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Labornetztei 350/400mA 

Update 18.08.2013

1. Zwischen dem Verbindungspunkt von R1, R3, R5, und R6 fehlte eine Leiterbahn, zum Verbindungspunkt von R13 und D3. Das Layout und der Bestückungsplan sind daraufhin geändert worden.

Update 01.04.2012

1. Der parallele Betrieb mit einem zweiten HV-Netzteil, führte zu einem Rückstrom über D3, R13, T5 und T6. Eine zusätzliche Diode D14 (1N4007) in Reihe zu D3 verhindert den Rückstrom. Diode D3 wurde vom Typ ZD20 auf ZD18 geändert. (siehe geänderten Schaltplan)

Update 04.12.2011

1. C14, das ist der Kondensator der parallel zur Referenzspannungsquelle D12 (TL431) liegt wird ersetzt durch einen Elko 100µF/16V. Der ursprüngliche Wert von 470nF führt laut TI- Datenblatt (siehe Datenblatt TL431, Seite 26, Figure 15) zu einer Instabilität des TL431, was ich durch Messungen mit dem Oszillografen bestätigen kann. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl431.pdf

2. Auf den Anschlussleitungen der 10-Gang-Potentiometer P3 und P4 kommt es zu Störeinstrahlungen (Brumm, HF). Das lässt sich erheblich verringern, in dem man die Spannungsteiler für den Spannungs- und Stromregler niederohmiger gestaltet.

Update 29.05.2011

Im ursprünglichen Layout und in der Stückliste hatten sich 3 Fehler eingeschlichen:

1. da es sich bei dem Relais K1 (FRT5 DC24V) um ein gepoltes Relais handelt waren die Anschlüsse im ursprünglichen Layout vertauscht.

2. Dioden D12 und D13  waren vertauscht.

3. C10 und C12 sind von 100pF auf 4,7 nF erhöht worden, um Schwingneigung des Netzteils wirkungsvoll zu unterdrücken.

4. Um eine gleichmäßige Lastverteilung der MOSFET´s -Leistungstransistoren zu erreichen sollten diese nach gleicher Ugs selektiert werden. Wie das gemacht wird ist wird hier sehr gut erklärt.  http://www.saque.de/html/mosfets.html

Der Anlass zur Entwicklung dieses HV-Netzteils war de Umstand, das immer wenn ich eine Röhrenschaltung aufbauen wollte, die richtigen Spannungen oder Ströme nicht zur Verfügung standen. Ebenso kann es von Vorteil sein die Betriebsspannung langsam von 0 Volt auf die maximale Betriebsspannung  zu erhöhen. Man spart sich dadurch öfter „rauchende Überraschungen“, wenn nicht Schlimmeres.

Sicherlich hätte man so ein Netzteil auch mit Röhren, anstatt mit Halbleiten aufbauen können. Ich finde jedoch das Röhren (insbesondere EL34 und Co.) Besseres verdient haben, als in einem Netzteil verbaut zu werden. Außerdem dürfte die ganze Sache bei den heutigen Preisen für Röhren in „Sand“ billiger werden.

Nach dem ich das Internet, nach einer brauchbaren Schaltung durchsucht habe und nichts brauchbares gefunden habe, blieb nur die Entwicklung einer eigenen Schaltung übrig.

 Die Eckdaten sind:        Ausgangsspannung:      0 … 350 V,      Ausgangsstrom:             0 … 400 mA

Spannung und Strom lassen sich getrennt von einander einstellen. Dadurch können Überlastungen im Versuchsaufbau wirkungsvoll vermieden werden. Durch eine rote und eine blaue LED wird jeweils angezeigt, ob das Netzteil als Spannungs- oder Stromregler arbeitet. Die Werte für Spannung und Strom werden durch zwei digitale LED-Messgeräte auf der Frontseite dargestellt.

Inspiriert durch eine Netzteilschaltung aus meiner Lehrzeit, entstand nun folgende Schaltung:

Schaltplan als PDF 

Wie man unschwer erkennt ist die gesamte Schaltung, außer dem Netztransformator, den 10-Gang-Potentiometern, die LED´s und die Leistungs-MOSFET´s kompakt auf einer Platine 160x150 mm aufgebaut. Alle Anschlüsse sind auf Steckkontakte auf der Leiterkarte zugänglich. Die Leistungs-MOSFET´s können auch direkt auf die Platine gelötet werden, wenn ein entsprechender Kühlkörper zum Einsatz kommt. Ich habe mich für Steckkontakte entschieden. Dadurch ist der Einbau in ein Gehäuse flexibler.

Platine Bestückungsseite	Platine Lötseite

Die Messingschiene auf der Platinenunterseite ist die Masseverbindung von den Elko´s zum Ausgang der Schaltung.  Somit muss nur noch der Trafo (230V/270V/0,6A ), 230V für den Steuertrafo, die beiden Potis, und die LED´s angeschlossen werden.

Vom Netztrafo (230V/270V) geht es auf einen Brückengleichrichter (KBL406). Die 4 Dioden des Gleichrichters sind mit 2,2nF/2kV Kondensatoren überbrückt, um Schaltimpulse der Dioden zu unterdrücken. Zur Siebung kommen dann 4 Elko´s 470uF/450V zum Einsatz. Als Leitungsregler habe ich 4 MOS-FET-Transistoren SPW20N60S5 (600V/20A, 208W) verwendet. Dadurch ergibt sich reichlich Reserve für Spannung und Strom. Bei einer Trafospannung von Primär 270V, ergibt das an den Ladeelkos U_Sek1 * 1,414 = U_Gleich1 = 380V. Es lassen sich auch andere Leistungs-MOSFET´s mit vergleichbaren Kennwerte oder besser, verwenden.

Immerhin fällt eine Verlustleistung P_Verlust = U_{B *} I_out = 380V * 0,4A = 152W im Kurzschluss an den Leistungstransistoren ab. Ein entsprechender großer Kühlkörper oder Zwangskonvektion (Ventilator) ist also nötig. Bei meinem Netzteil kommen 3 CPU-Kühlkörper mit 12V-Ventilator zum Einsatz

Als Option ist eine Temperaturüberwachung des Kühlkörpers vorgesehen (noch in Entwicklung). Diese regelt den Strom runter, bevor die zulässige Temperatur der Endstufen-MOS-FET´s überschritten wird. Angezeigt wird diese durch eine rote LED. Legt man an den Anschluss eine positive Spannung in Höhe von max. 15V, wird T6 voll durchgesteuert, dadurch sperren die MOS-FET´s T1 bis T4. und die Ausgangsspannung sinkt auf null. Man kann diesen Anschluss also benutzen um die Ausgangsspannung ab zu schalten oder mit einem Thermoschalter eine Übertemperaturabschaltung zu realisieren.

Der Shunt-Widerstand ist auf einem kleinen Kühlkörper montiert. Das muss aber nicht, es reicht auch ein Widerstand mit einer Leistung von 1 Watt.

Das IC TL431 erzeugt die Referenzspannung von 5V für den Spannungs- und Stromregler.

Die Schaltung der Transistoren T5 und T6 (MJE340) mag auf den ersten Blick etwas seltsam erscheinen. Es handelt sich um eine Kaskodenschaltung. Die Kollektorspannung von T6 wird annähernd konstant gehalten. In diesem Fall beträgt U_CE(T3) = U_R2 - U_BE(T5) = 380V/2 - 0,7V = 189,3V. Durch diese Schaltung wird die maximale Kollektor-Emitter-Spannung (300V) des MJE340 nicht überschritten.

Das Schaltungsdetail um das Relais K1 erschein etwas ungewöhnlich, hat aber folgende Bewandtnis: Wenn das Netzteil über den Netzschalter ausgeschaltet wird bleibt die Spannung an den Kondensatoren (C5 - C8) lange Zeit stehen, während die Versorgungsspannung für die Regler IC´s schon abgefallen ist. Dadurch kann T6 nicht mehr durchgesteuert werden und als Folge davon steigt die Ausgangsspannung kurz nach dem Abschalten kurzzeitig auf 380V an. Das wäre aber alles andere als wünschenswert. Die Schaltung um das Relais K1 bewirkt nun ein Überbrücken der Kollektor-Emitter-Strecke, wenn die +24V Betriebsspannung (C16) auf +22V abfällt. Dadurch wird die Ausgangspannung augenblicklich abgeschaltet. Ebenso kann beim Einschalten des Netzteils erst Ausgangsspannung anliegen wenn die Betriebsspannung des Spannungs-Regler-IC´s (V1) auf über +22V angestiegen ist.

Die Hochlast-Drahtwiderstände R7 und R11 müssen mit einem Abstand von ca. 20mm von der Platinenoberseite montiert werden.

Hier nun das Layout: Stand 01.04.2013

Layout Sprint-Layout 5.0

Layout hochauflösendes PDF (2400dpi) Achtung! Beim Ausdruck mit dem AcrobatReader unbedingt unter "Anpassen der Seitengröße"; Keine, wählen.

Sonst wird das Layout nicht masshaltig gedruckt! Platinenabmessungen: 160 x 150 mm

Bestückungsplan hochauflösendes PDF (2400dpi)

Stückliste: HV- Netzteil 350V/400mA 

 Stückliste Datei download (PDF) fast alle Bauteile gibt´s bei Reichelt-Elektronik

Noch in Entwicklung:

Die MOS-FET-Leistungstransitoren sind auf der Gehäuserückseite auf 2 CPU-Kühlkörper mit je einem 12V-Lüfter montiert. Die Verbindung zur Reglerplatinen wird über Steckkontakte hergestellt. Auf der Lüftersteuerplatine sind 4 Anschlusse für 12V-Lüfter und 4 Temperaturfühler KTY10 vorgesehen. Der LM139 ist ein 4-fach Komperator mit Open-Kollektorausgang. Die Spannung am jeweiligen nichtinvertierten Eingang wird mit der Referenzspannung (2,45V) am invertierten Eingang verglichen und schaltet entsprechen einen MOSFET BUZ10. Der Einschaltpunkt liegt ca. bei 60 Grad.

Der 4. Lüfteranschluss steuert den Lüfter für ein weiteres HV-Netzteil kleinerer Leistung und ein Netzteil für 6,3 V Heizspannung. (beides noch in Entwicklung)

Das Netzteil wurde von Andreas Halank erfolgreich nachgebaut.

Das Gehäuse ist aus Platinenmaterial gefertigt. Eine prima Möglichkeit für ein ansprechendes Gehäuse.

Ein Belastungstest mit Glühlampe.