[Bestückungsplan PDF, 43kB]
[Leiterplattenlayout PDF, 42kB]
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Für ein neues Projekt brauchte ich eine Spannungsversorgung mit ausreichend elektrischer Leistung über ein langes dünnes Kabel. Durch eine hohe Spannung (max. 40V) kann der nötige Strom stark verkleinert werden, der Schaltregler setzt die Spannung dann wieder herab. So werden aus 40V 1A schon mal 12V 3A. Folglich beträgt die Stromstärke auf der Übertragungsleitung nur 1A, obwohl dem Verbraucher 12V 3A zur verfügung stehen. Dadurch kann der ohmsche Verlust auf der Leitung um beinahe zwei drittel gesenkt werden. Zudem besitzt der Regler die üblichen Schutzschaltungen wie Kurzschlußschutz und Übertemperaturschutz. Die Ansprechschwelle des Kurzschlußschutzes kann über einen Widerstand eingestellt werden, ist in meiner einfachen Schaltung jedoch nicht einstellbar und deshalb im IC auf >4A eingestellt. Zusätzlich nutzt der Regler einen Sanftanlauf (Softstart). Das erhöht die Lebensdauer der angeschlossenen Verbraucher. Kritisch an der Schaltung sind vor allem Drosselspule und Diode. Der Leistungs-FET ist im Schaltregler-IC bereits integriert. Die Diode sollte schon eine schnelle Schottky-Diode sein, ich bin der Hersteller-Empfehlung gefolgt. Ein Versuch mit einer gewöhnlichen Gleichrichterdiode mit 6A Maximalstrom führte zu dem Ergebniss, das die Ausgangsspannung bei Belastung sofort zusammenbrach. |
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Die Drosselspule habe ich selbst gewickelt. Dazu verwendete ich den Ringkern T106-26 von Amidon, erhältlich z.B. bei reichelt-elektronik. Bewickelt habe ich die Spule mit ca. 220cm 1mm Kupferlackdraht. Dazu zunächst gleichmäßig und möglichst gut am Kern anliegend die erste Lage Windungen auffädeln, so dass die einzelnen Drahtwindungen in der Öffnung des Ringkerns dicht nebeneinander liegen. Ist man einmal herum werden dann die am Außendurchmesser entstandenen Lücken noch bewickelt. Dabei wird es ziemlich eng in der Mitte des Kerns. Das sollte etwa eine Induktivität von 250..280µH bringen. Damit scheint es ganz gut zu funktionieren. Wer dünneren Draht verwenden will, muss sich natürlich auf eine schlechtere Effizienz des Schaltreglers einstellen, da die ohmschen Verluste in der Spule dann höher ausfallen. In der Spule fließen größere Ströme als der Ausgangsstrom! (Etwa bis zu zweifachem Ausgangsstrom). Die Beschaltung ist minimalistisch und nutzt nicht alle Möglichkeiten des Regler-ICs. Die integrierte Strombegrenzung zum Beispiel lässt sich auch auf niedrigere Werte einstellen, jedoch kann man die ganze Schaltung dann etwas kompakter auslegen, eine kleinere Drossel verwenden und alles etwas verkleinern. |
| Entsprechend meinem Anwendungszweck habe ich ausgangsseitig drei Feinsicherungen vorgesehen.. bei 2A verursachen die einen Spannungsabfall von 0.1V. Auf den Leiterbahnen ist der Spannungsabfall dagegen nur 0.015 V etwa :-). Wer die Sicherungen nicht braucht (bei mir gibts mehrere angeschlossene Verbraucher, durch die Sicherungen hoffe ich das bei technischen Defekt eines Gerätes nur eine Sicherung fällt, und die anderen Geräte trotzdem weiter funktionieren), für den gibts ja Drahtbrücken :-) Die verwendeten Sicherungshalter sind leider etwas zu breit für mein Layout, da hab ich mich wohl verkalkuliert. Der Hersteller meines Bohrwerkzeuges hat das wohl kommen sehen und mir gleich einen Satz dieser praktischen kleinen Trennscheiben mit eingepackt. Nach kürzester Zeit war alles passend. :-) Zur besseren Anschaulichkeit gibts hier gleich zwei Detailfoto's. Der mittlere Sicherungshalter mußte dran glauben. Etwas 5minuten-Expox unter dem verfriemelten Sicherungshalter schadet sicher nicht.  |
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In der Schaltung wird dem aufmerksamen Betrachter sicherlich nicht entgehen, das am Eingang und am Ausgang des Reglers mehrere Elektrolytkondensatoren parallel geschaltet sind. Das hat den technischen Hintergrund, das ich keine kostengünstige Quelle für hochwertige Low-ESR-Elkos habe, also Kondensatoren mit einer besonders niedrigen Induktivität und niedrigem Innenwiderstand. Bei der im Regler genutzten Schaltfrequenz von 100 Khz ist die Induktivität des Kondensators (aufgrund der aufgewickelten Elektroden) nicht ohne Wirkung. Besonders am Ausgang sind die Kondensatoren entscheidend für die Restwelligkeit der Ausgangsspannung. Am Eingang kann man auch mit weniger kapazität leben, wenn am Eingang schon Gleichspannung ankommt, und die Spannungsquelle entsprechend niederohmig ist (keine langen dünnen Leitungen...) Die Ausgangsspannung lässt sich ab 5,1V aufwärts einstellen, Maßgeblich ist der im Schaltplan gut sichtbare Spannungsteiler R1/R2 an der Ausgangsspannung. Mit den im Schaltplan angegebenen Werten erhält man eine Ausgangsspannung von 12,5V. Wer 5V Ausgangsspannung braucht, lässt R2 weg und ersetzt R1 durch eine Drahtbrücke. Die restlichen Bauelemente sind schnell beschrieben: R3 und C5 bilden die Grundlage für den integrierten Oszillator des Reglers. C6 ist die Zeitkonstante des Sanftanlaufes. R4, C7 und C8 kompensieren irgendwas, wer es genau wissen will schaut besser ins Datenblatt.. der Hersteller ST hat sich bestimmt etwas dabei gedacht! Das Layout ist mit entsprechend großen Leiterbahnen ausgestattet, ich habe jedoch bei meinem Prototyp die Stromführenden Leiterbahnen zusätzlich noch dick verzinnt. (Mein Leiterplattenmaterial hatte einen Herstellungsfehler - der Fotolack war auf einem Teil der Platine zu dünn, daher ist das Kupfer auf dem Bild zum Teil etwas angeätzt. Bei den Sicherungshaltern dagegen ist alles in Ordnung.) |
Bitte den 4,7 KOhm Widerstand unter dem Schaltregler-IC nicht vergessen!
Viel Spaß beim Nachbauen!
