "aan" staat. De LM10 levert een kleine referentiespanning (ik geloof 200mV) en kan op zo een lage voedingsspanning (1,8V) werken dat hij volledig op de UBE van de transistoren draait en de stroom en/of spanning kan regelen door zijn voedingsspanning te verlagen.

Overigens is de LM10 nooit echt goedkoop geworden, dus ik weet niet of ik deze voeding zou aanraden voor de zelfbouw. Er zijn naar mijn weten ook geen andere opamps die je als vervanger zou kunnen gebruiken. Het is misschien een potentieeltje voor hoge voedingsspanningen.

Het concept is overigens wel interessant, maar ik ben nooit een andere context tegen gekomen waarin dit principe is uitgebuit. Lees in elk geval die datasheet eens, want dan wordt veel duidelijk. De aanwezigheid van de referentiespanning in het IC is denk ik kritisch om te herkennen.

vergeten

Golden Member

Op 3 september 2021 22:17:36 schreef Kruimel:

Overigens is de LM10 nooit echt goedkoop geworden, dus ik weet niet of ik deze voeding zou aanraden voor de zelfbouw.

De prijs, voor de DIP-8 (DIL8) is te doen, maar je moet niet de TO99 willen hebben!

Ook de vermelde technische gegevens verschillen wel heel behoorlijk per behuizing. Dat zou nog een typefout op de site kunnen zijn.

Doorgaans schrijf ik duidelijk wat ik bedoel, toch wordt het wel anders begrepen.

Een LM101 is dan ook geen LM10, hoewel ook voor de LM101 de getoonde waarden niet te relateren lijken aan de datasheet.

@TS, als je nou een paar woorden meer voor je vraag gebruikt, dan snappen we misschien beter wat je nou eigenlijk wilt. Is dit SMS stijl?

Stroombegrenzing: R11 geeft een spanningsval door de uitgangsstroom. Die komt op de opamp IC2 terecht en wordt daar versterkt. Als de stroom te hoog wordt, stuurt de opamp T2 open en strekt daardoor de stuurspanning voor de eindtrap omlaag.

"We cannot solve our problems with the same thinking we used when we created them" - Albert Einstein
vergeten

Golden Member

Op 4 september 2021 06:51:22 schreef Aart:
Een LM101 is dan ook geen LM10, hoewel ook voor de LM101 de getoonde waarden niet te relateren lijken aan de datasheet.

Ah daar heb ik overheen gekeken, ofwel niet gezien. 8)7

Doorgaans schrijf ik duidelijk wat ik bedoel, toch wordt het wel anders begrepen.
blackdog

Golden Member

Hi,

Hierbij een klein beetje uitleg over de stroombegrenzing in de LM10 voeding, en laat ik eerst even een plaatje zien waar ik wat waarden heb ingezet.

https://www.bramcam.nl/Diversen/LM10-Voeding-Uitleg-01.png

.
We beginnen bij de belangrijkste component in deze voeding schakeling, links bovenaan in het oranje kader staat een weerstand van 3K3, 1-Watt.
De hele regelelectronica wordt door deze weerstand gevoed, en het grootste deel van de stroom is bedoeld voor de twee LM10 ic's gemiddeld is dat 2x 0,4mA.

De LM10 is origineel National geleverd, wat nu TI is, en er is ook een LM10 van LT en LT had ook een iets verbeterde versie uitgebracht onder een eigen typenummer.

OK terug naar het schema, ook bovenin is te zien dat T4 de BC141 maar heel weinig van de stroom die beschikbaar is nodig heeft voor de maximale uitgangsstroom van deze voeding, waarvan ik aanneem dat deze 2-Ampere is.

Die 2-Ampere heb ik ook gebruikt voor de uitleg in dit stukje.
IC2 welke de LM10 is voor de stroombegrenzing heeft een ingebouwde referentie van 200mV, deze kan je schalen naar een hogere spanning, zie hiervoor de datasheet.
Maar hier is de OpAmp die aan de referentie vasthangt in gesteld als 1x trapje omdat de OpAmp uitgang, dat is pin-8 vast hangt aan pin-1 de inverterende ingang van de referentie OpAmp.
Dus nogmaals de uitgang is door deze instelling +200mV t.o.v. pin-4 van het Ic.

Vanaf pin-1,8 gaat een 4K7 instelpotmeter naar de 10K potmeter die op het front komt voor het instellen van de maximale stroom.
De trimpot dient ervoor om bedrading verliezen en de onnauwkeurigheid van R11 van 0,075Ω te kunnen compenseren.

Uitgaande van 2-Ampere maximale stroom valt er over R11 van 0,075Ω 150mV bij optimale bedrading techniek en een perfect op waarde zijnde weerstand R11.
We houden gewoon de perfectie situatie aan voor deze uitleg, in de praktijk zal je P2 dus moeten trimmen voor Max. 2-Ampere stroom.

De hele schakeling is niet echt snel, dat heeft meerdere redenen, de trage powertransitoren 2N3055 en ook de LM10 is nu niet direct een snelheidsmonster.
Dus heeft met een trucje bedacht dat ik ook veel toepas bij voeding schakelingen en dat is T3 een BC141, daar wordt de BE spanning gebruikt om de stroom die door R11 van 0,075Ω loopt te begrenzen.
En ja, dat is een stuk meer dan de normale maximale stroom van 2-Ampere die de voeding normaal kan leveren.

T3 Piekstroombegrenser
Ik heb nog één BC141 en die heb ik aan de transistortester gehangen, dit om te laten zien wanneer de BC141 in geleiding gaat.
Bij 580mV over R11 gaar T3 echt in geleiding.
Hoeveel stroom er nodig is door de collector van T3 er nodig is, is afhankelijk van de spanning die over R6 staat, wat de ruwe spanning is op de buffer elco en de op dat moment aanwezige uitgangsspanning.
https://www.bramcam.nl/Diversen/LM10-Voeding-Uitleg-03.png

.
De BC141 is verder mooi lineair wat hFE betreft, de basisstroom wordt hier gesweept tussen 4 en 80µA, dit bij de collector emitterspanning van 3V.
https://www.bramcam.nl/Diversen/LM10-Voeding-Uitleg-02.png

.
Waar komt het nu op neer, laten we maar uitgaan van 0,6V over R11 zodat T3 voldoende geleid om te beginnen de spanning/stroom op de basis van T4 weg te trekken.
Laten we aannemen dat er een volle kortsluiting is, dan loopt de spanning over R11 zeker op tot tegen de 0,7V voor een korte tijd.
Bij 0,7V is de piekstroom opgelopen tot bijna 9,5-Ampere, de LM10 is dan ondertussen wakker aan het worden...
De spanning op de inverterende ingang is boven de waarde gekomen die op de loper van P3 staat.
De OpAmp in IC2 wil uiteindelijk deze toestand corrigeren en stuurt zijn uitgang naar een negatief niveau.
Hierdoor gaat de PNP-transistor T2 in geleiding en trekt net als T3 de basissturing voor T4 weg tot dat er een evenwicht ontstaat.
Als dat evenwicht er is, dan is de spanning over R11 ongeveer even groot als de spanning over de loper van P3.

Als de stroom door de uitgang beneden de ingestelde waarde is dan doet de schakeling rond IC2 helemaal niet mee, je kan zelfs IC2 uit het voetje kunnen trekken,
De spanning stabilisatie doet dan nog gewoon zijn werk.

Nog een opmerking over R12 in het schema, die zorgt ervoor dat er een minimale stroom door de uitgang loopt, de bovenkant van R12 moet niet aan de plus klem komen maar
in één van mijn plaatjes aangegeven punt X.
Dat zorgt ervoor dat de uitgangsspanning niet voor en groot deel de maximale stroom bepaald.
R12 kan beter worden vervangen door een stroombron met een LM317 van 10 a 25mA.

Spanning regeling.
De min ingang van IC1 ligt aan het referentieniveau en dat is uiteindelijk de +uitgang van de voeding.
R4 is toegepast om compensatie voor de spanningsloop mogelijk te maken, hij wekt samen met C2 van 10nF.

Aan de bovenzijde van P1 staat als de spanningsloop normaal werkt (geen stroombegrenzing) "0V" t.o.v. de +aansluiting van de voeding.
Het maakt niet uit wat de stand van de potmeter P1 heeft, als de waarde van P1 niet uitmaakt, dan moet er een ander eenheid veranderen en dat is de spanning.
De stroom door R1 en P1 is ook constant en deze is door R1 te trimmen op 100uA, en deze 100uA geeft bij de maximale weerstand van P1 welke 500K is een uitgansspanning van 50V.
R2 en C1 zorgt ervoor dat er een snel path is voor veranderingen die optreden door belasting variaties van de voeding.
D1 is ter beveiliging van de +ingang van IC1 zodat de +ingang niet meer dan 0,6V beneden de waarde kan komen van de aansluiting pen-4 die het niveau heeft va nde +uitgang van de voeding.

Varieert de belasting van de voeding, dan treedt er ook variatie op van het niveau op de +ingang van IC1, de uitgang van IC1 stuurt de basis van T1 zo aan dat T1 meer of minder gaat geleiden.
Dit resulteert dan in een stabiele uitgangsspanning ook al varieert de belasting van de voeding.

De spanning op de voedingspunten van de LM10 Ic's varieert dus afhankelijk van het gebruik van de voeding.
Deze spanning is de optelsom van de spanning tussen de be overgangen in de power sectie plus de spanning over Rr9 en r10 en als laatste R1.
Daar deze spanning ruim boven de minimale spanning zit die de LM10 Ic's nodig hebben is deze variatie niet zo van belang.

De onderdrukking van voedingspanning variaties is bij 100Hz rond de 80dB van de LM10 dat is voldoende voor een redelijk bromvrij voeding.
In het schema staat 4700uF voor C5 die na de brugcel is geplaatst, ik zou deze 10.000 nemen.
Oja, 50V bij 2-Ampere bij een trafo die 42V is, dat is wel een beetje een overschatting, ik denk dat dit niet goed mogelijk is, daar de dropout van deze schakeling 3 a 4V is!
Dat moet je dan bij de 50V optellen, dan is er dus zo ongeveer 53 a 54V nodig op de plus aansluiting van C5, bij 2-Ampere gaat dan niet lukken met een 42 V trafo.

De trafo opvoeren naar een hogere spanning is niet wijs met de gebruikte transitoren, bij kleine belastingen stijgt de spanning over C5 dan ruim boven de 60V.
Als je dan 3,3V uitgangspanning hebt ingesteld zit je op de rand van wat de 2N3055 kan hebben.
Ook de BC141 is maar 60V CE spanning.

Tijd is op!

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
miedema

Golden Member

Mooie uitleg Bram!

(En dat in een topic waar de topic starter na de startpost niets meer van zich heeft laten horen .....)

Groet! Gertjan.

Bedankt Bram, ik begrijp nu de "functie " van T3.
Als ik de stroom begrenzing voor een te testen schakeling op 100mA instel, dan kan er toch een piek van 10 Ampere lopen in geval van een " foutje " in de schakeling.

Guus@Sint-Michielsgestel

Intussen heeft de T/S zich wel terug gemeld, prima. Verder sluit ik me heel graag aan bij de lof voor Bram, in zijn reactie moet heel veel moeite zijn gestoken.

Het werkingsprincipe is zeker interessant om te bekijken, maar als ik uitkeek naar een schema voor een voeding zou ik me liever beperken tot courante componenten. Laat nu maar dat men zich dit apparaat bouwt, en over een jaar of 5 of 10 vliegt er zo'n LM10 uit en tegen dan is die niet meer verkrijgbaar, dan sta je daar mooi.

hoe beter de vraag geschreven, zoveel te meer kans op goed antwoord
blackdog

Golden Member

Hi Heer Waters, :-)

Nou... die kortsluitstroom kan zelfs nog meer zijn, want bij een echte kortsluiting en wat dikkere aansluitkabels tussen je voeding en het te voeden apparaat,
heb je ook nog te maken met de energie in de condensator over de uitgang van de voeding.

Daar heb je verder met de Electronica in de voeding geen invloed op bij zeg 45V uitgang spanning bij een goede Elco die over de uitgangsklemmen staat (C4 in het schema) kan er korte tijd meer als 50 Ampère kortsluitstroom lopen.

Nu zijn die kortsluitstromen maar heel kort, maar er zijn Electronica schakelingen die daar toch niet tegen kunnen.
Daarom is het bij het ontwerpen van een voeding zaak de waarde van de Elco over de uitgangsklemmen zo laag mogelijk te houden.
In het schema dat je hier hebt laten zien is de waarde "laag" t.o.v. het gemiddelde bij lineaire voedingschakeling.

Ik hou meestal iets van 50uF per Ampère en deze voeding die je liet zien is het 47uF voor 2-Ampère.
De waarde van de uitgang condensator bepaald namelijk ook hoe de voeding reageert op snelle belasting variaties, een hogere waarde maakt hem dan stabieler.
Van het schema dat je hebt laten zien, weet ik niet hoe goed wat de eigenschappen wat dit betreft zijn.
Het kost te veel tijd dit in Spice te plakken of een testschakeling te bouwen.

Het is verder goed, dat je nu één van de eigenschappen die vaak niet verteld wordt bij aanschaf of bouwen van voedingen begrijpt.
De stroom die een voeding kan leveren hangt van de volgende eigenschappen af:

Dit bepaald de voeding Electronica
De maximale stroom die de voeding kan leveren volgens zijn specificaties.
De piekstroom die er kort kan lopen, voordat de stroomloop goed reageert, in jouw schema bepaald door R11 en T3.

Deze twee zaken bepalen een deel van de kortsluitstroom die de voedings Electronica niet kan beheersen, daar het buiten hun domein ligt.
De bekabeling (totale weerstand) vanaf de voeding tot het kortsluitpunt.
En de Elco over de uitgang klemmen, dit vooral bij hogere uitgang spanningen, want er gaat dan steeds meer energie in de condensator zitten.
De bouwers van buizen apparatuur weten maar als te goed hoe een 47uF 300V condensator kan "petsen" als je deze kortsluit, het slaat gaten in je schroevendraaier. :+

Ga verder door met het te leren begrijpen van Electronica en denk niet te snel dat je het wel weet, het is bijna altijd laagje voor laagje dat je al de variabelen gaat inzien.
Neem alleen de condensator over de uitgang al, de hoeveelheid energie die er bij kortsluiting kan lopen, hangt sterk af van het type en de kwaliteit van de condensator!
Dus het lijst je dat ik hierboven liet zien geeft een goede indruk van de piekstroom,
maar als je de eigenschappen van de condensator over de uitgang weet, dat geeft je al weer een extra laagje kennis!

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
Turbokeu

Golden Member

Ha, deze voeding heb ik een 15-20 jaar geleden ook gebouwd in 40V/2A versie met 90% sloop/recuperatieonderdelen als supergoedkoop tussendoor projectje (transfo uit een mainframe matrixprinter, kast was oorspronkelijk een grote meerwegs Centronix printer omschakelaar in stalen behuizing).
Ik vond indertijd moeilijk de National LM10 opamps en heb ze uiteindelijk bij Cotubex in Brussel gevonden uit hun oude NOS onderdelenstock (wel in TO99 versie).
Was wel even slikken toen ik afrekende: 10€/stuk!

De TO99 LM10's heb ik op de print gemonteerd in 8-pin DIL-voetjes.
De venstertjes van de galva's zijn nog steeds niet definitief bevestigd, de meterschalen heb ik uitgeprint.
In het deksel heb ik een 12V hulpvoeding gemaakt om het 60mm kastventilatortje en de 80mm computerfan (koelplaat heeft horizontale ribben) te voeden.

Ik heb de voeding een tijdje gebruikt tot op een dag de spanningsregeling niet meer werkte.

Ik ben mijn hersenen aan het pijnigen om me te proberen te herinneren wat toen de oorzaak was.
Het had, voor zover ik me kan herinneren, te maken met IC1/diode D1 en potmeter P1 in de 0Ω stand.
Ik denk dat IC1 bij mij defect is gegaan zodat er een te hoge stroom door D1 is gegaan bij de 0Ω stand van P1 waardoor D1 uiteindelijk doorgefikt is.

PS: De voeding werkt ondertussen nog steeds maar wordt niet veel meer gebruikt vermits ik nog 3 andere voedingen staan heb.

I love watching conspiracy theorists use the airtight logic of the argument from incredulity: "Well I don't understand how it works so it can't be real!!!"

Mooie mechanische uitwerking! _/-\o_

Op 5 september 2021 11:37:23 schreef big_fat_mama:
Verder sluit ik me heel graag aan bij de lof voor Bram, in zijn reactie moet heel veel moeite zijn gestoken.

+1

Op 4 september 2021 00:48:42 schreef vergeten:
[...]

De prijs, voor de DIP-8 (DIL8) is te doen, maar je moet niet de TO99 willen hebben!

€4 op Farnell, >€5 in de detailhandel (Okaphone en HF electronics hebben ze beide voor €5,45). Alleen als je ze al hebt zou ik ze als basis gebruiken voor een voeding. Ik zou eerder proberen een hulpvoeding te bouwen (waar wikkelingen op de ringkern erbij bijvoorbeeld) en de algemene lijn van de CO2016 voeding volgen, misschien met een LM358. Afhankelijk zijn van een 500kΩ potmeter voor de nauwkeurigheid en stabiliteit van je uitgangsspanning is IMHO ook niet ideaal.

Hensz

Golden Member

Op 3 september 2021 22:17:36 schreef Kruimel:
Zo op het oog is het een variant van wat er in de datasheet van de LM10 staat:

Ik vermoed dat er in het artikel iets zal staan als "Applikatie National Semiconductor".

Klopt:

Don't Panic!