Linearregler mit MosFet

Hi DIY-Freunde,

ich habe hier einen chronisch unterforderten Ringkerntrafo 2x12V 80VA, da ich jetzt keine Halos, sondern LEDs leuchten lasse, sowie ein eigentlich für meinen Bastelplatz viel zu großes regelbares Netzteil. Außerdem habe ich gelesen, dass sich Schalt-Mos-Fets überhaupt nicht für Linearanwendungen eignen, was mich natürlich besonders reizt. Habe mir also ein paar IRFP9140NP gekauft, faszinierende Bauteile, habe bisher noch keine verarbeitet. Wenn man sie mit offenem Gate anschließt, halten sie die den gerade fließenden Strom eine halbe Ewigkeit, und man kann mit dem Finger etwas Ladung zu- oder abnehmen. Für mich sieht das I-U-Diagramm so aus, als könnte der Netzteil-Plan gerade so gelingen.



Habe sodann einen der IRFPs vorsichtig mit steigenden Lasten gegrillt, und er hat anscheinend alles überlebt. Zuletzt an einem Arbeits-R von 1,66 Ohm 4 A fließen lassen, am Transistor standen da 20 V an. Die Kühlkörper-Temp. ging da schnell auf 60 Grad hoch, dann habe ich den Lüfter angeschaltet (alter CPU-Kühler), der hat den KK auf 50 Grad runtergekühlt. Nach ca. 1/2 Stunde ausgeschaltet, weil der Lüfter sehr nervt.
Die Usource-gate war da ca. 5,2 V, ausgesteuert habe ich das Ganze mit 1000 Hz Sägezahn und ca. 2 V pp, am 1,66-Ohm-Widerstand standen da etwa 8 V pp an.

Testaufbau




Das Netzteil soll dann ab 3 A begrenzen, und da man ja selten max. Leistung braucht, wird der Lüfter geregelt, was den Nerv-Faktor minimiert. Übrigens: der RK-Trafo war bei dem Test auch deutlich über der Nennleistung mit 127 W Aufnahme, aber er wurde in der Testrunde nicht mal Handwarm. Mal überschlägig die gesamte sec. Leistung einschließlich Gleichrichter durchgerechnet, hat er aber nicht mehr als 15 W verbraten müssen.

Höre gerne Eure Meinungen und Tipps zu dem Projekt.

Besonders wäre interessant für mich:
- Was und wie kann ich noch vorher testen?
- Kennt jemand besser geeignete P-MosFets? (wo es auch preislich nicht so weh tut, wenn sie kaputt gehen)
- Gibt es einen einfachen Indikator für eine Verschlechterung der IRFs, falls sie sich nämlich nicht mit Knall und Rauch, sondern schleichend verabschieden?

MfG, Hmeck

So, Projektpause beendet. Löthand geht wieder. War verletzungsbedingt (nicht am Lötkolben) ausgefallen.

Und dar Regler läuft, MosFet nicht gegrillt.


Nochmal der Kühlklotz, erstmal einen Temp.Fühler für die Lüfterregelung in eine Cu-Hülse eingeklebt. Der Klotz kommt zwar länger ohne Extra-Puste aus, was gut für den Geräuschpegel ist, aber irgendwann will man ja auch Leistung ziehen können.


Hier die Platine, wie bei mir üblich auf Cu-losem Lochraster. Die Anschlüsse des Fet sind, nicht zuletzt aufgrund des zu erwartenden Fet-Sterbens, geschraubt. Die Klemmen stammen von 2mm-Steckern ab.


Hier der hochprofessionelle Testaufbau. Papp-Winkel und Leim-Klammern. Stabilität und Regelung sind aber ziemlich gut. Bei einer Belastungsänderung von 0 auf 2 A geht die Spannung um 10 mV runter. Strombegrenzung ist bei ca. 3,4 A, die max. Ausgangsspannung habe ich auf 33 V eingestellt. Dort kann dann natürlich nur noch etwa 0,5 A gezogen werden, bei 30 V 1 A und ab ca 25 V dann der volle Ausgangsstrom. Min. Ausg.Spannung ist 3 V.


Und hier die Schaltung. Normalerweise wird ja die Referenzspannung auf den + Eingang und die Ist-Spannung auf den invertierten gegeben, hier muss es genau umgekehrt gemacht werden. Die 0,22 Ohm im Sourcezweig liefern die Spannung für die Strombegrenzung mittels BC 557. An den anderen soll 557 mal eine Begrenzungsanzeige dran.

Beim Oszillogramm der Ausgangsspannung grummelt die Störspannung im unteren einstelligen mV-Bereich herum, wobei ich bei dem freie fliegendem Aufbau natürlich nicht wirklich genau weiß, woher das kommt.

Was noch zu tun bleibt:

Da muss noch ein dritter PNP hin, der bei Überhitzung oder längerer Überlast das Ganze abschaltet. Dazu natürlich die entsprechende Ansteuerung, evtl. über den guten alten NE555. Auch eine Lüfterregelung soll noch drauf, da der Lüfter mit 12 V läuft, muss noch ein 12 V-Zweig von der Versorgung abgezapft werden. Hier evtl. einen fertiger Schaltregeler einsetzen, denn der Lüfter schlägt auch mit 0,6 A max zu Buche.

Was unbedingt auch noch drangestrickt werden muss: Eine Spannungsbegrenzung für das Gate! Laut Datenblatt ist die "Gate-to-Source Voltage" max + / - 20 V. Wenn die Regelung aber "überfahren" wird, zieht der 2,2 k Arbeitswiderstand das Gate unbarmherzig auf die -27 bis -30 Volt. Es wundert mich tatsächlich sehr, dass der IRF das bisher geschluckt hat.

Die Spannung zwischen + UB und dem Gate liegen im Regelbereich zwischen 3,5 V im Leerlauf und 6,2 V im Kurzschlussfall. Da man da die Spannung am Source-R abziehen muss, entspricht das einigermaßen den Datenblattwerten.

Schwingneigung und Dynamische Verhalten.

Der Gedanke bei den 220 und 680 nF im Ausgangsteiler waren, dass diese in etwa der Spannungsteilung durch die Widerstände entsprechen sollten. Mit dem Comp-C am 723, hier 470 pF eingezeichnet, habe ich auch von 100 bis 1200 pF rumprobiert. Optimum scheint bei 270 pF zu liegen.

Das Oszilloskop zeigt ohne den 2,2 uF direkt am Ausgang etwa 15 mV pp "große" Schwingungspakete, die ich auf die HF-Verseuchung der Umwelt zurückführe. Mit dem C im Ausgang sinken die deutlich unter 5 mV, bei Belastung werden sie noch kleiner. Bei Stromloser Schaltung bleiben sie immer noch sichtbar. Härtetest: beim Anschluss einer Mini-Bohrmaschine (12 V, Kollektorläufer) steigen die Störungen auf ca 100 mV pp an.

Warum ich annehme, dass die Störungen von außen kommen:

Durch Aufschaltung von Lasten lassen sich keine sichtbaren Schwingungszüge provozieren.
Die Frequenz ist nicht lastabhängig.
Es gibt keine durchgängige Schwingung, sondern einzelne Pakete. Wenn ich auf die Netzfrequen synchronisiere, wandern diese zügig über den Schirm, sind aber, je nach Zeitbasis, noch als Einzelpakete identifizierbar.

Der Einbau eines zusätzlichen seriellen Gate-Widerstandes änderte nichts, ebensowenig wie die Variation am Kompensations-C des 723.

OK, das ist jetzt der Stand meines Projektes. Es geht also, und zwar ziemlich problemlos.

Ob ich das Ganze noch fertig bauen werde? Keine Ahnung. Richtig Spannendes ist ja nicht mehr zu erwarten.

Hoffe, ihr habe es einigermaßen interessant gefunden -

Grüße, Hmeck