Universalnetzgerät mit primärer Vorregelung

Der Vorregler vermindert die Verlustleistung am Stelltransistor beträchtlich.                                      aktualisiert am 08. 02. 2014


Beispiel: Regelbares Netzgerät mit Primärvoregelung.
Trafo Tr2: prim. 230V, sec. 230V, 100VA
Gleichrichter: B250 C3000
Ru: 1,5MOhm
Rs: 2,2 Ohm 5W
Ausgangsspannung Ua: 50 - 300Vdc
Ausgangsstrom: 0 - 200mA einstellbar, Konstantstrombetrieb.
Die Eingangsspannung (vom Primärvorregler) Ue soll mindestens 10V höher sein als die Ausgangsspannung Ua, dass bei Laständerung der Power-FET regeln kann.

Die Grafik rechts zeigt den Spannungsverlauf von Eingangsspannung Ue und Ausgangsspannung Ua.
Ausgangsspannung Ua (rot) beginnt bei 50V, eingestellt mit P1 und endet bei ca. 300V, eingestellt mit P2.
Eingangsspannung Ue (schwarz, blau, grün) beginnt bei ca. 70V, eingestellt mit Trimmpot "min" und endet bei ca. 320V, eingestellt mit Trimmpot "max". Die schwarze Kurve ist von Ua (rot) zu weit entfernt, die Verustleistung am Power-FET ist hoch. Die grüne Kurve zeigt die günstigste Einstellung von "max", die Verlustleistung am Power-FET ist gering. Allerdings muss darauf geachtet werden, dass bei maximaler Stromentnahme die Eingangsspannung Ue über der Ausgangsspannung bleibt.

Es ist zu beachten, dass die Phasenanschnittsteuerung nicht auf Ue Null Volt gestellt werden kann. Die Anfangsspannung Ue sollte mindestens 10% der maximalen Eingangsspannung betragen. Darunter ist die Regelung nicht stabil!

Mit einem hochohmigen Voltmeter, angeschlossen zwischen Ue+ und Ua+ kann die Spannungsdifferenz über den ganzen Drehweg des 2fach- Potenziometers gemessen und kontrolliert werden.

Eine andere Netzgerätevariante: Ausgangsspannung 0 bis 35V, Strombegrenzung regelbar von 0 bis 4A. Trafo Tr2 230V/2x 18V 160VA. Gleichrichter Glr3 = B80C5000, Transistor T3 = 2N3055 auf Rippenkühlkörper 140 x 100mm. Rs = 0,1 Ohm 2 Watt, Ru = 330k, C1 = 4700µF/63V, C3 = 10µF/63V, RL = 4,7k/1W. Durch die Verwendung des Vorreglers  wird die Differenzspannung zwischen Drain und Source des Power-FET gering gehalten. Die maximal auftretende Verlustleistung am FET kann bis 20 Watt betragen. Der Kühlkörper erwärmt sich wenig.
Ohne Vorregler könnte die maximale Verlustleistung von 144 Watt von einem einzelnen FET oder Transistor nicht verkraftet werden.

Beispiel eines Hochvoltnetzgerätes: Ausgangsspannung 50 bis 300V, Strombegrenzung regelbar von 0 bis 200mA. Trafo Tr2 230V/ 350V/100VA. Gleichrichter  Brücke aus 4 x 1N4007 oder Brückengleichrichter, Transistor  BU108 oder geeigneter Power-MosFET auf Rippenkühlkörper, Rs = 2,2 Ohm 2 Watt, Ru = 1,5M. C1, C2, C3 3x 68µF/450V. RL = 22k/5W. Ohne Vorregler beträgt die Verlustleistung maximal ca. 60 Watt.
Mit Vorregler  beträgt die maximale Verlustleistung gerade mal ca. 4 - 6 Watt.
        
Die komplette Schaltung des UNG214.2. Möglich ist damit vom Niederspannungsnetzgerät bis zum Hochspannungsnetzgerät fast alles. Berechnet müssen die Widerstände Ru für die maximale Ausgangsspannung und Rs für den maximalen Ausgangsstrom werden. Der Trafo Tr2 und der Power-FET oder Transistor müssen für den vorgesehenen Verwendungsbereich geeignet sein.
Nun habe ich eine neue Variante dieses Netzgerätes erprobt. Die Primärregelung ist einfacher weil der TLC271 entfällt. Die Schaltung schwingt nicht mehr. Allerdings wurde dies auch durch einige Nachteile erkauft: Die Potentiometer "Spannung 10k" und "P 1M" müssen mechanisch gekoppelt sein. Da es Doppelpotis mit diesen Werten im Handel nicht gibt, muss dieses selbst gebaut werden. Der 2. Nachteil: Bei ansprechen der Strombegrenzung kann die Vorregelung nicht aktiv werden und der Spannungsabfall am Power-MosFET steigt, somit auch die Verlustleistung und die Erwärmung. Dem kann insofern entgegengewirkt werden, indem das Spannungspoti zurück gedreht wird bis knapp vor verlöschen der roten LED "Iconstant".
 Bei Interesse kann das Layout (Printgrösse 145 x 50mm) kostenlos angefordert werden. Bitte beachten Sie, dass am Print Netzspannung 230Vac anliegt!

Bau des Doppelpotis: Die Achse der Potis ragt hinten am Gehäuse heraus. Dort befindet sich ein Schlitz. Darin wird ein Verbindungsstück (3 x 3 x 1mm) aus Metall, Kunststoff oder Pappe platziert und die beiden Potis Rücken an Rücken mittels einigen M6-Beilagen verklebt. Die Achse eines Potis kann gekürzt werden.

Vor dem Verkleben prüfen ob der volle Drehwinkel gegeben ist.