Labor-Stromversorgungsgerät

Das hier beschriebene Spannungsversorgungsgerät basiert auf einer Regelschaltung, die im Elektronik-Kompendium veröffentlicht wurde. Die Details zur Funktion können in der Schaltungsbeschreibung von Thomas Schaerer nachgelesen werden. Mit seiner freundlichen Einwilligung ist mir die Vorstellung dieser Anwendung möglich, gleichzeitig weise ich darauf hin, daß sämtliche Eigentumsrechte an der Reglerschaltung bei Thomas Schaerer verbleiben und jegliche kommerzielle Verwertung mit ihm zu vereinbaren ist. Die Kontaktaufnahme ist über www.elektronik-kompendium.de möglich. Fragen und Hinweise zu meinem Projekt sind dagegen direkt an mich zu richten.

Ich beschränke mich hier auf die Erläuterung der Änderungen und Erweiterungen, die ich vorgenommen habe. Im Einzelnen sind das folgende:

• Verwendung des TIP2955 als Längstransistor anstelle des MJ2955
• höhere Ausgangsspannung (ca. 26 V)
• ein seperater Shunt zur Strommessung
• Strom- und Spannungsmessung
• Komplettierung zur Doppel-Spannungsquelle

Aber der Reihe nach. Für den Austausch des Transistors gibt es keine Veranlassung, die auf den Daten beruht. Einerseits lag der TIP2955 in der Bastelkiste und der zweite Grund ist die Bauform, welche die Unterbringung aller Bauteile des Reglers auf der Platine ermöglicht und gleichzeitig eine platzsparende Anordnung auf dem Kühlkörper zuläßt. Thomas Schaerers Hinweis auf einen möglichst großen Abstand auf dem Kühlkörper zum BD139 habe ich bewußt nicht umgesetzt, weil bei meinem Aufbau ein Lüfter die Kühlkörper direkt anströmt. Thermische Probleme gab es bislang nicht - ich setze das Gerät allerdings auch nur bis maximal 2 A Ausgangsstrom ein.

Schaltplan des Reglers - die Bauteilbezeichnungen sind identisch mit denen der Schaltungsbeschreibung von Thomas Schaerer (auf das Bild klicken, um den Schaltplan zu vergrößern)

Der eingesetzte Netztrafo liefert ca. 21 V Wechselspannung. Um die daraus resultierende höhere Gleichspannung am Ausgang verfügbar zu haben, wurde der Spannungsteiler R6/R7 geringfügig umdimensioniert. Die Rohspannung beträgt unbelastet ca. 30 V und liegt damit noch unter der zulässigen Betriebsspannung des LM 358.

Die wesentlichen Änderungen sind in diesem Schaltplanausschnitt zu sehen: der Längstransistor TIP 2955 R15 wurde auf 0,33 Ohm vergrößert, um den Ausgangsstrom auf 2 A zu begrenzen R6 wurde auf 5,6 k vergrößert, um die maximale Ausgangsspannung anzuheben R17 wurde zusätzlich als Shunt zur Strommessung mit den entsprechenden Abgriffen I1 und I2 eingefügt

Um eine Strom- und Spannungsmessung mit wenig Aufwand zu realisieren, habe ich LCD-Voltmetermodule des Typs LDP-135 LCD eingesetzt. Dabei handelt es sich um kompakte Displays mit AD-Wandler zur Klipp-Montage in der Frontplatte. Der kleinste Meßbereich beträgt 199,9 mV. Darauf muß der Shunt abgestimmt werden. Die Position des Kommas wird mit einer Lötbrücke festgelegt, der Meßbereich durch zwei einzulötende Widerstände als Spannungsteiler. Darüberhinaus enthalten die Module einen Einstellregler zur Korrektur des Anzeige-Endwertes in einem kleinen Bereich. Es ist darum auf jeden Fall ratsam, für Spannungsteiler und Shunt engtolerierte Widerstände zu verwenden.

Die Module können nur mit einer von der Meßspannung galvanisch getrennten Versorgungsspannung von 9 V betrieben werden - für dieses Gerät sind also 4 Spannungsregler mit je einer eigenen Trafowicklung zur Display-Versorgung vorzusehen.

Schaltplan der Versorgung für Voltmeter und Lüfter Die Trafos liefern je Wicklung 9V bei 19mA; je Modul werden ca. 1mA aufgenommen - als Gleichrichterdiode kann somit fast jeder Typ verwendet werden. Für die Lüfterversorgung ist ein Kühlkörper vorzusehen. Dessen Größe hängt von der Stromaufnahme ab. Wenn verfügbar, sollten Lüfter mit höherer Betriebsspannung eingesetzt werden (24V, 35V). (auf das Bild klicken, um den Schaltplan zu vergrößern)

Der praktische Aufbau des Gerätes

Die Schaltung verteilt sich auf drei Platinen. Die von vorn sichtbaren Teile sind direkt in der Frontplatte montiert - Ausnahme: die Potentiometer sind in einem Winkel verschraubt, der wenige mm hinter der Frontplatte angebracht ist. Unten im Bild sieht man nebeneinander die Kühlkörper der Regler, welche mit der Gehäusewand einen Luftkanal bilden. Durch diesen wird mit dem unten links zu erkennenden Lüfter die warme Luft nach hinten aus dem Gehäuse geblasen. Der zweite, kleinere Lüfter bläst direkt unter dem Trafo Frischluft nach innen. Rechts sind in der Unterseite des Gehäuses Lüftungsschlitze zu erkennen, durch die weitere Frischluft eingezogen wird. Rechts neben dem Trafo sieht man die Platine zur Versorgung der Displays und Lüfter

Im folgenden Schema ist die Verbindung der einzelnen Baugruppen zum kompletten Gerät dargestellt. Abweichend von einigen anderen Dualspannungs-Versorgungen habe ich beide Spannungen galvanisch getrennt herausgeführt. Dadurch erweitern sich die Einsatzmöglichkeiten des Gerätes. Es ist für Anwendungen gesorgt, die eben diese galvanische Trennung erfordern, aber auch für Anwendungen mit positiver und negativer Versorgung. Durch Reihenschaltung beider Regler sind Spannungen bis über 50 V möglich.

An dieser Stelle sei daran erinnert, daß Arbeiten an Netzspannung führenden Einrichtungen nur von entsprechend sachkundigen Personen ausgeführt werden dürfen!

Hier können die Eagle-Dateien für den Regler und die Displayversorgung heruntergeladen werden (svg7.zip - 108kB). Damit möchte ich das Nachbauen - unter Beachtung der oben erläuterten Urheberrechte von Thomas Schaerer - erleichtern und gleichzeitig die Möglichkeit für Anpassungen an andere Bauteilabmessungen offen lassen.

In diesem Zusammenhang noch ein paar Worte zur Kühlung und Leistungsgrenzen. Die folgende Tabelle enthält die thermischen Kennwerte geeigneter Längstransistoren:

Man sieht, daß der MJ2955 bezüglich Leistung und Sperrschichttemperatur die besseren Werte hat. Ausreichend Kühlung vorausgesetzt, sind diese Parameter aber kein Entscheidungsgrund bei den angestrebten Kennwerten des Gerätes. Bei einer Rohspannung von 30 V und einer Strombegrenzung auf 2 A beträgt die maximal mögliche Verlustleistung unter Vernachlässigung aller Spannungsabfälle (Gleichrichter, Shunt) 60 W.

Abschließend noch eine Aufnahme in Richtung der Leistungshalbleiter der Reglerplatinen: