Netzteil mit LM317

Hier ein Schaltungsbeispiel eines Netzteiles mit kompletter Bauteildimensionierung.

Vorgaben:

Ausgangsspannung: Ua=9V
Max. Ausgangsstrom: Ia=0,5A
Max. Ausgangsbrummspannung: U_Bra=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 U_a soll 9V sein

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

D1...schützt den Regler vor Reversspannungen z.B. wenn C_Last > C_Sieb ---> U_a > U_e
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

U_a = 9V ---> U_e = U_amin = U_a + Udrop = 9 + 2,5 = 11,5V

Verlustleistung des Reglers: P_V = Udrop*I_a = 2,5*0,5 = 1,25W

RRR = Ripple Rejection Ratio = Brummunterdrückung

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

Beispiel: U2 = U_Bra = 1mV, U1 = U_Brss = 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:

U_Brss = 1,778V

U_aoo...Mittelwert der Ausgangsspannung nach dem Gleichrichter

U_aoo = 11,5V + 1,185V = 12,68V = U_aSOLL

P_N...Transformator-Nennleistung

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

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

P_N für die Mittelpunktschaltung (M2) 

P_N = 2*(12,68 + 1*U_D) * 0,5 = 13,38W

P_N für die Brückenschaltung (B2) 

P_N = 2*(12,68 + 2*U_D) * 0,5 = 14,08W

R_V...Ersatzwiderstand bzw. Lastwiderstand der Gleichrichterschaltung

R_V = 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 = U_amin 

f_V = 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.) R_i für Mittelpunktschaltung:

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

b.) R_i für Brückenschaltung:

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

R_i in die nächste Formel einsetzen und U2 solange variieren, bis U_{aoo SOLL =} U_{aoo IST}

Ideal:  U_{aoo SOLL} - U_{aoo IST} < +1V

2.) Berechnung von U_{aoo IST}

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

 Unser U_aSOLL = 12,68 V

a.) M2 Mittelpunktschaltung

Wir nehmen für U2_eff = 9V an und setzen in die Formel ein:

U_{aoo IST} = 11,69 V

U_{aoo SOLL} - U_{aoo IST} = 12,68 - 11,69 = +1 V 

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

Sekundärspannung des Trafos = U2eff =9V

b.) B2 Brückenschaltung

Wir nehmen für U2_eff = 10V an und setzen in die Formel ein:

U_{aoo IST} = 12,57 V

U_{aoo SOLL} - U_{aoo IST} = 12,68 - 12,57 = 0,1 V

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

Sekundärspannung des Trafos = U2eff =10V

Berechnung des Siebkondensators C1

f_N...Nennfrequenz = 50Hz

a.) M2 Mittelpunktschaltung

C_Sieb = 1560uF --> wir wählen 2200uF

b.) B2 Brückenschaltung

C_Sieb = 1580uF --> wir wählen 2200uF