Sonntag, 1. Mai 2016

Festspannungsnetzgerät 5 V und ±12 V

Während der Entwicklung analoger oder digitaler Schaltung braucht man oft nur feste Spannungswerte bei der Stromversorgung. Bei Microcontrollern nutze ich meist 5 V, bei analogen Schaltungen 12 V, bei Operationsverstärkern auch gerne mal symetrische Spannungen, also ±12 V.

 
Eine Entwicklung mit 5 V und  ±12 V nahm bisher zwei meiner einstellbaren Labor-Netzgeräte in Beschlag: ein Farnell LT30-2 für die ±12 V und ein EA-3004 für die 5 V.




Um den Aufwand zu senken, brauchte ich ein Festspannungnetzgerät. 

Anforderungen: 
- Festspannungen: 5 V und  ±12 V
- Strom: min. 1 A bei 5 V und 12 V und min 0,5 A bei -12 V
- kompakte Abmessungen

Kompromisse:
... ergeben sich aus der Forderung kompakter Abmessungen. Das Gerät soll in einem Alu-Schalengehäuse untergebracht werden, mit Innenabmessungen von ca. 100 mm x 160 mm x 50 mm. Auf der Frontplatte ist kein Platz für Anzeigeinstrumente, um z.B. den Strom zu kontrollieren. Das Netzteil muss demnach gegen Überlastung geschützt sein.
Eine lineare Regelung wäre schwierig im Gehäuse unterzubringen. Durch die drei geforderten Spannungen, wären entweder 2 Trafos notwendig gewesen oder der 5V Linearregler hätte sehr viel Energie in Wärme umsetzen müssen, was entsprechende Kühlmaßnahmen voraussetzt.

Nach Abwägung von Anforderungen und Kompromissen entschied ich mich für ein Open-Frame-Schaltnetzteil: Artesyn LPT42. Es liefert bei 5 V bis zu 4 A, bei 12 V bis zu 2 A und bei -12 V die geforderten 0,5 A, und das bei passiver Kühlung.





Bei der Frontplattengestalltung habe ich auf die bewährte Technik mit aufgeklebten, laminierten Farbausdruck gesetzt:


Beim Verkabeln habe ich die Leitungen zur Frontplatte etwas länger gelassen, damit die Frontplatte abnehmbar bleibt, ohne das gesamte Gehäuse zu demontieren.


Das Netzteil fordert laut Datenblatt ein Mindestlast von 0,4 A an 5 V, damit die Regelung arbeiten kann. Da es normalerweise nicht für meine Art der Anwendung gedacht ist, sondern zum Einbau andere Geräte, die diese Grundlast bereits liefern, musste ich einen "Dauerverbraucher" in Form eines Leistungswiderstandes einbauen. Wie sich herausstellte genügen auch rund 0,2 A, die durch einen 22 Ω/5W entnommen werden.


Vor dem Verschließen des Gehäuses, habe ich noch die Ausgangsspannung abgeglichen.


Hier die Ergebnisse:




Zur besseren Wärmeabfuhr ist das obere Gehäuseblech als Lochblech ausgeführt. Der Effekt wird durch einen Berührungsschutz gegen Hochspannung im hinteren Gehäusebereich geschmälert. Dort habe ich eine dickere Kunststofffolie eingebracht, um unbeabsichtiges Berühren netzspannungsführender Teile zu vermeiden.



Lasttest:

Als Last dienen mir zwei KFZ-Leuchtmittel.
Eine 21 W Birne belastet den 12 V-Ausgang mit ca. 1,6 A und lässt die Spannung auf 11,4 V sinken.
Eine H1-Leuchtmittel - Abblend- und Fernlicht habe ich verbunden - belasten den 5 V-Ausgang mit 5,5 A und lassen die Spannung auf 4,87 V sinken.

 


In Summe wird das Netzgerät damit mit 46 W belastet. Das sind 6 W mehr, als das Datenblatt für eine passive Kühlung empfielt. 
Die Temperatur im Inneren steigt dabei binnen 10 Minuten von ca. 20°C knapp 60°C und blieb dann nahezu konstant.

 


Eine Messung der Restwelligkeit ergab 50 mV bei 5 V und 120 mV bei 12 V und lag damit Rahmen der Angaben des Datenblattes.


Die elektrischen Anforderungen sind damit mehr als erfüllt. Einem Betrieb mit den geforderten Belastungen sollte nichts im Wege stehen.
Die äußeren Abmessungen von 102 mm x 200 mm x 70 mm erfüllen ebenfalls meine Anforderung der Kompaktheit.

Kommentare:

  1. Herrlich ... Dieser Ingenieur !!
    Mein großen Respekt hast Du.
    Viele Grüße
    Jörg Süfke

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