Schaltungstechnik
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
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