0 - 400V Regel Netzteil von Frank Kneifel

Bewertung:  / 39
SchwachSuper 

0 - 400V Regel Netzteil von Frank Kneifel

 

Bekannt aus Jogis Röhrenbude

 

  • Hoher Regelbereich 0V - 400V / 22mA - 600 mA ( Bauvorschlag)

  • Geringe Verlustleistung

  • Maximaler Ausgangstrom 1A

  • Stabelisierte Regelspannung

  • Verluste: 100mA nur 9,81W bzw. 1A 19,71W

  • Verluste nicht von der Ausgangsspannung abhängig!

  • Preiswerter Nachbau


    ACHTUNG - Bei diesem Projekt wird mit hohen Spannungen gearbeitet, Teile der Schaltung liegen direkt am 230V-Netz.

    Bei unsachgemäßer Handhabung besteht Lebensgefahr!


    Das Netzteil ist ein verlustarmes Netzteil mit Triac-Vorregelung. Die Vorregelung arbeitet so, dass an der eigentlichen Regelung mit T1 und IC5 (LM317) immer nur ca. 12V abfallen. So könne die Verluste in Grenzen gehalten werden. Zusätzlich kann das Netzteil an eigene Bedürfnisse in Bezug auf maximale Ausgangsspannung und maximalen Ausgangsstrom angepasst werden. Die maximale Ausgangsspannung liegt bei 400V, der maximale Ausgangsstrom beträgt 1A.

    Zum Vergrößern auf Bild klicken.


    Links oben ist die Triac-Ansteuerschaltung, links
    unten die Regelschaltung dazu.
    Rechts oben ist der Längsregler, rechts unten ist die Steuerung des Längsreglers.
    Die Spannungsversorgung für die Steuerung
    des Längsreglers wird von dem DC/DC-Wandler DC1 übernommen. Damit ist eine
    galvanische Trennung der einzelnen Module realisiert.
    Es sind noch einige
    Bauteile zur Störminimierung wie L1, der Snubber C9 / R14 und die Kondensatoren
    C10 bis C13 eingefügt
    Mit dem Trimmpoti P3 kann der maximale Stellbereich des
    Potis P3 abgeglichen werden.

    Das Triac-Modul schaltet in jeder Halbwelle
    die Netzspannung zu dem Zeitpunkt an den Netztrafo TRA3, dass der
    Spannungsabfall am Längsregler immer 12V beträgt. Die Verluste im Netzteil sind
    stark herab gesetzt.

    Das Netzteil ist so entwickelt, dass es sich schnell
    an vorhandene Trafos (TRA3) und gewünschte Ausgangsspannungen und Ströme
    angepasst werden kann.
    Die maximale Ausgangsspannung beträgt 400V, sie wird
    durch die Spannungsfestigkeit der Siebelkos C14, C15, C19, C20 und der
    Spannungsfestigkeit des Transistors T2 bestimmt.
    Der maximale sichere
    Ausgangsstrom beträgt 1A, er wird durch T1 bestimmt.

    Die Verluste im Netzteil betragen ca.:
    " Triac-Regelmodul - 15V bei 70mA
    macht 1,05W, gehe ich mal von einem Trafowirkungsgrad von 70% aus so macht das
    1,5W.
    " Der Stromverbrauch der Steuerschaltung um IC4 beträgt ca. 10mA, macht 0,15W. Bei 70% Trafowirkungsgrad sind das 0,21W.
    " Der Stromverbrauch der
    Steuerschaltung um IC6 beträgt unter 1mA, ist also vernachlässigbar.
    " Über
    den Transistor T3 fallen bei 400V Ausgangsspannung 2W ab (400V * 5mA
    Querstrom)
    " Da der Spannungsabfall über den Längsregler immer 12V beträgt,
    ist die Verlustleistung bei 600mA Ausgangsstrom 7,2W
    " Die Verluste über den
    Gleichrichter B3 bei Vollast, den Triac und sonstige Bauteile belaufen sich über
    den Daumen gepeilt auf ca. 4W.
    Das macht zusammen maximal 14,91W. Und es ist
    egal ob ich eine Ausgangsspannung von 400V oder 150V nutze.
    Bei 100mA Last am
    Ausgang beträgt die Verlustleistung sogar nur 8,91W. Selbst bei voller
    Ausnutzung des Netzteils mit 1A beträgt die maximale Verlustleistung
    19,71W.
    Diese Verluste sind mit einem relativ kleinen Kühlkörper leicht
    abzuführen.

    Die Platine hat eine Fläche von 103mm *
    165mm.

    Zum Vergrößern auf Bild klicken.

    Die unter- und rechts oberhalb von dem
    Spannungsregler IC2 liegenden Lötpads sind zur Abnahme einer 15V-Hilfsspannung
    vorgesehen. Damit kann z.B. ein Realais geschaltet werden.
    An diesen Pads
    steht eine Spannung von 15V mit maximal 60mA zur Verfügung.

    Die
    Mindestabstände der mit dem 230V-Netzspannung verbundenen Leiterbahnen betragen
    2,5mm zum Rest der Schaltung.
    Bei der Gehäuseform der Transistoren wurde die
    Gehäuseform TO218 gewählt, da dort verschiedene Transistoren eingesetzt werden
    können. Die Anschlussbeine der Transistoren müssen evtl. passend nachgebogen
    werden.
    Die Transistoren, der Triac und der LM317 müssen isoliert auf dem
    Kühlkörper befestigt werden.
    Die 230V-Leiterbahnen von den Anschlussklemmen
    zum Triac TR1 sollten mindestens dick verzinnt, evtl. mit Kupferdraht verstärkt
    werden.
    Sonst könnte im Kurzschlussfall nicht nur die Sicherung auslösen
    sondern auch die Leiterbahn verdampfen.
    Die Verzinnung erhöht die thermische
    Trägheit (Wärmeaufnahmekapazität) der Leiterbahn, verringert den ohmschen
    Widerstand aber nur geringfügig.
    Bei Sicherungen über 1A sollte die
    Leiterbahn mit einem Kupferdraht verstärkt werden.
    Empfehlenswert ist auch
    ein zusätzlicher Netzfilter vor das Netzteil zu setzen. Abhängig vom verwendeten
    Trafo können doch recht hohe Störspitzen entstehen.

    Bei Ausgangsströmen
    über 1A ist das Netzteil mit der angegebenen Bestückung nur noch bedingt
    kurzschlussfest, ggf. müssen andere Transistoren für T1 eingesetzt werden oder
    mehrere Transistoren sind parallel zu schalten.

    Kondensatoren

         

    Widerstände

     

    C1, C2

    470µF/35V

    RM5

     

    R1, R16

    220k/2W

    C3

    47µF/25V

    RM2,5

     

    R2, R23

    10k

    C4, C16, C17

    22µF/25V

    RM2.5

     

    R3, R4, R8, R22

    100k

    C5

    33nF/63V

    RM5

     

    R5

    47k

    C6, C7

    4.7µF/50V

    RM5

     

    R6

    150k

    C8

    0.1µ/63V

    RM7.5

     

    R7, R17

    1k

    C9

    0.1µF/275V~

    RM15

     

    R9

    1M

    C10 - C13

    2.2nF/400V~

    RM10, Keramik

     

    R10

    1.2k

    C14, C15 *

    470µF/450V

    RM10

     

    R11

    150/2W

    C18

    0.1µF/63V

    RM5

     

    R12

    4.7k

    C19 *

    10µF/450V

    RM5

     

    R13

    2.2k

    C20 *

    100µF/450V

    RM10

     

    R14

    220/2W

           

    R15 *

    1R 1/2W für 600mA

    Halbleiter

         

    R18

    100k/2W

    IC1, IC2

    µA7815

       

    R19

    9.1k

    IC3

    TCA785

       

    R20

    100/2W

    IC4

    TL061

       

    R21

    240

    IC5

    LM317

       

    R24

    180k/2W

    IC6

    TL081

       

    R25 *

    680k/2W

    DC1

    DCD-DC-Wandler 15V/12V

           

    T1 *

    IKW 25N120 / IRFP450 / IRF 840

       

    Sonstige

     

    T3

    IRF840

       

    TRA1, TRA2

    Trafo 15V / 120mA, EI30

    T2

    BUX85

       

    TRA3

    Trafo nach Bedarf (siehe Text)

    D1 - D4,

    D7 - D11

    1N4007

       

    L1

    Enstördrossel 100µH/6A

    D5

    12V-Zener-Diode

       

    X1 - X7

    Anschlussklemmen RM5

    D6

    10V-Zener-Diode

       

    X1' - X7'

    Anschlussklemmen Gegenstück

    B1, B2

    Brückengleichrichter DIL

       

    F1

    Sicherungshalter 20mm

    B3

    Brückengleichrichter

       

    F1' *

    Sicherung Träge 1.6A

    TR1

    Triac 600V/25A

       

    Kühlkörper mit hö chstens 4k/W

     

    OK1

    Optokoppler CNY17/2

       
           

    P1 *

    Drahtpoti 47Ohm/4W

       

    P2 *

    10Gang-Poti 1kOhm

       

    P3

    2kOhm

       

    Alle mit "*" bezeichneten Bauteile müssen nach Auslegung des Netzteils bemessen
    werden. Die angegebene Stückliste bezieht sich auf ein Trafo TRA3 mit 300V/1A
    für eine Ausgangsspannung von 400V und einem Ausgangsstrom von 0,6A


    Anpassung der Ausgangsstrom (R15):
    Die Strombegrenzung wird durch den
    Widerstand R15 und dem Poti P1 bestimmt. Der maximaler Ausgangsstrom berechnet
    sich aus 0,6V : R15 = Imax, der minimale Ausgangsstrom berechnet sich aus 0,6V :
    (R15 + P1) = Imin.

    Anpassung der Ausgangsspannung (R25):
    Der
    Spannungsregelbereich wird durch R25 festgelegt und berechnet sich aus R25 =
    (Uaus * 10kOhm : 6V) - 10kOhm (Uaus ist die gewählte maximale
    Ausgangsspannung).
    Hier wird der nächste Widerstand aus der R12-Reihe
    genommen, Feinabgleich erfolgt über dem Trimmpoti P3.
    Große Freiheit hat man
    auch mit dem Spannungsregelpoti P2. Dieses kann einen Wert von 1kOhm bis 100kOhm
    haben. Der Widerstand R17 muss nur den gleichen Wert wie das Poti
    haben.

    Auswahl des Transistors T1:
    Der Transistor T1 richtet sich nach
    dem maximalen Ausgangsstrom. Bis 200mA kann der IRF840 verwendet werden. Von
    200mA bis 500mA ist der IRFP450 geeignet, von 500mA bis 1A sollte der IKW25N120
    benutzt werden. Mit dieser Bestückung ist das Netzteil kurzschlussfest. Einsatz
    andere Transistoren mit ähnlichen Daten ist möglich, eine Parallelschaltung kann
    auch genutzt werden.
    Es kann auch z.B. für 500mA Ausgangsstrom ein IRF840
    genutzt werden. Dann ist das Netzteil aber nur noch bedingt Kurzschlussfest. Bei
    voller Ausgangsspannung und Kurzschluss kann der Transistor zerstört werden. Der
    SOA-Bereich aus dem Datenblatt des Transistors darf nicht überschritten
    werden.

    Dimensionierung der Elkos C14, C15, C19 und C20:
    Die
    Spannungsfestigkeit (UC) der Elkos C14, C15, C19, C20 orientiert sich an der
    gewählten maximalen Spannung. Sie sollte mindestens 50V über der maximalen
    Gleichausgangsspannung des Netztrafos TRA3 liegen und berechnet sich
    aus:
    Wechselausgangsspannung des Trafos TRA3 (UTRA3) mal Wurzel aus 2 (1,414)
    plus der 50V Sicherheitsreserve.
    UTRA3 * 1,414 + 50V = UC
    Die
    Kondensatoren C14 und C15 werden anhand des gewählten maximalen Ausgangsstrom
    ausgewählt. Die Gesamtkapazität sollte pro 100mA Ausgangsstrom ca. 100µF
    betragen.

    Der Ausgangskondensator C20 bestimmt die Trägheit der
    Strombegrenzung. Er kann einen Wert von 1µF bis 100µF annehmen. Je größer, umso
    träger reagiert die Strombegrenzung.

    Sicherung F1':
    Die Sicherung F1'
    ist nach verwendeten Trafo TRA3 zu bemessen. Sie sollte ca. 20 bis 30% über dem
    primären maximalen Dauerstrom des Trafos TRA3 liegen. Setze ich z.B. einen
    230VA-Trafo ein, so zieht dieser maximal 1A, hier ist dann eine 1,25A-Sicherung
    einsetzbar.


    Zum Abschluss noch die kompletten Unterlagen wie Schaltplan,
    Bestückungsplan, Platinenlayout (als PDF und Eagle-Datei) und Bauteileliste:

    Alle Unterlagen als ZIP-Archiv