Gleichrichtersysteme

Letztmalig dran rumgefummelt: 04.11.11 20:47:50

Max Perner, DM2AU0 in CQDL Heft11/2006 S. 774 ff.

Nicht mehr wegzudenken sind auch in der Setbstbaupraxis die Festspannungsregler in Form von integrierten Schaltkreisen. Mit einem Minimum an externer Beschattung kann man den Einsatzbereich vergrößern. Der folgende Beitrag zeigt einige Möglichkeiten auf.

1. Technische Grundlagen
2. Typenspezifikation
3. Standard-Applikationen der Festspannungsregler
4. Festspannungsregler als Konstantstromquellen
5. Wärmeproblematik
6. Verwandte Themen

Grundlagen elektrischer Stromversorgung

Gleichrichterwirkung der Graetz-Brücke

begrenzt verwendbar - selbst aufpassen, ab welcher Stelle es Blödsinn wird ;-)

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Quellen:

1. Technische Grundlagen

Die Festspannungsregler sind monolithische integrierte Schaltungen für eine Vielfalt von Applikationen. Sie haben eine interne thermische Überlastungsabsicherung sowie eine interne Strombegrenzung bei einem Kurzschluss auf der Ausgangsseite. Mit einer entsprechenden Kühlfläche oder einem Kühlkörper können sie je nach Bauform Ausgangsströme von 100 mA oder 1 A liefern, bei Typen außerhalb des üblichen Selbstbaubereiches sind auch höhere Ströme möglich. Im Normalfall sind für ihren Betrieb keine externen Komponenten erforderlich. Je nach Hersteller und Suffix kann die Ausgangsspannung eine Toleranz von 2...10 % haben. Die Eingangsgleichspannung des Reglers sollte bei maximal belastetem Ausgang mindestens 2 V größer sein als die Ausgangsspannung, mit einer um 2,5 V höheren Spannung ist man immer auf der sicheren Seite.

die Diode

2. Typenspezifikation

Diese Dinger sind einfach genial - ohne großen Zusatzaufwand bekommst Du hier fast noch so etwas wie eine Sicherung geschenkt. Bei thermischer Überlastung machen sich die teile selbst zu, wenngleich sie natürlich nicht konstant im Überlastbetrieb eingesetzt werden sollten.

3. Standard-Applikationen der Festspannungsregler

Wir machen das immer mit der harten Beschaltung - sollten aber eben auch im Gleichstrombetrieb nicht auf die Glättung der Oberwellen mittels Stützkondensatoren verzichten - verstehen sich diese Eingangsseitig noch fast automatisch, so entfallen sie in Amateurschaltungen schon einmal am Ausgang - sollten sie aber nicht. In der Kapazität sollten sie der Last angemessen sein.

Die Positivregler 78Lxx im Gehäuse SO-8

Der 78Lx im Gehäuse SOT-89 und SO-08

Auch hierbei handelt es sich um SMD-Bauelemente, siehe Bild oben. Diese Bauform besitzt die gleichen Parameter wie die Bauform im SOT-89-Gehäuse einschließlich deren thermischer Belastbarkeit. Zu diesem Zweck sollte der Regler in der Mitte einer etwa 6 cm² Platinen-Kupferfläche aufgelötet werden, die Pins 2, 3, 6 und 7 übertragen die Wärme auf diese Kupferfläche.
Die Standard-Applikation der Festspannungsregler Bild rechts zeigt die von den Herstellern favorisierte Applikation. Vom Autor wurde als Spannungsquelle eine Batterie gezeichnet, als Verbraucher bzw. Last ein ohmscher Widerstand. Natürlich kann die Spannungsquelle auch ein Netzteil mit DC-Ausgang sein, es geht hier nur um das Wirkprinzip. Besitzt das Netzteil keine Filterung für die Gleichspannung, so sollte diese Funktion vor dem Spannungsregler eingefügt werden.
Die Hersteller empfehlen den Einsatz der beiden Kondensatoren C_in und C_out, wenn sich der Regler nicht unmittelbar an der Spannungsquelle bzw. am Verbraucher befindet. Mit diesen beiden Kondensatoren wird eine Selbsterregung und ein damit verbundenes Rauschen unterbunden, empfohlen werden HF-geeignete Typen. Beim Selbstbau ist der benötigte Platz für die beiden Kondensatoren immer vorhanden, sie kosten nicht die Welt und sicher ist sicher. Wird der Regler über längere Leitungen z.B. an einer Chassis-Rückwand montiert, so müssen die beiden Kondensatoren unmittelbar an den drei Pins des Reglers angelötet werden. Hervorgehoben wird im Bild rechts auch durch verstärkte Linien die kurze Leitungsführung zwischen Regler und den beiden Kondensatoren.

Die typische Herstellerapplikation

Der Ersatz eines Reglers 79xx Nicht immer hat man beim Selbstbau einen passenden Negativregler zur Hand, fast immer aber einen spannungsgleichen Positivregler. Bild rechts zeigt eine einfache Lösung. Die Spannungsquelle muss dazu aber massefrei sein! Wird der Ausgang des Positivreglers an Masse gelegt, so ist jetzt an seinem Kontakt Masse/GND eine negative Spannung in der Höhe der Ausgangsspannung des Positivreglers abnehmbar. Mit diesem Trick unter Beachtung der Massefreiheit der Speisespannung lassen sich auch die folgenden Beispiele für eine stabilisierte negative Spannung (bezogen auf Masse) auslegen. Zu beachten ist aber, dass jetzt die Kühlfläche des 78xx nicht mehr an Masse liegt, das Bauelement muss mittels geeigneter Isolierelemente montiert werden.

Ein 79xx kann durch einen 78xx ersetzt werden

4. Festspannungsregler als Konstantstromquellen

Hier nun arbeiten die Konstantspannungsregler gleichzeitig noch als definierte Strombegrenzer - für sehr viele Eigenbauprojekte eine durchaus wünschenswerte und mit den folgenden Schaltungen billige Alternative zu den teuren Laborstromgräten.

Schaltung zur Strombegrenzung

Oft benötigt man eine Baugruppe, die einen begrenzten Strom z.B. für einen Ladevorgang liefert. Auch hier kann ein Festspannungsregler helfen. Das Prinzip ist in Bild rechts zu sehen. Ein Beispiel beschreibt die Dimensionierung dieser Schaltung. Es soll ein Akku mit einem konstanten Strom von 100 mA geladen werden. Als Regler wird ein 7812 eingesetzt, damit muss die Eingangsspannung mindestens 14 V betragen. Mit U_XX = 12 V und I_out = 0,1 A ergibt sich R zu 12 V/0,1 A = 120 Ω. Der Widerstand wird mit einer Leistung von 0,1 A x 0,1 A = 120 Ω = 1,2 W belastet, gewählt wird also ein 2-W-Typ.

Konstantstrom mit einem Festspannungsregler

5. Wärmeproblematik

	Abschließend sollen noch einige thermische Probleme beim Betrieb von Festspannungsreglern betrachtet werden. An diesem Problem sowie der Notwendigkeit, dass die Eingangsspannung bei Last mindestens 1,8 V über der Typspannung liege muss, scheitern viele Selbstbauprojekte.

6. Verwandte Themen

Hier nun wird's schon fast schwierig, Verwandtschaften aufzuzählen, denn es gehört ja faktisch alles dazu - wer Elektronik betreiben will, braucht Strom! Da machen auch Controller und der mausealte LC-80 keine Ausnahme. Auch die klassischen Entdecker der Grundlagen unserer heutigen Elektrotechnik bleiben davor nicht verschont.

Zunächst die Klassiker der Elektrotechnik, wobei die Reihenfolge der Namen keine Wichtung ihrer Forschungsergebnisse darstellt

Alessandro Volta

André Marie Ampére

Georg Simon Ohm

Michael Farraday

Halbleiter-Vorgänge

Die Diode

Der Transistor

Induktivitäten

elektronische Konstantspannungsregler

Phasenanschnittsteuerung mittels Thyrisoren

Chemische Reaktionsgleichung im Blei-Akkumulator
Blei-GEL-Akkus

Nickel-Cadmium-Akkumulatoren

Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren

L

Lithium-Ionen-Akkumulatoren

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... dieser Text wurde nach den Regeln irgendeiner Rechtschreibreform verfasst - ich hab' irgendwann einmal beschlossen, an diesem Zirkus nicht mehr teilzunehemn ;-)

„Dieses Land braucht eine Steuerreform, dieses Land braucht eine Rentenreform - wir schreiben Schiffahrt mit drei „f“!“

Diddi Hallervorden, dt. Komiker und Kabarettist