Labornetzteil selber bauen: Teil 2

Nachdem ich hier ja im Januar ein Konzept zu einem Labornetzteil veröffentlicht habe will ich hier nun noch den ein und anderen Blick genauer auf das Netzteil werfen.

Baut man den Schaltungsvorschlag auf dem Steckbrett auf sieht man, solange das Netzteil nicht in die Strombegrenzung geht schaut alles OK aus…greift jedoch die Strombegrenzung beginnt das Netzteil zu oszillieren. Der Grund hierfür ist recht simpel: die OPVs sind schlicht zu schnell für die Endstufe, hier muss ein wenig gebremst werden mit Kondensatoren.

Ausgangskondensator

Bei Lastwechsel neigt das Netzteil zum Überschwingen. Dagegen hilf ein ELKO, der das Überschwingen um so mehr dämpft je größer seine Kapazität ist. Von der Spannungsfestigkeit muss er, wie zu erwarten ist, natürlich der maximalen Spannung am Ausgang standhalten können.
Schwierig ist es seine Kapazität zu bestimmen. Je größer die Kapazität zwar ist, desto mehr dämpft er aber das bringt gleich zwei Nachteile mit sich:

Der erste Nachteil ist die Geschwindigkeit. Je größer der ELKO desto langsamer ist die Endstufe zu regeln.

Der zweite Nachteil ist die Ladung: Je größer der ELKO desto größer auch die gespeicherte Ladung und die entläd sich bei Lastwechsel ungebremst in die Last

Der ELKO darf also nicht zu groß werden, zu klein ist aber auch schlecht da sonst immer noch ein Oszillieren möglich ist. Ein Ausgangs-ELKO sollte so im zweistelligen bis kleinem dreistelligen µF-Bereich liegen.

Filter für den Spannungsregler

Hat man den passenden ELKO dann am Ausgang schaut das Verhalten erstmal gut aus. Allerdings ist immer noch eine Schwingung feststellbar, insbesondere wenn das Netzteil aus der Strombegrenzung kommen will. Grund ist der Spannungsregler, der einfach immer noch viel zu schnell ist und daher einen Kondensator verpasst bekommt. Die Erfahrung hat gezeigt, dass hier ein Kondensator (KerKo) im Nanoampere-Bereich sich als nützlich erweisen kann. Auch hier ist ausprobieren die schnellste Methode, ich habe hier einen 4.7 nF Kerko eingesetzt. Der Kondensator selbst geht von dem Ausgang des Regel-OPV auf den Feedback-Eingang des Regel-OPVs

Filter für den Stromregler

Kaum hat der Spannungsregler seinen Filter-Kondensator bekommen schwingt das Netzteil wenn es in der Strombegrenzung ist. Auch hier ist der Grund schnell gefunden, der Stromregelteil ist nun für den Spannungsregler zu schnell. Abhilfe schafft ein Kondensator im Nanoampere-Bereich über Collector/Basis des Stromregler-Transistors. Ebenso kann man auch noch zusätzlich einen Kondensator im Nanoampere-Bereich vom Ausgang zum Eingang des Stromregler-OPVs anschließen. Wie auch schon bei den anderen Kondensatoren geht hier die Methode Try&Error am schnellsten zur Auswahl, bei mir ist der Kondensator hier bei 10 nF gelandet.

Abschluss: Zusammenbau und kleinere Spielereien

Und das war es auch schon. Nun kann man sich das Netzteil in ein formschönes Gehäuse einbauen, Messgeräte für Strom und Spannung anschließen und fertig ist das Selbstbau-Labornetzteil.
Ich habe es in ein Gehäuse von Fischer Elektronik (KOH 2+4) gesteckt, die Anzeige übernimmt ein OLED-Display welches von einem Atmel ATMega328P angesteuert wird. Als kleines Gimmick macht der ATMega noch ein wenig mehr als nur die Spannungen messen: Ein Temperatursensor misst die Temperatur des Kühlkörpers auf dem der Leistungstransistor steckt. Überschreitet die Temperatur einen Schwellwert wird ein Lüfter eingeschaltet zur zusätzlichen Kühlung. Hilft dies nicht und der Kühlkörper wird noch heißer dann schaltet der ATMega das Netzteil ab. Wie er das macht? Nun, ganz einfach: Die Potis schalten bei mir nicht direkt das Netzteil sondern werden vom ATMega gemessen und dieser steuert dann das Netzteil. Dazu schreibe ich vielleicht die nächsten Wochen auch noch ein Beitrag.
Da der ATMega noch ein paar Pins frei hatte bekam das Netzteil auch eine Serielle Schnittstelle sodass das Netzteil auch vom PC aus steuerbar ist.

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