6-Fach Labornetzteil 0-35V/2-500mA

[ansgar96]

Hey,

ich wollte euch mal kurz mein (fast) abgeschlossenen Labornetzteil-Projekt vorstellen.
Es handelt sich um ein modular aufgebautes 6-Fach Netzteil mit 0-35V/2-500mA.

Die Platinen und Frontplatten sind alle selbst zuhause Hergestellt, was einiges an Arbeit war.
Die Schaltung stammt hauptsächlich von einem Gossen Netzteil, jedoch mit einigen Änderungen meinerseits.
Die Schaltung besteht aus zwei µA741 Operationsverstärkern. Der Spannungsregler steuert den Längstransistor an, der Stromregler kann über eine Diode die Basisspannung am Transistor abziehen. Im Gegensatz zur Schaltung aus dem Gossen Labornetzteil arbeiten die Potis als reiner Sollwertvorgeber und sind nicht im Feedbackkreis eingebaut. Dies war grade beim 0-320V Netzteil ein Problem, da so beim versagen der Regelung eine hohe Spannung über dem Poti anstehen kann, außerdem würde die Ausgangsspannung (und auch der Ausgangsstrom) bei einem Leiterbruch der Potis Maximalwerte annehmen. Bei meiner Schaltung hingegen werden bei Kabelbruch die Minimalwerte angefahren.
Als Ausgangskapazität habe ich nur 100µF. Das Netzteil läuft zwar schon mit 1µF stabil, die Regelparameter und die Sprungantwort sind mit dem etwas größeren Kondensator jedoch deutlich besser.

Hier erstmal der Schaltplan:

Ich habe natürlich ein paar Messungen gemacht und habe folgende Daten ermittelt, welche m.M.n. recht ordentlich sind für ein selbstgebautes Netzteil.
Auf meiner Homepage sind noch weitere Bilder und Screenshots der Messungen.

Rippel & Noise:
<1,2mVrms (3Hz-300kHz) (Differential Noise)
<1,5mVrms (10Hz-20MHz) (Common Mode Noise)
<10mVpp (10Hz-20MHz) (Common Mode Noise)

Recovery Time (10%-90% load variation):
- 100µs within ±2mV of nominal value
- 30µs within ±20mV of nominal value
- 0µs within ±100mV of nominal value

Max. transient deviation:
- 10mV

Drift (10h):
Current: <0,1%

Den Spannungsdrift und die Netzausreglung habe ich noch nicht vermessen, ich erwarte jedoch ähnliche Werte um 0,1%.

Nun noch zwei Bilder von einer fertigen Platine und dem Netzteil selbst:

Ich freu mich auf euer Feedback!
Gruß Ansgar

[uxlaxel]

das sieht doch alles sehr gut aus! respekt *daumen hoch*

[Kuddel]

Wouw. Sehr schön. Vor allem: Schön UND funktioniert. Dies Kombi habe ich noch nie hinbekommen.
Wie hast Du die Platinen so schön grün hinbekommen? Ist das diese Bügelfolie?
Gruß
Kuddel

[ansgar96]

Hey,

Vielen dank für die Blumen

@Kuddel: Jo, das grüne ist Dynamask von Bungard. Ich habe mir dafür einen Laminator mit beheizten Walzen gekauft, so lässt sich das Zeug nach ein paar versuchen gut aufbringen und verarbeiten.

Gruß Ansgar

[Fritzler]

Schön Oldschool, die Materialkiste an modernen Opamps war grade leer?

Die Front sieht sehr professionell aus.
Ist denn noch was mit etwas mehr Strom in Planung?
Mit 500mA kommt man ja recht shcnell an die Grenze.

[ferdimh]

Fritzler: Was für moderne Opamps willste denn nehmen, die da signifikanten Vorteil bringen? Ok, schneller könnten die sein.
Unabhängig davon, dass ich die Schwebereglerschaltung nicht besonderes schätze. Interessant wäre, was die Schaltung macht, wenn man Uout auf 1V stellt, Iout auf Vollanschlag und schlagartig einen Kurzen entfernt. Das ist die typische Schwäche opampgeregelter Netzteile (in schwebend ganz besonders).

[ansgar96]

Hey,

Frizler: Naja, wie ferdimh schon angemerkt hat gibt's es keine signifikante Verbesserung bei schnelleren OPs.
Die 500mA sind schon etwas wenig, für den Einsatzzweck als Versorgung für Regelelektronik aber ausreichend. Da ich mich näher mit Schaltnetzteilen beschäftigen möchte ist nach einem Festspannungs-SNT etwas in Richtung 0-30V/0-3A geplant, jedoch mit linearem Nachregler. Das wird dann (wenn es funktioniert) als 4-Fach Netzteil aufgebaut. Hat aber noch einiges an Zeit bis dahin, hab erstmal 800 Seiten Buch über SNTs vor mir

ferdimh: Was ziehst du denn statt der schwebenden Schaltung vor? Und wenn du von schwächen OP-geregelter Netzteile redest, was wäre deine alternative? Diskret aufgebaut? o:
Hier noch eine Messung für dich, Uout=1V, Iout=max., Kurzschluss über Mosfet welcher mit 0,3Hz Rechteck angesteuert wurde. Überschwinger etwa 0,5V und 1s bis es sich wieder auf 1V eingependelt hat. Die 200mV Offset liegen an den Widerständen meiner Messleitungen, sollten aber nicht bedeutend sein. Der kurzen peak den man auf dem zweiten Bild bei etwa 170µs vor dem Triggerzeitpunkt erahnen kann hat ca 2Vpp. Ich denke dieser liegt am Induktivitätsbelag des Messaufbaus.

Gruß Ansgar

[ferdimh]

Ich würde das diskret bauen. Dann kann ich auch (bis ca 50V Uout) recht problemlos auf den schwebenden Regler verzichten.
Der Punkt ist: Wir beziehen alle Spannungen darauf, wo wir das "Massesymbol" hinzeichnen. In unseren Gedanken bezieht sich dadurch auf einmal der Opampausgang auf Masse. Da da außerdem der Emitter (oder die Source, das ist für diese Betrachtung egal) liegt, haben wir faktisch eine Emitterschaltung. Wir steuern also, um eine Spannung zu regeln, eine Stromquelle. Da der Ausgang außerdem in der Regel kapazitiv belastet ist, gibt zum Einen 90° Nacheilung, die die Regelung verkomplizieren, und zum Anderen bei geringer Lastkapazität eine schlechte Regelung bei hohen Frequenzen.
Anzustreben ist, dass die Ausgangsimpedanz der Konstruktion "von selbst" niedrig ist. Wenn man einen kleinen Ausgangskondensator (das heißt bei deiner Stromklasse <1µF) anstrebt, wird beides problematisch. Es muss sichergestellt werden, dass die 90° Phasenverschiebung vom Opamp erst dann greifen, wenn die Verstärkung "über alles" klein genug geworden ist, was dann wieder erhöhte Anforderungen an den Opamp stellt. Der Stromregler ist in jedem Fall unkritisch, weil die Voreilung für die Regelung unproblematisch ist.

Der andere Punkt ist das Sättigungsverhalten: Wenn der Stromregler aktiv ist, greift der Spannungsregler ins Leere (und der Ausgang läuft an den Anschlag).
Das gleiche gilt für den Stromregler (das ist fast noch lästiger, weil damit die Strombegrenzung verzögert greift). Der "auf Anschlag" gelaufene Opamp muss sich erstmal wieder fangen, bevor er wirksam regeln kann. Hiergegen hilft der Trick, diskret aufgebaute Differenzverstärker zu benutzen (oder Opamps mit Open-Collector-Ausgang, z.B. TAA761), bei denen man die Ausgänge direkt aufeinanderlegen kann. So ist der Stromregler dann sofort in "Regelstellung" wenn er gebraucht wird und umgekehrt. Möglicherweise kann man Komparatoren für einsetzen, das müsste ich nochmal durchdenken.
Aus wirtschaftlichen Überlegungen muss ich von der Anschaffung von TAA761 (lange abgekündigt, teuer!!!) abraten. Da da auch nur 4 Transistoren drin sind, ist "tüddel den Kram selbst" praktikabel.

Die diskrete Lösung hat noch ein paar weitere Vorteile:
Wenn man den Regler schwebend baut, kann man etwas "Schaltkapazität" gegen die echte Masse (also Ausgangsminus) einziehen. Bei richtiger Bemessung eines solchen Beruhigungsgliedes (möglicherweise reicht hierfür schon die Gate-Drain-Kapazität des Ausgangs-FETs) wird die Schaltung dann für beliebige Lastkapazitäten (einschließlich 0) stabil. 0 Ausgangskapazität ist aber aus anderen Gründen (HF-Sicherheit) eine schlechte Idee. 1µF scheint ein ganz guter Kompromiss zu sein. Eine Kapazität am Verstärkerausgang erscheint am "realen" Ausgang massiv vergrößert, kann aber vom Verstärker schneller entladen werden als der Ausgangskondensator. Das ist gegenüber einem Kondensator am Ausgang massiv vorteilhaft.
Wenn man mit einem 100µF-Ausgangskondensator leben kann, ist die schwebende Opampschaltung schön einfach und praktikabel.

[Weisskeinen]

@Ansgar: schicke Sache. Aber... Auf dem zweiten Bild ist die Frontplatte falsch rum montiert mit der Beschriftung nach innen...
Übrigens nette Laborausstattung hast du da. Hast du da irgendwie eine günstige Quelle für hochwertige Messgeräte oder hast du dir einen Goldesel geklont?

[reutron]

Hier könnten aber noch so einige B761(DDR Äquivalent ) aus Pollin-Beständen unterwegs sein.