Multi-Netzteil mehrere Spannungen

Die Idee, so ein Netzteil zu bauen, hatte ich schon länger im Hinterkopf.
Hauptsächlich konzipierte ich es für meine HF-Verstärkerschaltungen.
Meist entwickele ich die für 9 oder 12 Volt, Strom unter 100 mA.
Auch ist beim Amateurfunk 13,6 V interessant, Versorgung über Autobatterie.
Im Gegensatz zu üblichen Netzteilen wollte ich eine Strombegrenzung ca. 0,1 A.
Die Begrenzung macht sich gut, wenn man im Testaufbau einen Fehler hat.
Zuvor arbeitete ich mit mehreren Labornetzteilen, ich wollte ein kompaktes Gerät.
Nachbauer werden das Netzteil eher für Servicezwecke nehmen, z.B. Module testen.

Normalerweise benötige ich mindestens zwei Betriebsspannungen.
Einmal natürlich für meine Testschaltung und dann z.B. Versorgungsspannung Messmodul.
Teilweise sind im Messaufbau mehrere Verstärker mit unterschiedlichen Spannungen.
Eventuell wird noch eine Regelspannung benötigt, interessant für FET-Verstärker.
Das sind jetzt schon vier Spannungen, wird langsam mit Labornetzteilen unhandlich.

Technische Daten
5 Volt
9 Volt
12 Volt
18 Volt
1,3 bis 16 Volt einstellbar
Symmetrische Spannung +/- 9 Volt möglich
Strombegrenzung ab ca. 100 mA
Eingang 24 V extern (20 bis 30 V)
Maße ca. 70 x 110 x 50 mm

Später kam ich auf die Idee mit +/- 9 V, interessant für OPVs.
Die Sache hat einen kleinen Haken, darauf gehe ich noch ein.
Auch ist 5 Volt recht wünschenswert für z.B. Logikschaltungen TTL.
Da ich sofort an Nachbau dachte, nahm ich gängige Standardbauteile.
Auch ist der Aufbau so konzipiert, daß man prima Punktrasterplanine nehmen kann.
Etwas geübte Hobbyelektroniker sollten beim Aufbau keine Probleme haben.
Die Schaltung ist auch als Vorschlag zu verstehen, auf eigene Wünsche anpassbar.

Wird fortgesetzt, Schaltplan, Aufbau, etc.

Andreas

Schaltplan, Konzept der Schaltung

Man betrachte den Schaltplan, mehr oder minder ist die Schaltung selbsterklärend.
Der Regler U50, ein 7818 mit 1 A, stellt die Spannung für die anderen Regler bereit.
Das hat zwei Vorteile, einmal Aufteilung der Verlustleistung.
Dann natürlich, die folgenden Regler sehen an ihren Eingängen keine Brummspannung mehr.
Wer will, nehme einen 78M18, Strombegrenzung auf gut 500 mA.

Jetzt kommt der Kniff mit den Widerständen 33 Ω vor den Eingängen der anderen Regler!
78Lxx sind für Ströme bis 0,1 A gedacht und TO-92 taugt nur bis etwa 0,6 W Verlustleistung.
Betrachten wir den Zweig mit dem 78L12.
Fließen 100 mA, fallen über R30 3,3 Volt ab und er setzt 330 mW in Wärme um.
Am 78L12 fallen nur noch 2,7 Volt ab, ergibt 270 mW Wärmeleistung, passt.
Soll die Strombegrenzung früher einsetzten, nimmt man einen Wert größer 33 Ω.
33 Ω ist eher als Beispiel zu verstehen, einen kleineren Wert sollte man nicht nehmen.
Gleiches gilt für die Vorwiderstände bei den anderen beiden Festspannungsreglern.

Die Schaltung um den LM317L entspricht weitgehend der Musterschaltung im Datenblatt.
Hier funktioniert der Trick mit dem Widerstand am Eingang nicht, außer bei kleiner Spannung.
Normalerweise möchte man den vollen möglichen Einstellbereich von 1,3 bis gut 16 V nutzen.
Nehmen wir als Beispiel eingestellte Spannung 3,3 Volt und 100 mA.
Über dem Regler fallen dann 14,7 Volt ab, ergibt 1,47 Watt, verträgt der Regler nicht.
Deshalb aufpassen, wenn man eine kleine Spannung bei hohem Strom benötigt.
Nimmt man einen LM317 in TO220, hat man jedoch nicht mehr die Strombegrenzung ab gut 0,1 A.

Symmetrische Spannung +/- 9 Volt
Scheinbar ganz einfach, man nehme die Spannung 9 Volt und die Spannung 18 Volt.
Dann ist +9 Volt die Mitte, GND der symmetrischen Spannung.
Jetzt kommt der Haken, übliche Regler wie 78xx können nur positiv regeln, nicht "rückwärts".
Belastet man unsymmetrisch, kann es zu einer Nullpunktverschiebung kommen, also "GND" > 9 Volt.
Im Schaltplan nicht eingezeichnet, an die +9 V schloss ich eine LED mit 7 mA an.
Dadurch hat man etwas Last an +9 V, reicht für übliche Operationsverstärkerschaltungen meist.
Ansonsten hilft man etwas nach, schließt dort einen Widerstand 0,6 W mit etwa 220 Ω an.
Belastet man unsymmetrisch in die negative Richtung, gibt es kein Problem.

Weiter geht es mit dem Platinenlayout, Aufbau.

Andreas

Platinenlayout, Schaltungsaufbau

Vorweg, ein Bausatz ist nicht geplant, die Schaltung ist einfach und die Bauteile gut erhältlich.
Das Platinenlayout wurde platzsparend, jedoch nicht unnötig eng, passt auf 1/4 Europakarte.
Die roten Leiterbahnen sind Drahtbrücken, ging leider nicht ohne bei einfachem Aufbau.
Für die Kondensatoren sind mehrere Lötaugen vorgesehen, es passen welche Raster 1/10 bis 3/10 Zoll.
Es ist egal, ob man Folie oder Keramik nimmt, im Bild 100 nF Keramik 1/10 und 330 nF Folie 3/10.
Aufpassen bei den Widerständen, da Metallschicht 0,6 Watt nehmen, die können gut warm werden.
Auch beim Elko ist genug Platz, man kann durchaus einen größeren nehmen, 35/40 V und 85 °C reicht.

Beim Poti hat man nahezu freie Wahl bei den Maßen, hier kam ein Trimmpoti Piher PT-15 zum Einsatz.
Für die gibt es Steckachsen 6 mm, also auch als Potentiometer verwendbar.
Es gibt viele Potis mit Achse, die Lösung mit Piher und Steckachse ist günstig und einfach.
Auch muss man nicht ein Poti direkt für Platine nehmen, Gehäusemontage plus Verdrahtung geht auch.
Nur sollte man beim Poti aufpassen, daß es nicht vom Typ log ist, soll schon ein lineares sein.

Das Platinenlayout ist universell und es ist noch etwas Platz für Modifikationen vorhanden.
Möchte man andere Festspannungen, wird man eventuell was bei den Widerständen ändern, anpassen.
Im Layout sind die Widerstände so angeordnet, daß sich die Wärme möglichst über die Platine verteilt.
Auch sind alle Regler an den Außenseiten und Pinbelegung so, daß man auch TO220 bestücken kann.
Das kann durchaus interessant sein, wenn man lieber 0,5 oder 1 A statt 100 mA bei den Reglern wünscht.
Dann muss man natürlich die Widerstände entsprechend anpassen, eventuell Drahtbrücken setzen.
Da dann die Kühlflächen der Regler nach außen zeigen, kann man sie problemlos an Kühlkörper schrauben.
Baut man wie vorgeschlagen die Version für 100 mA, sind normalerweise keine Kühlkörper notwendig.
Auch kann man die Schaltung leicht um weitere Regler 78(L)xx erweitern, immer selbes Layout.

Im letzten Bild sieht man die fertig aufgebaute Platine.
Dort ist schön erkennbar, wie das mit Trimmpoti Piher und Steckachse funktioniert.
Wer will, kann der Steckachse mit 6 mm Durchmesser auch noch einen Knopf gönnen.
Die Steckachsen gibt es in verschiedenen Längen, sie sind auch bei Bedarf leicht kürzbar.

Im nächsten Teil noch was zum Einbau in ein Gehäuse.

Andreas

Finale, Einbau in ein Gehäuse

Am ehesten wird man sehen, was in der Bastelkiste ist oder was es gerade günstig gibt.
Ich hatte noch ein Kunststoffgehäuse TEKO in genau der richtigen Größe.
Oben die Abdeckplatte ist aus Alu, könnte man als Kühlblech benutzen, hier nicht notwendig.
Die Aluplatte gibt auch so die innere Wärme an die Umgebung ab, wenn man es nicht übertreibt.
Als Beispiel belasten wir die Ausgänge 9 und 12 V mit je 100 mA und rechnen kurz P = U x I.
Beim Zweig 9 V beträgt innen die Verlustleistung 1,5 Watt und bei 12 V 1,2 Watt, passt.

Man betrachte das Bild mit der Innenansicht.
Dem 7818 gönnte ich einen kleinen Kühlkörper für TO220 mit etwa 15 K/W, nicht zwingend notwendig.
Bleiben wir beim Beispiel zuvor, der 7818 produziert dann bei 200 mA 1,2 Watt Wärme.
Mit dem Kühlkörper wird er gerade mal 18 °C wärmer als Umgebung, ohne jedoch deutlich mehr.

Zeigte ich mal an anderer Stelle, Kühlkörper Eigenbau für TO-92 mit Aluröhrchen.
Beim LM317L ist ein Kühlkörper durchaus sinnvoll, ich ging zuvor mit Beispielrechnung darauf ein.
Als ich Härtetest machte, wurde das Röhrchen knapp 100 °C warm bei 1,3 Watt Verlustleistung.
Statt Röhrchen kann man auch ein kleines Alu- oder Kupferblech nehmen, anklemmen oder ankleben.

Die Steckverbinder J10 bis J51 müssen nicht sein, man kann die Anschlussdrähte auch einlöten.
Es kamen sogenannte Zwergbuchsen 2,6 mm zum Einsatz, weit verbreitet bei Modelleisenbahnern.
Buchsen 4 mm müssen nicht sein, mit Kanonen auf Spatzen geschossen und unnötig groß.

Kleiner Trick, wie Buchsen in Kunststoff wesentlich besser halten!
Die Zwergbuchsen haben Gewinde M4, bohrte ich mit Gewindebohrer in das Kunststoffgehäuse.
Dann die Buchsen eindrehen, mit der Mutter wird nur noch gekontert, da wackelt so schnell nichts.
Hinten die Hohlsteckerbuchse 5,5/2,1 hat ein US-Maß, scheint 5/16 Feingewinde zu sein.
Da bohrte ich das Loch etwas zu eng mit 7,5 mm und drehte die Buchse mit zarter Gewalt hinein.
Auch hier wieder, mit der beigelegten Mutter wird nur noch gekontert.

Wünschenswert ist eine LED, die anzeigt, ob das Netzteil Spannung hat.
Erwähnte ich bei der symmetrischen Betriebsspannung, schloss ich über 1 kΩ an den Regler 9 V an.
Es wurde eine gelbe LED mit konkaver Linse, Abstrahlwinkel fast 180 °, auch seitlich gut sichtbar.
Da reicht passendes Loch bohren, LED hineindrücken und über Widerstand mit den Buchsen verbinden.
Löcher in Thermoplast sollte man mit langsamer Drehzahl bohren, damit der Kunststoff nicht schmilzt.
Auch ist es ratsam, erst mit kleinem Bohrerdurchmesser anzufangen, Loch dann nur noch aufbohren.

Wie man sieht, ist im Netzteil kein Trafo, die Spannungsversorgung an J51 kommt über Netzteil extern.
Auch da sollte man in der Bastelkiste schauen, ob man eventuell noch ein altes Netzteil Laptop hat.
Es sollte mindestens 20 Volt haben, damit der 7818 sicher im Arbeitsbereich ist.
Hatte ich nicht, für wenig Geld gibt es einfache Schaltnetzteile 24 V für LED-Beleuchtung.

Andreas