Hallo liebe Lumin-Fans,
das Wetter bietet ideale Bedingungen heute in Stuttgart. Dauerhafter Nieselregen bei knapp über Null Grad, wer will da schon raus? Ein Sonntagnachmittag zum Basteln also. Inzwischen ist jede Menge Material für das Netzteil bestellt, teilweise gerade unterwegs und teilweise auch schon da. So z. B. das Gehäuse von Gianluca aus Bologna, den mir Martin empfohlen hat. Sehr netter Zeitgenosse übrigens, und als ich ihn per E-Mail fragte, ob da zukünftig auch ein paar Sonderwünsche gingen wie Aussparungen reinfräsen oder so, meinte er, ja sicher und er wäre ein bisschen im Internet unterwegs gewesen und nehme an, das sei für den G-U1mini
? Ja sag ich und jetzt schau' mer mal, ob das Zeug überhaupt alles reinpasst, dann melde ich mich wieder.
Das erste Problem beim Thema Reinpassen ist der Trafo. Ich habe genau 40mm lichte Höhe zur Verfügung und 104mm in der Breite, hätte aber andererseits gerne, dass das Netzteil dauerhaft mindestens 3A liefern kann, auch wenn der Lumin nur 0,5A braucht - schließlich muss ich erstmal die Supercaps laden. Wer jetzt sagt, wo liegt das Problem, 12V bei 3A sind 36W und ein Trafo dafür findet sich locker, dem will ich nachher gerne zeigen, dass diese Rechnung gründlich in die Hose geht. Aber bei Talema habe ich was Nettes gefunden, 12V~ mit 80VA und 36mm Höhe, bis da noch zwei Gummischeiben drunter und drüber sind und eine Montageplatte, sind wir bei 39mm, passt also gerade so. Und 95mm Durchmesser lassen sogar noch üppige 4,5mm Luft für die Kabel auf jeder Seite. Der Trafo kam gestern und Loch für einen Schalter habe ich auch schon in die Front gebohrt. Der montierte Trafo sieht dann so aus:
Schönheitsfehler des Gehäuses sind die Befestigungsschrauben vorne. Es gibt zwar die Option "ohne", aber nicht bei der Höhe 40mm, erst ab 80mm. Das hilft mir allerdings wenig und so muss ich jetzt erstmal mit den Schrauben leben. Im Innern des Gheäuses sieht man auch schon vier kleine M3-Befestigungsbolzen für eine Platine, und die Rückwand habe ich auch schon gebohrt. Dafür fehlt allerdings noch die AC-Eingangsbuchse, da plane ich die Furutech FI-06 NCF, ist aber unterwegs.
Nun habe ich die Platine für den Prototypen auf Lochraster aufgebaut:
Die dicken schwarzen Elkos im Bild sind aus dem G-LNT und noch provisorisch, die sind nämlich zu hoch. Ich habe beim Mouser gute gefunden, die nur 30mm Höhe mitbringen und dafür dicker sind, das passt dann genau: Bolzen unten 5mm plus Platinendicke 1,5 oder 2mm und dann 30mm die Elkos, bleiben noch komfortable 3mm Luft zum Deckel. Sind aber noch nicht geliefert, denn in Texas gab's wohl gerade ein übles Unwetter, so dass viele Flüge abgesagt werden mussten.
Wie dimensioniert man sowas also. Zunächst messe ich einen Snubber ein. Man mag zwar argumentieren, dass bei einem Aktivgleichrichter ein Snubberglied - Reihenschaltung von R und C parallel zur Sekundärwicklung - überflüssig sei, denn das minimiert ja das Nachklingeln des Trafos bei den harten Schaltvorgängen von Gleichrichterdioden. Und hier wird ja im Nulldurchgang mit extrem niederohmigen Mosfets geschaltet. Schon richtig, aber trotzdem gibt das auch im Nulldurchgang einen steilen Stromanstieg, wenn der Elko wieder geladen werden will. Also klingelt der Trafo immer noch nach, wenn auch weniger als bei einem herkömmlichen Gleichrichter. Ich mache das wie immer, scharfen Rechteck aus dem Tongenerator mit 1kHz über einen Vorwiderstand an die Sekundärwicklung gelegt, Primärseite dabei kurzgeschlossen und mit dem Oszi das Nachklingeln angeschaut. Und dann ein C parallel und noch ein RC und an den Werten rumspielen, bis die Reaktion aperiodisch nach der Anregung abklingt. Da ist ein bisschen Geduld nötig, aber ideal für so einen verregneten Sonntag. Nach diesem Vorspiel löte ich zum Test die Sekundärwicklung (hier zwei parallel) an die Schaltung und gebe der Primärwicklung 230V. Man sieht im Bild oben, dass die Schaltung brav auf 12V regelt, wie sie soll. Die Leerlaufspannung liegt jetzt bei 19,2V Gleichspannung vor dem Regler. Genau dort, vor dem Regler, schließe ich jetzt eine elektronische Last an und erhöhe langsam den Strom:
Bei den gezeigten 3,5A geht die Leerlaufspannung bereits auf 15,58V runter, und jetzt kann man sich die Primärseite anschauen:
Man sieht, dass bei den gezogenen 3,5A ziemlich genau die spezifizierten 80VA des Trafos erreicht werden. Die Wirkleistung ist dabei 64,6W, und auf DC-Seite sieht man 54,5W. Die Differenz bleibt im Trafo hängen, der Aktivgleichrichter schluckt fast nichts. Daraus kann man den Wirkungsgrad ausrechnen, hier 84%. Man sieht mal wieder, VA (Volt-Ampère) ist nicht gleich W (Watt). Das erste bezeichnet die Gesamtleistung, die sich aus Schein- und Wirkleistung zusammensetzt, das zweite nur die Wirkleistung. Aufgrund der hohen Induktivität eines Trafos gibt es eine beträchtliche Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung, und das führt zu besagter Scheinleistung.
Was lernt man draus? 12V mal 3,5A gleich 42VA, da wird's doch ein Trafo mit 50VA schon tun, geht schief. Es lauern aber weitere Fallen. Man kriegt ja aus einer 12V-Wechselspannung theoretisch das Wurzel-2fache davon als Gleichspannung. Bei dem verwendeten 12V-Trafo ist die Leerlaufspannung 13,6V, das gibt dann 19,2V Gleichspannung im Leerlauf. Man sieht aber bei der Messung an der elektronischen Last oben, dass bei 3,5A nur noch 15,58V davon übrig sind. Die Differenz bleibt im Innenwiderstand des Trafos und in den magnetischen Verlusten hängen, ein kleiner Teil davon, zugegeben, auch in den Übergangswiderständen der Messstrippen.
Diese 15,58V müssen nun dem Regler reichen, um 12V draus zu machen. So what, der verwendete feine Low-Dropout-IC von Analog Devices kann auch noch mit 1V Differenz zwischen Ein- und Ausgang fertig werden. Aber Achtung, jetzt kommt die Sache mit dem Ripple ins Spiel. Macht man vor den Regler nach der alten Faustregel "pro A ein Millifarad" 3.500µF rein, gibt das einen Ripple (ich hab's simuliert) von 5,6V. Und jetzt reicht's nicht mehr zum Regeln. Also mehr µF. Ich plane 2x 18.000µF, das gibt 0,56V Ripple. Damit ist man auf der guten Seite.
Man sieht also, man muss sorgfältig planen und messen, wenn man ein Netzteil baut. Ich hatte schon so manches Netzteil auf dem Tisch, bei dem der Trafo schon bei zwei Drittel des angegebenen Stroms in der Sättigung hing.
Viele Grüße
Gert
P.S. Inzwischen ist der leckere Nieselregen in Schneefall übergegangen