Stromversorgung ohne Stress – Band 4
Entwurf und Bau von linearen Stromversorgungssystemen
für kleine und große Leistungen
Grundlagen, technische Details, Fallstricke, Tipps und Tricks
By Franz Peter Zantis
Table of Contents
Vorwort
1 Ungeregelte lineare Stromversorgungen
1.1 Intermezzo: Absolute Spannung und Spannungsqualität
1.2 Siebglieder
1.2.1 Siebung mit LC-Glied
1.2.2 Siebung mit RC-Glied
1.3 Netzteil für die Not-Nachladung eines Solarakkumulators
1.3.1 Steuerung
2 Lineare Spannungsstabilisierung
2.1 Serielle Spannungsstabilisierung
2.1.1 13,8 V
2.1.1.1 Versorgung aus 24-V-Akkumulator
2.1.1.2 Versorgung aus dem 230-V-Netz
2.1.2 Fazit zur seriellen Stabilisierung
2.2 Parallele Spannungsstabilisierung
2.2.1 Parallelstabilisierung für kleine Leistungen
2.2.2 Parallelstabilisierung für größere Leistungen
2.2.3 Fazit zur Parallelstabilisierung
2.3 Kombinierte Serien-Parallel-Stabilisierung
2.4 Hinweise zum Aufbau
3 Referenzspannung
3.1 Z-Diode zur Referenzspannungserzeugung
3.1.1 Temperaturkompensation durch Reihenschaltung
3.1.2 Temperaturkompensation durch Transistor
3.1.3 Temperaturkompensation durch hohe Arbeitstemperatur
3.2 Referenzspannungserzeugung mit Transistor-Array
3.3 Referenzspannung durch Konstantstrom
3.4 Referenzspannungserzeugung mit Standard-ICs
3.4.1 Referenzspannung mit Operationsverstärker
3.4.2 Referenzspannungserzeugung mit 78xx-Reglern
3.4.3 Referenzspannungs-Bereitstellung mit Mikrocontroller
3.4.3.1 1,2V mit MSP430F2013
3.4.3.2 1,5V oder 2,5V mit MSP430G2553
3.5 Band-Gap-Referenzelemente
4 Wärme
4.1 Erlaubte Arbeitsbereiche von Leistungstransistoren
4.2 Ein bisschen Thermodynamik
4.2.1 Wärmeleitung
4.2.2 Konvektion
4.2.3 Wärmestrahlung
4.2.4 Die Temperatur im Gehäuseinnern
4.2.5 Nutzung der Wärmekapazität
4.3 Kühlkörper
4.3.1 Rückrechnung
4.3.1.1 Die Wirkung eines Kühlbleches
4.3.1.2 Die Zeit bis zur Überlastung
4.3.2 Kühlkörper von der Stange
4.4 Der Einsatz von Lüftern
4.4.1 Druck- oder saugseitige Anbringung
4.4.2 Zwei Lüfter
4.4.3 Geräuschpegel
4.4.4 Zusammenfassung
4.5 Wärmeleistung reduzieren
4.5.1 Umschaltung der Gleichrichterschaltung
4.5.2 Spannungsbegrenzung durch elektronischen Schalter
4.5.3 Umschaltung mit Thyristoren
4.5.4 Schaltbare Transformatorspannung
4.6 Die Kernaussage
5 Leistungstransistoren-Kram
5.1 Parallelschaltung von Leistungstransistoren
5.1.1 Parallelschaltung von Bipolartransistoren (BJTs)
5.1.2 Parallelschaltung von Leistungs-MOSFETs
5.2 Darlingtonschaltungen
5.2.1 Darlingtonschaltungen mit gleicher Dotierungsfolge
5.2.2 Komplementär-Darlingtonschaltung
6 Lineare Regelung
6.1 Serielle Spannungsregelung
6.1.1 Spannungseinstellung über die Rückkopplung
6.1.2 Spannungseinstellung durch Variation der Referenzspannung
6.1.3 Anmerkungen zur Regelung
6.1.4 Spannungsversorgung mit Operationsverstärker als Regler
6.1.4.1 Festspannungsnetzteil
6.1.4.2 Netzteil für 24 V Ausgangsspannung
6.1.4.3 Netzteil für 13,8 V Ausgangsspannung
6.1.4.4 Kurzschlussfestigkeit
6.1.4.5 Hybrides Netzteil
6.1.5 Festspannungsnetzteil mit Mikrocontroller als Regler
6.2 Kurzschlussschutz und Strombegrenzung
6.3 Isolated Source
6.4 G02-Labornetzteil
6.4.1 Spannungsregelung
6.4.2 Stromregelung
6.4.3 Wärmeleistung, Ausgangsspannung und Temperatur
6.4.4 Energie und Fertig
6.4.5 Programm des Mikrocontrollers
6.4.6 Messungen
6.5 Festspannungsnetzteil mit Standard-IC
6.6 Labornetzteil mit Darlington-Stellglied
6.6.1 Spannungsregelung
6.6.2 Stromregelung
6.7 Lineares Netzteil ohne Spannungsanzeige
6.7.1 Reglerplatine
6.7.1.1 Spannungsregelung
6.7.1.2 Stromregelung
6.7.1.3 Freischaltung
6.7.2 Steuerplatine
6.7.2.1 Stromerfassung, Stromanzeige
6.7.2.2 Anzeige des Betriebszustands
6.7.2.3 Programm des Mikrocontrollers
6.8 Hochvolt-Regler
6.8.1 Hochvolt-Regler für stationäre Anwendung
6.8.2 Hochvolt-Labornetzteil
6.9 Lineare Parallelregelung
6.9.1 Parallelregler mit symmetrischer Ausgangsspannung
6.11 Lineare Stromregelung
6.11.1 Stromregler für LED
6.11.2 Spannungsgesteuerte Stromquelle mit Akkubetrieb
6.11.2.1 Programm des Mikrocontrollers
6.11.2.2 Variante für größere Ströme
7 Silent Power
7.1 Reiner Akkubetrieb (Intervallbetrieb)
7.1.1 Sicherheit
7.2 Gepufferter Betrieb
7.2.1 Akkumulator mit Ladegerät
7.2.2 Akkumulator mit Netzgerät
7.2.3 Laden der Li-Ion-Akkus
7.2.4 Laden der Bleiakkus
7.3 Silent Power Supply
7.4 Absolut konstante Spannung
7.4.1 Vierleitertechnik
7.4.2 Kompensation bei konstanter Last
8 Messtechnik und Hilfsmittel
8.1 Reinheit der Gleichspannung
8.2 Statischer und dynamischer innerer Widerstand
8.3 Lastpotentiometer
8.4 Elektronische Last
8.5 Kleine Transformatoren-Hilfe
8.6 Schutzschaltungen
Bibliographie
Formelzeichen
Stichwortverzeichnis
Copyright and Disclaimer
© 2024 Elektor Verlag GmbH, Aachen. 1. Auflage 2024
Alle Rechte vorbehalten.
The contributions published in this book, especially all essays and articles as well as all drafts, plans, drawings, and illustrations, are protected by copyright. Their reproduction and distribution, even in excerpts, is generally only permitted with the prior written consent of the publisher.
The information in this book is published without regard to any existing patent protection. The names of hardware and software mentioned in this book may be registered trademarks, even if not explicitly indicated. They belong to the respective trademark owner and are subject to legal provisions.
The greatest care has been taken in compiling the texts and illustrations. Nevertheless, errors cannot be completely ruled out. The publisher, editor, and author can assume no legal responsibility or liability for incorrect information and its consequences.
The publisher and author are grateful for any notification of errors.
Explanation: Author, translator, and publisher have made every effort to ensure the accuracy of the information contained in this book. They assume no liability for losses or damages caused by errors or omissions in this book, regardless of whether these errors or omissions are due to negligence, oversight, or any other cause, and hereby disclaim any liability.
ISBN: 978-3-89576-616-9 (Print), 978-3-89576-617-6 (eBook)
Typesetting and Layout: D-Vision, Julian van den Berg | Oss (NL)
Printing: Ipskamp Printing, Enschede (NL)
Elektor Verlag GmbH, Aachen
Elektor is the world's most important source for technical information and electronics products for makers, engineers, and electronics developers, as well as for companies that employ these professionals. The international team at Elektor develops high-quality content for developers and DIY electronics enthusiasts every day, distributed through various media (magazines, videos, digital media, and social media) in numerous languages. www.elektor.de
