Netzteil mit LM317

Hier ein Schaltungsbeispiel eines Netzteiles mit kompletter Bauteildimensionierung.

Vorgaben:

Ausgangsspannung: Ua=9V
Max. Ausgangsstrom: Ia=0,5A
Max. Ausgangsbrummspannung: UBra=1mV
Gleichrichter: B2 (Brückengleichrichterschaltung) oder M2 (Mittelpunktschaltung)

Gesucht ist die komplette Dimensionierung der Schaltung!


Schaltungsaufbau (B2 Brückengleichrichter)

 

Zusatzbeschaltung und Kenndaten des LM317 lt. Datenblatt

C2...ist notwendig, wenn der Siebkondensator C1 mehr als 6" (ca. 15 cm) vom LM317 entfernt ist
C3...verbessert die Brummunterdrückung
C4...verbessert das Sprungverhalten bei rascher Laständerung am Ausgang
R1 und P1 bilden einen Spannungsteiler. R1 soll im Bereich von 240...270 Ohm liegen. Mit P1 wird die Ausgangsspannung eingestellt.

Poti P1 = R2

 

Beispiel: Die Ausgangsspannung Ua soll 9V sein

Für R1 = 240 Ohm erhalten wir für R2 = 1488 Ohm

D1...schützt den Regler vor Reversspannungen z.B. wenn CLast > CSieb ---> Ua > Ue
D2...wie D1, da C3 auch eine Reversespannung produzieren kann. C2 entläd sich über D2 und D1
D3...schützt den Regler vor Verpolung am Ausgang

Udrop..."dropout voltage" ist der "Spannungsabfall" am Regler und muss mind. 2,5V oder größer sein. Udrop ist vom Strom und der Temperatur abhängig

Ua = 9V ---> Ue = Uamin = Ua + Udrop = 9 + 2,5 = 11,5V

Verlustleistung des Reglers: PV = Udrop*Ia = 2,5*0,5 = 1,25W

 

RRR = Ripple Rejection Ratio = Brummunterdrückung

Da ein Spannungsregler ein "invertierender Verstärker" ist berechnet sich die Brummspannung am Eingang UBrss  lt:

 

Beispiel: U2 = UBra = 1mV, U1 = UBrss = 1V

Der LM317 hat eine Brummunterdrückung von RRR = 65dB. Gefordert wird eine Brummausgangsspannung von 1mV. Wie groß ist die Brummspannung am Eingang des Reglers?

Durch Umwandlung der Formel erhalten wir:

UBrss = 1,778V


Uaoo...Mittelwert der Ausgangsspannung nach dem Gleichrichter

Uaoo = 11,5V + 1,185V = 12,68V = UaSOLL


PN...Transformator-Nennleistung

(1,2...2) = variabler Faktor (Sicherheitsfaktor, wir wählen hier den Faktor 2)

 

PN = 2*12,68*0,5 = 12,68W

PN für die Mittelpunktschaltung (M2) 

PN = 2*(12,68 + 1*UD) * 0,5 = 13,38W

PN für die Brückenschaltung (B2) 

PN = 2*(12,68 + 2*UD) * 0,5 = 14,08W

 

RV...Ersatzwiderstand bzw. Lastwiderstand der Gleichrichterschaltung

RV = 12,68 / 0,5 = 25,36 Ohm


U2...Transformator-Ausgangsspannung

Hier wird eine Iterationsrechnung, auf Grund einer Annahme gerechnet.

 

1.) Berechnung des Innenwiderstandes des Trafos

 Annahme: U2 = Uamin 

fV = Verlustfaktor des Transformators lt. Herstellerangaben
In unserem Fall wählen wir einen M-Kern Trafo (M55) mit einer Nennleistung von 15W und einem Verlustfaktor von 1,2


>> zum Datenblatt

 

a.) Ri für Mittelpunktschaltung:

Ri = 11,52 / 13,38 * (1,2-1) = 1,98 Ohm

b.) Ri für Brückenschaltung:

Ri = 11,52 / 14,08 * (1,2-1) = 1,88 Ohm

 

Ri in die nächste Formel einsetzen und U2 solange variieren, bis Uaoo SOLL = Uaoo IST

Ideal:  Uaoo SOLL - Uaoo IST < +1V

 

2.) Berechnung von Uaoo IST

UD...Diodenspannung (oder auch UF...forward voltage) in unserem Fall 0,7V
n...Anzahl der gleichzeitig leitenden Dioden (n=2 bei Brückengleichrichter, n=1 bei Mittelpunktschaltung)

 Unser UaSOLL = 12,68 V

 

a.) M2 Mittelpunktschaltung

Wir nehmen für U2eff = 9V an und setzen in die Formel ein:

Uaoo IST = 11,69 V

Uaoo SOLL - Uaoo IST = 12,68 - 11,69 = +1 V 

Dies entspricht unserer Forderung <= +1V, daher:

Sekundärspannung des Trafos = U2eff =9V

 

b.) B2 Brückenschaltung

Wir nehmen für U2eff = 10V an und setzen in die Formel ein:

Uaoo IST = 12,57 V

Uaoo SOLL - Uaoo IST = 12,68 - 12,57 = 0,1 V

Dies entspricht unserer Forderung <= +1V, daher:

Sekundärspannung des Trafos = U2eff =10V

 

Berechnung des Siebkondensators C1

fN...Nennfrequenz = 50Hz

 

a.) M2 Mittelpunktschaltung

CSieb = 1560uF --> wir wählen 2200uF

 

b.) B2 Brückenschaltung

CSieb = 1580uF --> wir wählen 2200uF