Labornetzteil

Schon seit längerem hatte ich den Wunsch nach einem Labornetzteil für Versuchsaufbauten oder zum testen von neu gebauten Geräten. Ich habe zwar bereits ein einstellbares Labornetzteil (0-30V, 0-3A), welches auch ziemlich nützlich ist. Aber ich benötige oft mehrere Ausgangsspannungen. Meist sind das 5 V, 12 V und 24 V. Eine präzise einstellbare Strombegrenzung ist dabei aber meist nicht nötig. Daher ist es möglich mit einstellbaren Spannungsreglern oder auch Festspannungsreglern ein Netzteil relativ einfach selbst zu bauen. Ein paar geeignete Transformatoren lagen auch noch herum, und so begann ich eine Schaltung für mein Netzteil zu entwickeln.

Regler

Hier der Schaltplan für meine Regler-Platine

An AC1 und AC2 wird der Transformator angeschlossen. Die Wechselspannung wird zunächst gleichgerichtet und geglättet. IC1 ist ein LM317, der hier als Stromregler eingesetzt wird. Die Strombegrenzung kann mit K1 umgeschaltet werden zwischen 100 mA und 400 mA. Wird K2 eingeschaltet, wird der Stromregler umgangen. Es kann dann der Maximalstrom vom nachgeschalteten Spannungsregler entnommen werden (ca. 1,5 A - 2 A). Die Beschaltung der Relais ist so gewählt, dass die Strombegrenzung mit einem einpoligen Schalter EIN-AUS-EIN umgeschaltet werden kann zwischen 0,1 A - 0,4 A - 1,5 A.
IC2 ist ebenfalls ein LM317, welcher hier als Spannungsregler arbeitet. Die Ausgangsspannung kann mit einem Potenziometer eingestellt werden. Dieses ist an POT1 und POT2 anzuschließen. Ein Wert von ca. 2 k - 5 k passt hier ganz gut (je nach gewünschter maximaler Ausgangsspannung).
IC3 ist ein Festpannungsregler mit einer Ausgangsspannung von 5 V. Diese wird hier verwendet um die Relais anzusteuern, und zur Versorgung der Spannungs- und Stromanzeige auf der Frontplatte.

Aus dem Schaltplan habe ich dann eine Platine erstellt und fertigen lassen. Bestückt sieht das dann so aus:

Die eigentlichen Spannungsregler sind hier noch nicht bestückt. Diese montiere ich direkt auf den Kühlkörper. Die Reglerplatine montiere ich dann mit kurzen Abstandsbolzen auf den Spannungsreglern. Abschließend habe ich dann die Spannungsregler mit der Platine verlötet. Die Platine habe ich so entworfen, dass diese Montageart möglich wird. Das erspart es mir die Spannungsregler alle einzeln anzukabeln. Außerdem sind die extrem kurzen Wege zwischen den Reglern und den Kondensatoren auf der Platine wichtig für ein gutes Regelverhalten.

Fertig montiert sieht das dann so aus:

Hier sind schon mal 6 Platinen auf dem Kühler montiert. Auf die Oberseite kommen auch noch mal 4. Dann habe ich 10 unabhängige Ausgänge.

Gesamtkonstruktion

Naja, soweit ist das ganze ja noch ganz gut handhabbar. Jetzt also für jedes Netzteil noch einen Schalter, einen Stromwahlschalter, ein Poti, und fertig. Oder so. Also ich denke bis hierher kann sich ein Nachbau lohnen. Jetzt kommt der Teil wo das ganze mal wieder hoffnungslos ausgeartet ist.

Jetzt kam mir nämlich die Idee das ganze mit einem Mikrocontroller anzusteuern. Außerdem wäre ja eine Anbindung an den Zimmerbus ganz nett. Dann könnte ich auch noch ein paar schaltbare Steckdosen brauchen. Und wenn wir schon dabei sind, könnten die Kontroll-LEDs ja auch Lichtorgel spielen, wenn das Netzteil nicht als solches benötigt wird. Unterbodenbeleuchtung wäre auch ganz nett...
Eine weitere Sache ist, dass das Gerät ja auch irgendwo stehen muss. Nach einigem überlegen war dann die Idee das Netzteil gleich breit und tief zu bauen wie den Laborgerätekasten, um es darauf stellen zu können. Also 115 x 50 cm. Hm. Wenn ich es mir so recht überlegte, bliebe da noch einiges an ungenutztem Platz im Gehäuse. Also kann da auch noch ein kleiner Trenntarfo rein. Und ein Stelltrafo. Dazu noch eine lustige Umschaltung für verschiedene Zusatzfunktionen.

Unterbodenbeleuchtung, Ansteuerung Status-LEDs

Zum Ansteuern der LEDs verwende ich meine universelle RGB-Platine. Jede Platine kann 10 RGB-LEDs ansteuern.

Für die Unterbodenbeleuchtung habe ich 56 LEDs verbaut (alle 2 cm eine). In der Frontplatte werden 30 LEDs verbaut.

Weiterer Aufbau

Hier habe ich schon mal den Kühler mit den Reglerplatinen ins Gehäuse eingebaut und verdrahtet.
Mit 4 cm Abstand zur Front- bzw. Rückplatte habe ich noch eine dickere Holzplatte eingebaut. Diese dienen hauptsächlich zur stabilisierung, damit das Gehäuse nicht durchhängt. Am vorgesehenen Einsatzort kann es nur an den Seiten aufstehen, sodass das gesamte Gewicht in der Mitte frei hängt.
Die Platinen mit den Relais auf dem Boden sind zum Ein- und Ausschalten der Netzteilausgänge. Die Platinen mit den Relais an dem Brett davor dienen zur Abfrage des eingestellten Stroms der Netzteile, sowie zur Tasterabfrage der Taster auf der Frontplatte. Ich werte das alles über Relais aus, damit alles potenzialunabhängig bleibt. Die Netzteilausgänge sind alle unabhängig voneinander und haben keine gemeinsame Masse! Daher bekommt auch jedes Netzteil einen eigenen Transformator, bzw. eine eigene Wicklung.

Hier mal eine Gesamtansicht zwischendurch. Die schütze und Relais sind hier auch schon eingebaut. Diese werden dann die Transformatoren, sowie einige Steckdosen schalten.

Die Transformatoren sind eingebaut. Die Einhausung dient zur Trennung von Netz- und Kleinspannung. Außerdem wird dadurch die Luftströmung geleitet. Die Frontplatte habe ich hier auch schon bearbeitet und schon mal die Schalter eingebaut. Außerdem sind die letzten 4 Reglerplatinen auf dem Kühler montiert und verdrahtet. Zwei der Regler haben noch eine kleine Erweiterung erhalten. Diese sorgt dafür, dass die Spannung bis 0 V heruntergedreht werden kann. Eine nette kleine Erweiterung für die beiden Ausgänge, die als einstellbare Ausgänge gedacht sind. Die anderen 8 Ausgänge sind als justiere Festspannungsausgänge vorgesehen.

Hier das ganze jetzt mit verdrahteter Frontplatte. Das wird langsam ganz schön eng...

Und die Schützschaltung verdrahtet.

Die beiden kleinen Transformatoren vorne versorgen die beiden Leistungsmesser für die 230V-Ausgänge. Original versorgen sich die Leistungsmesser direkt aus der zu messenden Spannung (230 V). Wenn ich aber mit dem Stelltrafo zu weit runter gehe, funktioniert das nicht mehr. Deshalb habe ich die Messgeräte auf externe Spannungsversorgung umgebaut.

Hier nochmal die Verdrahtung der Frontplatte im Detail.

Ansicht mit montierter Frontplatte

Ganz schön eng...

Da eine LED nicht leuchten wollte, musste die Frontplatte noch mal abmontiert werden. Das Problem konnte durch tauschen der LED behoben werden.

Nun die Finalisierung.

Test der LEDs. RGB-Fading läuft schon mal.

Nun ein Belastungstest. Hauptsächlich hat es mich interessiert, ob die Kühlung ausreichend ist. Also habe ich alle Ausgänge kurzgeschlossen. Dabei entsteht im Netzteil die maximale Verlustleitung.

Nachdem alle Tests erfolgreich verliefen, habe ich das Gerät an seinen vorgesehenen Platz verfrachtet.

Das Gerät ist seitdem öfter mal im Einsatz und erfüllt meine Erwartungen. Nicht weniger, aber auch nicht mehr.

Also: Auf zum nächsten Projekt.