Hi!
Ich plane den Bau eines Labornetzteils und bin nicht sicher, welchen Weg
ich gehen soll, um die Verlustleistung im Zaum zu halten.
Grober Aufbau: Rinkerntrafo, Gleichrichter, Siebung, Linearregler.
Bei meinen Planungen gehe ich von 32V maximaler Ausgangsspannung bei 5A
aus. Je nach Trafo-Verfügbarkeit und Gehäuseplatz wird es etwas weniger
oder mehr werden.
Folgende Möglichkeiten zur Reduzierung der Verlustleistung habe ich
gefunden:
1) Wicklungsumschaltung.
A: Je nach eingestellter Spannung. Wäre sehr einfach umzusetzen,
reagiert aber nur auf den Sollwert und greift daher nicht, wenn das
Netzteil in die Strombegrenzung geht.
B: Je nach Differenz zwischen Collector und Emitter. Vorteil: Greift
auch, wenn Netzteil in die Strombegrenzung geht. Das wäre die bessere
Lösung.
Generell kann es aber beim Umschalten zu Störungen am Ausgang kommen,
oder?
Ich habe Schaltbilder mit zwei Gleichrichtern gesehen und auch
Schaltbilder, die vor dem Gleichrichter umschalten. Was ist sinnvoller?
Durch die Umschaltung könnte man ein Netzteil bauen, das bis zur halben
Ausgangsspannung den doppelten Strom liefern kann.
2) DC/DC-Wandler zwischen Siebung und Linearregler, der die Spannung
immer wenige Volt über der Ausgangsspannung hält. Schöne Lösung, aber
schwierig und teuer. Das beginnt mit der Teilebeschaffung (z.B.
Spulenkörper), Berechnung, Filterung.....
Daher ziehe ich diese Lösung eigentlich gar nicht mehr in Betracht.
3) Geregelter Gleichrichter. Wäre vom Ergebnis her wie Lösung 2, aber
mit 100Hz. Wie sieht es dann mit dem Brummen / Restwelligkeit am
Ausgang aus? Taug sowas für ein Labornetzgerät? Nach dem geregelten
Gleichrichter käme dann die Siebung, also eine kapazitive Last. Ist das
ein Problem?
Nicht unkritisch ist wohl auch die Belastung des Stromnetzes bzw. des
Ringkerntrafos durch die steilen Flanken.
Gruß,
Chris
Die steilen Flanken erzeugt jede Gleichrichterschaltung mit Siebung.
Deswegen braucht man ja ab 60W oder so eine PFC.
Welche Ausgangsspannung und Leistung strebst Du an?
Was ich bauen würde wäre ein Schaltnetzteil von 230V runter auf 3-4V
über der Ausgangsspannung und eine lineare Nachregelung. Besser gehts
nicht und das Schaltnetzteil muß sowieso galvanisch getrennt geführt
werden.
EDIT: 32V/5A hab ich gelesen. Das sollte kein Problem sein.
> Wie Verlustleistung reduzieren?
Das hängt von den Anforderungen an dein Netzteil ab,
hier insbesondere die Nachregelgeschwindigkeit der
Spannung wenn ein Überstrom beendet ist.
Also z.B. das Netzteil auf 3A 30V einstellen und mit
1 Ohm belasten.
Dann liefert es nur 3V.
Nun den 1 Ohm auf 10 Ohm erhöhen.
Es sollte schnell 30V liefern.
Wie schnell ?
Wenn die die Spannung am Siebelo vorregelst und nur
ein bischen über der aktuellen Ausgangsspannung hältst,
dann musst du auf die nächste Sinushalbwelle warten
bis der Sibelko wieder aufgeladen werden kann, und
weil meist die Strombelastbarkeit des Trafos nicht
reicht sogar auf die nächsten 3 Halbwellen, also 30ms.
Wenn man damit leben kann, kann man vorregeln, wenn man
eine Nachregelgeschwindigkeit von 3us benötigt, dann
eben nich, sondenr muß die ganzen 150 Watt in den
Längstransistoren verheizen können.
@MaWin:
So herum habe ich das noch nicht betrachtet, vielen Dank für den
Denkanstoß!
30ms sind schon recht lang.
Das Problem hätte man auch bei der Wicklungsumschaltung, aber man könnte
es minimieren, wenn man zwei Gleichrichter und zwei Siebungen mit z.B.
je 16V baut, die je nach Bedarf parallel oder in Serie geschaltet
werden. Somit wäre immer Saft in den Elkos. Die Umschaltung könnte dann
jederzeit erfolgen, unabhängig von der Netzfrequenz. Anstelle eines
Relais könnte man auch Halbleiter nehmen.
Man könnte die Vorregelung / Wicklungsumschaltung auch rein am Sollwert
für die Ausgangsspannung (CV) orientieren. Dann wird nur im
Kurzschlussfall geheizt und wenn die Last plötzlich hochohmiger wird,
hätte man sofort die volle Spannung.
Das erscheint mir im Moment die sinnvollste Lösung. Praktisch gedacht
ist es (zumindest bei meiner Anwendung) sehr selten, dass das Netzteil
komplett in die Strombegrenzung geht und die komplette Spannung an den
Transistoren abfällt.
Natürlich müssen die Transistoren die komplette Leistung umsetzen
können. Für die Kühlung würde ich das noch nicht einmal fordern. Wenn es
nach einigen Minuten zu heiß wird, schaltet das Netzteil eben ab.
Vielleicht mit akkustischer Vorwarnung :)
Somit ergibt sich langsam eine Richtung:
Orientierung am eingestellen Sollwert, d.h. entweder DC/DC-Wandler oder
geregelter Gleichrichter....
Ersteres stelle ich mir wesentlich schwieriger vor. Ich habe auf dem
Gebiet der Leistungselektronik keine Erfahrungen und traue mir nicht zu,
sowas umzusetzen :(.
Bei meinem Netzteil, gebaut vor etwa 30 Jahren, werden 3 Wicklungen auf
der Sekundärseite des Trafos mit Hilfe von Relais umgeschaltet. Die Wahl
der Wicklung erfolgt automatisch nach Sollwert Der Leistungstransistor
sitzt auf einem fetten Kühlkörper, von welchem die Temperatur überwacht
wird und wo es bei Temperaturüberschreitung zur Zwangsabschaltung
kommt.(sehr selten) Spannungsbereich: 0 bis 35V, Strombereich: 20mA bis
3A in Stufen schaltbar. Alles läuft heute noch problemlos.
MfG
Chris schrieb:> 30ms sind schon recht lang.
Die werden aber nur in dem Fall benötigt, daß man im
Konstantstrombetrieb ist und die Belastung verringert wird (sich also
die Ausgangsspannung erhöhen soll). Wann brauchst du genau diesen Fall
und da eine schnelle Ausregelung?
Das musst du selbst entscheiden.
Kritischer sehe ich den Fall daß ständig zwischen 1 Ohm und 10 Ohm
umgeschaltet wird (also von Konstantstrom auf Maximalspannung).
Dann ist der Elko die meiste Zeit auf 35V aufgeladen und am
Längstransistor fällt dann bei 3A/1Ohm doch ca 100W ab.
Gruß Anja
Wenn es sein muss kann man das schnelle Hochregeln nach der
Stromregelung auch haben: Man hat 2 Ladeelkos, einer immer auf voller
Spannung und eine auf ggf. reduzierter Spannung. Dazu 2 Endstufen und
die Ansteuerung so, dass wenn die kleine Spannung nicht reicht der Strom
aus der vollen Spannung kommt. In der Regel wird dieser Fall nur ganz
kurzzeitig (hier die 30 ms) genutzt - die hohe Verlustleistung ist also
nicht so schlimm.
Mach lieber keinen Störimpulsgenerator draus. Jede Umschalterei unter
Vollast gibt saftige Störimpulse, die dir überall hin kriechen - und ob
du deine Regelschleife noch stabil kriegst, wenn du zwischendurch
umschaltest, wage ich auch zu bezweifeln.
Wozu brauchst du eigentlich so eine Rummswumme? Meist ist es ja doch so,
daß man bei einem Labor-Netzgerät eher ne geregelte Spannung mit
Überstrom-Begrenzung als eine echte schnell reagierende Stromquelle
braucht. Also geh mal in dich, was du tatsächlich brauchst und richte
dann deinen Entwurf danach.
Bei regelbaren 160 Watt würde ich schlichtweg nen Schaltregler mit
Spannungseinstellung und Strombegrenzung bauen und mir dann Gedanken
über die Siebung am Ausgang machen.
W.S.
Naja, das Ziel ist, ein Netzteil zu bauen, das sowohl kleine Schaltungen
mit z.B. 3,3V betreiben kann, aber wenn nötig auch mal 100W irgendwo
rein füttern kann.
Ich könnte auch ein Netzteil mit mehreren Ausgängen bauen, die
verschiedene Bereiche abdecken. Für die leistungsfähigeren Ausgänge habe
ich dann aber wieder die selbe Problemstellung.
Ich mache mich gerade ein wenig mit Schaltreglern vertraut.
>> Naja, das Ziel ist, ein Netzteil zu bauen, das sowohl kleine Schaltungen>> mit z.B. 3,3V betreiben kann, aber wenn nötig auch mal 100W irgendwo>> rein füttern kann.
Die eierlegende Wollmichsau.
Besser 2 Netzteile bauen und die für den Haupteinsatzzweck optimieren.
Die lassen sich dann auch leichter transportieren wenn man die
Schaltungen "vor Ort" ausprobieren will.
Da ist das eierlegende Wollmichsau-Monster dann ungeeignet.
Blackbird
Radio RIM hatte mal ein Netzteil als Bausatz angeboten. , welche im
Netzgleichrichter 2 Thyristoren hatte. Mit dessen Hilfe wurde die
Oberspannung immer um ca 5V über die Ausgangsspannung gehalten. Es war
glaube ich eine Phasenanschnittsteuerung.
Ich selbst hatte das auch mal ausprobiert. Sowohl als Phasenanschnitt,
als auch als Impulspaketsteuerung. Nach dem mir der 1KVA Ringkerntrafo
regelrecht vom Tisch gehoppst war, habe ich diesen Plan dann aufgegeben,
und doch wieder ein rein kängs geregeltes Netzteil mit vielen
Transistoren parallel und einen riesigen zwangsgekühlten Kühlkörper
gebaut.
Im Winter kann das glatt die Heizung ersetzen, aber die Ausgangsspannung
ist schön sauber.
Trafoumschaltung bringt beim umschalten nur schwer beherrschbare Spikes
auf den Ausgängen.
Man muss halt die Anforderungen spezifizieren. Für ein Labornetzteil,
welches in erster Linie sehr saubere Spannungen liefern soll, würde ich
den Aufwand mit der Kühlung treiben. Für ein Betriebsnetzteil ( z.B. für
eine Endstufe ) würde ich eventuell sogar ein Schaltnetzteil nehmen.
Ralph Berres
