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Thema: Design von Netzteil 30V/5A

  1. #1
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    Design von Netzteil 30V/5A

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    Hallo alle Hobby- und Profielektroniker!

    Ich habe vor mir (endlich) ein Netzgerät zu basteln, um nicht immer für andere Basteleien mit Batterien rumhantieren muss, und brauche ein wenig (oder mehr) Hilfe von euch.

    [highlight=yellow:652d33c8fc]1. Erste Gedanken[/highlight:652d33c8fc]

    Wie gesagt würde ich mir gerne ein (relativ) anständiges Netzgerät bauen. Dabei habe ich mir folgende Ziele gesetzt:

    - 2 Ausgänge, einer für positive und einer für negative Spannungen
    - Es soll regulierbar sein (jeder Ausgang unabhängig vom Anderen)
    - Relativ hohe Spannungen und Ströme erzeugen (30V/5A)
    - Eine Anzeige der aktuellen Spannung pro Ausgang (7 Segment LEDs oder mit LCD...)
    - Ein "Bonus" wäre eine Kurzschluss-Sicherung
    - Und das ganze sollte auf einer selbst erstellten Platine in eine schöne metallische Box, so wie wir das von den handelsüblichen Nezgeräten kennen

    Soweit meine Vorstellungen. Habe ich jetzt schon etwas wichtiges übersehen?

    [highlight=yellow:652d33c8fc]2. Annäherung ans Design der Schaltung[/highlight:652d33c8fc]

    Das Hauptelement um das sich die Schaltung, die ich mir vorstelle, dreht ist der LM338, da man laut datasheet mit diesem Regler meine gewünschte Spannungen und Ströme erreichen kann. Der LM138 und LM238 sind soviel ich verstanden habe genau gleich wie der LM338 ausser den Raumtemperaturen zwischen welchen diese Komponenten noch garantiert funktionieren. Oder gibt es noch mehr Unterschiede weshalb ich doch besser einen anderen Regler nehmen sollte?

    Habe ich richtig verstanden, dass die IC's LM338K und LM338T, für den positiven bzw. negativen Ausgang sind? Denn es ist mir schwer gefallen etwas über die IC für die Gleichrichtung von negativen Spannungen zu finden .

    Zu der Gleichrichtung habe ich auch eine kleine Frage. Ich habe gesehen, dass in manchen Schaltungen 2 Brückengleichrichter benutz werden, um die 2 Spannungen zu bekommen, obwohl man das doch auch einfach mit einem Brückengleichrichter machen kann (Siehe Bild 1)


    Bild 1

    Was ist der Unterschied? Welche ist die bessere Lösung?
    Ich vermute, dass man bei den 2 Brücken die Dioden etwas kleiner dimensionieren kann. Aber sonst? Ich habe mich im Prinzip für die Variante mit einer Brücke entschieden.

    (Fortsetzung mit ersten Dimensionierungsversuchen folgt )

    MfG

  2. #2
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    Hallo

    Der wesentliche Unterscheid der Scaltungen ist das bei Variante 1 2 galvanisch getrennte Spannungen zur Verfügung stehen und bei der anderen +/- mit gemeinsamer Masse.

    Der Unterschied zwischen K und T Variante ist das Gehäuse der LM338 kann nur positive Spannungen von 1,2V ab einstellen. Wenn Du also mit Trafovariante 1 2x einen Positivregler aufbaust kannst Du dann die Beliebig zusammnschalten. also 2x unterschiedliche Spannung gleicher oder entgegengesetzer Polarität oder hintereinandergeschaltet für bis 60V.
    Die Messung muss für diesen Fall natürlich auch getrennt ausgeführt werden.
    Da das ein Linearregler ist wird ne Menge Energie in Wärme umgesetzt (besonders bei geringen Ausgangsspannungen) also gute Kühlung ist Pflicht.
    Für eine erste Erfahrung mit dem Netzteilbau ist das Teil ausreichend zumal ja im Datenblatt etliche Schaltbeispiele enthalten sind. Viele der billigen 'Baumarktnetzteile' sind mit diesem Teil aufgebaut.
    Für ein anspruchsvolleres Netzeil das dann bessere Stabilität und einstellbare Strombegrenzung haben sollte wür ich heutzutage auf einen Schaltregler setzen, doch um das Sinnvoll zu konstruieren brauchts schon etwas Erfahrung und Grundlagenwissen.

  3. #3
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    Das heisst mit der Variante von nur einer Brücke kann ich keine 2 Ausgänge mit invertierter Polarität generieren weil es keinen komplementären IC zum LM388 für negative Spannungen gibt?
    Denn das Bild der 1-Brückenvariante ist aus einer Schaltung bei der man +/- 12V mit hilfe der LM7812 und LM7912 ICs erhält.

  4. #4
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    Also, weiter geht's:

    [highlight=yellow:6b5e7685f8]3. Dimensionierungs Versuche[/highlight:6b5e7685f8]

    Das ist das erste mal, dass ich Versuche ein Netzteil zu berechnen also wäre ich euch sehr dankbar wenn ihr mich auf Rechen- und/oder Konzeptfehler hinweisen würdet.

    Zunächst mal die Schaltung (siehe Bild 2), die ich angefertigt habe, wobei da nichts besonderes oder neues ist.


    Bild 2

    Von C1 nach rechts habe ich eine Beispielschaltung verwendet, die in dem Datenblatt vom LM338 zu finden ist.
    Ist hier schon etwas falsch oder vedreht?

    Um den Wert von C1 zu bestimmen mache ich Folgendes:

    Am Ausgang vom Regler möchte ich das die Brummspannung maximal 0.1Vss beträgt. Laut Datenblatt hat der Regler eine Brummunterdrückung von 60 dB. Somit kann ich die Brummspannung am Eingang erhalten:

    Ubrumm-In = 10^(60/20) = 1000 Vss (!!!)

    Das gilt für f = 120Hz (obwohl in meinem Fall f = 100 Hz) und Vo = 10 V. Zudem gibt es noch verschiedene Grafiken im Datenblatt, wo man sehen kann das auch in den extremen Fällen (Uo = 30V und Io = 5A) die Ripple Rejection Ratio über 40 dB ist, und sogar noch weit über 60dB wenn man den Cadj = 10uF einsetzt, der in meiner Schaltung als C3, bzw. C7 wieder zu finden ist.

    Irgendwo hab ich gelesen, der Elko solle 1000uF*Imax haben. Stimmt das? Und könnte mir einer bitte erklären wie man auf diesen Wert kommt?
    In meinem Fall müsste mein C1 elko eine Kapazität von 5000uf=5mF haben. Mit diesem Wert berechne ich jetzt die Brummspannung am Eingang des Reglers (mit einer Formel die ich mir nicht so ganz herleiten kann. Weiss jemand woher diese Formel kommt?):

    Ubrumm-In = 0.75*Imax/(fr*C1) = 7.5 Vss

    Wie man sieht ist dieser wert viel kleiner als der oben berechnete, womit ich also am Ausgang noch eine viel kleinere Brummspannung als meine gewünschten 0.1 Vss haben sollte.

    Zum Traffo: Mit Traffos habe ich so gut wie keine rechen Erfahrung, aber ich Versuche es mal. Wie man in Bild 2 oben sieht, brauche ich der sekundären Wicklung zwei Spannungen, die gleichgross sein müssen. Der Wert dieser Spannungen erhalte ich so:

    Utraffo,ss = Uo,max + Udiode + Uic = 30V + 0.7V+ 1.3V = 32V

    Das Problem hierbei ist dass ich bei kleinen Ausgangsspannungen laut Datenblatt nur noch ungefähr 1.5A ziehen kann, da die differenz (Vi - Vo) sehr gross ist. Weiss jemand wie ich dass verbessern könnte? Meine Idee wäre einen Traffo zu benutzen bei dem man per Knopfdruck die Spannung auswählen kann, d.h. dass man mechanisch die Länge der sekundären Spule beeinflussen kann. Ich denk ich hätte schon mal so einen in einer Schaltung gesehen. Gibt es so einen Traffo?

    Die Gleichrichterdioden wähle ich so, dass sie die maximale Inversspannung und den maximalen direkten Strom verkraften. Die maximale Inversspannung sind die 32V von oben, und der maximale Strom 5A, oder? Kann mir jemand sagen wo ich tabellen von Dioden findend kann? Denn auf gut Glück zu googlen.....

    So das wär's dann vorest wieder mal gewesen.
    Wäre sehr dankbar für eure Hilfe!

    MfG

  5. #5
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    Ja ich weis nicht ob es zum LM338 eine komplimentäre Variante für negative Spannungen gibt. Warscheinlich schon denn für den LM317 (1A) gibt es ja auch den LM337 als neg Regler. Den LM337 kann man durch Zusatzbeschaltung sicher auf 5A aufboren. Hab aber gerade keine Schaltung dazu da aber im Netz (zb auf der National Semiconduktors) findet sich sicher was an Applikationen dazu.
    Wenn Du aber einen Trafo mit getrennten Wicklungen hast ist die getrennte Variante sicher vorteilhafter weil flexibler. So ein Brückengleichrichter kost ja kaum was.

  6. #6
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    hoppla da kam ja noch was.

    In aller kürze. Der Untere Zweig funktioniert natürlich nicht mit dem LM338 (mit den LM337 klappt es).
    5000µF (Standardwert der Reihe 4700µF) ist ein guter Wert bei 5A wobei mehr immer besser ist. Ich rechne den Elko meist gar nicht aus und nehm das aus Erfahrung. In der Trafospannungsberechnung ist die Flusspannung für die Diode bei einer Einzelbrücke zu verdoppeln. Weiterhin ist die Spannung an Elko = 1,41 x (trafosp. -Diodenflusspannung ) Deine Formel stimmt nur für die Spitzenspannung der Wechselspannung. Wechselspannungen werden aber immer als Effektivspannungen angegeben. Ein bisschen Meht trafospannung ist meist von Vorteil da die Trafospannung bei Last immer mehr oder weniger zusammenbricht. Auf jeden Fall darf die Spannung vor dem Regler bei Leerlauf nicht über die max Spannung des Reglers steigen können (meist 40V).

    Es gibt Stelltrafos die so aussehen, meist sinds aber Rinkerntrafos. nur sind die für die Netzteilanwendung nicht gedacht und meist auch nicht geeignet.

    Als gleichrichter kannst Du jedens Brückenmodul nehmen das 50V und 6A aushält. In den Bauelementhändlerseiten sind die Eckdaten zu den Modulen angegeben und auch Datenblattlinks.

  7. #7
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    Der Regler ist ein positiv Regler, den kannst du nicht einfach für negative Spannungen verwenden! Einigermaßen machbar wäre es, wenn du den oberen Teil der Schaltung 2 mal aufbauen würdest, mit der zweiten Trafowicklung und einem zweiten Gleichrichter. Für C1 = 1000µF pro Ampere ist ein guter Erfahrungswert.

  8. #8
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    Ok, dann werde ich mal die Schaltung ändern und 2 Brücken nehmen. Trotzdem wundert es mich, dass es nicht eine IC wie den LM338 für negative Spannungsregulierung gibt .

    Und wobei ich auch dringenst Hilfe brauche ist bei:

    Das Problem hierbei ist dass ich bei kleinen Ausgangsspannungen laut Datenblatt nur noch ungefähr 1.5A ziehen kann, da die differenz (Vi - Vo) sehr gross ist. Weiss jemand wie ich dass verbessern könnte? Meine Idee wäre einen Traffo zu benutzen bei dem man per Knopfdruck die Spannung auswählen kann, d.h. dass man mechanisch die Länge der sekundären Spule beeinflussen kann. Ich denk ich hätte schon mal so einen in einer Schaltung gesehen. Gibt es so einen Traffo?
    Denn mit Traffos habe ich in der Praxis noch nicht all zu viel zu tun gehabt.

    MfG

  9. #9
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    Hallo

    Tja das mit den 1,5A ist letztendlich schliesslich durch die Verluste bedingt. Wenn Du mit 5A von 35v auf 2V runter willst musst Du ja 165W verbraten das gibt ne schöne Heizung. Zwar kann ma wie glaub ich auch i Datenblatt beschrieben die Regler irgendwie Paralellschalten um höhere Ströme zu bewältigen. Gibt auch die Möglichkeit die Leistung durch eine externen Leistungstransistor steigern. Besser ist es aber einen Trafo zu nehmen der Wicklungen mit unterschiedlichen Spannungen hat, also zb 12 und 28V und die mit einem Relais automatisch oder per Hand umzuschalten, wurde auch oft so bei Labornetzgeräten gemacht.
    Das mit den regeltrafos kannst Du wie schon gesagt vergessen, außerdem sind die Stelltrafos mit Netztrennung auch sauteuer.
    Google mal ein bissel es gibt ne Menge Schaltungen zu dem Netzteilthema im Netz.

  10. #10
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    Danke für deine Hilfe, "Warze".

    Gegoogelt hab' ich schon wie blöde, und auf drei Sprachen, aber ich finde nicht mehr eine bestimmte Schaltung die ich vor ein paar Monaten gefunden hatte, und die Praktisch das gleiche machte was ich hier machen will.

    Zum Trafo: So einen mit Knopdruck umschalten ist genau was ich gemeint habe. Nicht einen den man linear verändern kann. Und ich wusste nicht ob es solche Trafos wirklich gibt. (Tut mir leid wenn ich mich manchmal etwas undeutlich ausdrücke, aber ich lebe schon seit etlichen Jahren in Spanien und studiere hier, weshalb ich oft nicht sicher bin wie manche technischen Wörter übersetzt werden). Also gibt es doch solche Trafos mit 2 separaten Spulen im sekundären, wo man per Knopfdruck beide zwischen z.B. 15V und 30V "switchen" kann? Das wäre super!! Da ich so etwas an Leistung einsparen kann, da ich mich doch öfters in niederen Spannungen bewegen werde.

    Hier ist ein neuer Entwurf:



    Sollte so, mit zwei LM338, funktionieren, oder?

    Was haltet ihr von den Dioden die ich als Gleichrichter einsetzen will?

    Gibt es irgendwo eine Liste von kommerziellen Werten von Kondensatoren? Ich weiss nur, dass es einen mit 4700uF gibt, aber der nächst höhere?

    MfG

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