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Hier eine kleine Beschreibung über einen kleinen Marke-Eigenbau Tiefsetzers, mit einer Ausgangsleistung von ca. 200W bei einer Spannung von ca. 11V. Eingangsbereich: 24V...>60V.
Unterteilung:
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Steckbrief des Tiefsetzers:
- Eingangsspannungsbereich: 24V bis > 60V
- Ausgangsspannung: ca. 11V
- Ausgangsstrom: ca. 18A
- Leerlaufstromaufnahme: I < 1mA
- Leerlaufleistungsaufnahme: P < 0,05W
- Schaltbedingte Ausgangsspannungsschwankungen: ca. 1Vpp
- Ausgangsleistung Pa >= 200W (bei U=36V) (Je nach Bestückung)
- Effizienz: 80-90%
- Arbeitsfrequenz: ca. 3,5kHz
- Selbstanschwingend (nach ca. 0,5s)
- Geeignet für Halogenanlagen in Solarbetriebener Umgebung (>24V)
- oder für den 12V-Kühlschrank am LKW-Bordnetz
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Vorwort:
Hier die Beschreibung eines Tiefsetzers, der mit einer Dauerausgangsleistung von ca. 200W bei einer Ausgangsspannung von ca 11V zur Leistungsklasse gehört. Der Ausgangsstrom beträgt hier dann ca. 18A!!
Seine geringe Leerlaufstromaufnahme und das selbstanlaufende Verhalten auch unter Last gehören neben der Effizienz von größer als 80% zu den Positiven Eigenschaften der Schaltung. Weiter kann der
Eingangsspannungsbereich zwischen 24V und 60V liegen. Der Ausgang darf auch mit PWM-gedimmten Lasten betrieben werden. Als Kühlung der Schaltung ist bereits ein Aluminiumblech ausreichend; hier wird aber
auf eine Experimentielle Ermittlung der Kühlblechgröße hingewiesen! Eine mutwillige Erweiterung der Schaltung gestaltet sich als einfach und kann je nach Kenntnissen des Erweiterers durchgeführt werden.
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Schaltplan:
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Der Schaltplan der getesteten Schaltung (GROSSBILD)
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Schaltungsbeschreibung:
Wie schon ersichtlich ist die Schaltung relativ einfach aufgebaut. Als Schalttransistoren werden PNP-Leistungs-Darlingtons angewandt, die Temperaturtechnisch mit Emmitterwiderständen
symmetrisiert werden. Da alle Kollektoren der Leistungsschalter auf dem selben Potential liegen, dürfen alle Transistoren unisoliert auf ein Kühlblech geschraubt werden. Als weiteres wärmeentwickelndes
Bauteil ist die Diode D3 zu nennen. Hier wurde die schnellschaltende Gleichrichterdiode BYT30PI400 gewählt. Durch die Integrierte Isolierung zur Kühlfläche kann sie auch direkt auf das
Transistorkühlblech montiert werden. Die Induktivität ist hier als Luftspule mit 40Wdg. ausgelegt, und wurde aus einem dicken Flachdraht hergestellt. Die Windungszahl kann beliebig gewählt werden, es ist
aber auf ein aussreichend grosser Querschnitt zu achten. Alle Elektrolytkondensatoren sollten für eine Schaltnetzteilanwendung optimiert sein, da es sonst zu einer unzulässigen Erwärmung derer führen
würde. Als Haupt-IC wurde ein Standard CMOS-Bauteil verwendet, nämlich der IC 4093. Mit seiner Funktion als NAND-Gatter und seinen Schmitt-Trigger Eingängen ist dieses IC optimal für die Regler- und
Frequenzgenerierungsfunktionen anwendbar. Die Schaltung ist so ausgelegt, dass sie erst mit einer Betriebsspannung von 21V (D4, R16) anschwingt. Weiterhin ist die RC-Kombination R14/C6 für den Takt
verantwortlich. C6 kann beliebig gewählt werden, hier hat sich aber eine Kapazität von ca. 2,4nF bewährt. Bei größeren Frequenzen als 5kHz sollte die Diode D3 mit einem guten Schottky-Typ ersetzt werden.
Die Ausgangsspannungsmessung wird von der Kombination D6/R12/R13/T8 durchgeführt. Das ‘Ergebnis’ dieser Kombination wird dann dem 4093 eingekoppelt. Nach Anlegen der Betriebsspannung wird über R15 der
Ansteuerungsstützkondensator C7 geladen, der das IC und den Rest der Steuerung versorgt. D7 und R17 sind für die Versorgung der Ansteuerung nach Anschwingen der Schaltung zuständig. Diode D1 ist als
‘destruktiver’ Verpolungsschutz gedacht, d.h. dass bei einer Verpolung die Sicherung F1 auslöst. F1 ist so zu wählen, dass sie bei einem Kurzschluss am Ausgang durchbrennt, da sich sonst nach gewisser
Zeit Diode D3 ‘entsorgt’!! Weiterhin möchte ich noch anmerken, dass alle Widerstände ausser die 0,1R-Teile 1/4W-Typen sind. Die 0,1R-Wdst. sind als (mind.) 1W-Typen auszulegen. !KORREKTUR! R15 soll 33kOhm statt 100k haben!
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Layout Testschaltung:
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Das Layout der getesteten Schaltung auf einer halben 19”-Platine
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Bestückung Testschaltung:
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Die Bestückung der getesteten Schaltung
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Kommentar zum Layout:
Als ich diese Schaltung aufbaute, war ich bestrebt, alle heiss werdende Bauteile auf eine Seite zu bringen, um eine KK-Montage zu erleichtern. Erst im Test bemerkte ich, dass Diode D3 das
Bauelement ist, welches die größte Hitzeentwicklung aufweist. Zudem ist deren Polarität auf dem Bestückungsplan falsch. Im verbesserten Versuchsaufbau habe ich die Diode mit 1,5mm²-Drähten als
Verlängerung direkt oben auf das Transistorkühlblech gelegt. Das Layout wurde so erstellt, dass keine einzige Drahtbrücke erforderlich ist. (Bild des Versuchsaufbaus kommt noch)
Wichtig:
Alle Leiterbahnen des Lastkreises müssen mit Lötzinn und evtl. zusätzlichem Kupferdraht verstärkt werden!!!
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Mögliche Modifikationen:
- Als erstes wäre die Platzaufteilung des Layouts zu korrigieren. Hierzu würde ich einen Leistungstransistor entfernen, und den Platz für die Diode D3 hernehmen.
- Da diese Schaltung eigentlich als Stromversorgung meiner erweiterten Halogenanlagensteuerung gedacht war, die ja mehr oder weniger (PIC-)intelligent ausgelegt sein soll, wäre eine
weiterführende Modifikation ein Zugriff des PIC’s auf die Spannungsmessung und der Wertevorgabe sinnvoll. So könnte der Controller erst dann die Last freigeben, wenn die Ausgangsspannung vollständig
aufgebaut ist, und eine Art ‘Stand By’- Modus erzwingen, wenn die Beleuchtung ausgeschalten ist.
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Foto des Prototyps:
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Wie immer gilt auch hier: Ich übernehme keinerlei Haftung für Fehlfunktion und mögliche Folgen der Schaltung. (Es zwingt sie ja keiner dazu!) Weiterhin wäre ein Aufbau
nur von Personen mit Kenntnissen im Leistungselektronischem Bereich ratsam. Und zuletzt: Ich habe diese Schaltung größtenteils selbst entwickelt. Ich bitte deshalb darum, mir mögliche Verstöße gegen
vorhandene Copyright-Bestimmungen mitzuteilen, so dass ich selbiges beheben kann.
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