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Ein einfacher Labor-Spannungsregler mit elektronischer Sicherung.


Labor-Spannungsregler mit elektronischer Sicherung

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Labor-Spannungsregler mit elektronischer Sicherung

Labornetzgeräte mit elektronischer Sicherung sind relativ teuer und in den meisten Fällen für zu hohe Ströme und Spannungen ausgelegt. Wir brauchen eigentlich nur 5V und einige hundert Milliampere. Aber wir brauchen eine elektronische Sicherung, die auch bei kleinen Strömen von einigen Milliampere abschaltet. Der Strom muss natürlich einstellbar sein.

Labornetzgeräte sind häufig für hohe Leistungen ausgelegt, z.B.

  • 16V / 5A
  • 27V / 3A
  • 32V / 2,2A

Seit Jahren hat der Autor

  • keine Spannungen über 15V,
  • bei 5V mehr als 5A,
  • bei 12V über 1,5A und
  • meistens bei 5V wenige mA < 100mA

benötigt.

Dagegen war es höchst ärgerlich, dass die Strombegrenzung bei Labornetzteilen sich nur sehr grob auf keine Ströme einstellen lassen. Die eingestellte Strombegrenzung wird dabei nicht unmittelbar angezeigt.

Der hier vorgestellte Labor-Spannungsregler ist für Anfänger gedacht. Er liefert nur eine bzw. zwei Festspannungen dafür eine praxisnahe Strombegrenzung, die einfach über Schalter einstellbar ist. Der Labor-Spannungsregler wird über ein Steckernetzteil gespeist und ist damit sicher, weil nicht mit der Netzspannung von 220V gearbeitet wird.

Der Labor-Spannungsregler hat folgende Eigenschaften:

  • zwei Festspannung von 3,3V und 5,0V
  • es lassen sich zwei Festspannungen zwischen 3V und 6V einstellen
  • es ist auch nur eine Festspannung möglich
  • Elektronische Sicherung
  • einstellbar in Stufen
  • 20mA, 50mA, 100mA, 200mA, 500mA
  • bei ausreichender Kühlung ist auch 1A möglich
  • sehr schnelle Reaktionszeit
  • Eigensicher gegen Überhitzung.
  • Anzeige, wenn die Sicherung anspricht
  • Eingang ist gegen Falschpolung geschützt
  • Eingangsspannung von 8V oder 9V
  • ideal für ein elektronisches Steckernetzteil
  • einfacher Aufbau auf Lochrasterplatine

Schaltung

Labor-Spannungsregler_s.png
Bild 1: Schaltung des Labor-Spannungsreglers

Diese Schaltung ist für zwei Festspannungen ausgelegt. Mit dem Schalter SW1 kann zwischen den beiden Spannungen von 5,0V und 3,3V gewählt werden. Wird nur eine Ausgangsspannung benötigt, können der Schalter und R13 entfallen.

Am Stecker J7 kann zwischen Pin-1 und Pin-2 ein Widerstand für die Einstellung des maximalen Ausgangsstroms gelegt werden. Unten wird ein passender Stromwähler vorgestellt. Zwischen Pin-2 und Pin-3 von J7 können wir eine Spannung messen, die dem Strom entspricht. Wenn wir dort ein Voltmeter anschließen, entspricht die Spannung

Um   = 1Ω * Iaus
Iaus = Um / 1Ω

Es werden 1000mV pro 1A angezeigt oder 1mV entspricht 1mA. Die Spannung Um ist nicht auf Masse bezogen.

Anzeigen

Der Zustand des Labor-Spannungsreglers wird über LEDs angezeigt.

LED LED Bedeutung leuchtet nicht leuchtet dunkel leuchtet hell
grün (links) LED1 externe
Stromversorgung
liegt an
rot (links) LED2 externe
Stromversorgung
verpolt
gelb (links) LED3 Netzgerät ausgeschaltet eingeschaltet
rot LED4 Sicherungs-LED kein Überstrom Achtung Überstrom
grün LED5 Ausgangsspannung unter 2,5V über 3V

Bei 80% der eingestellten Stromstärke beginnt die rote Sicherungs-LED LED4 zu glimmen. Bei 85% leuchtet sie hell und die Ausgangsspannung wird unter 4,75V abgesenkt. Die rechte grüne LED5 leuchtet oberhalb 3V und ist bei 2,8V aus.

Stromwähler

Zu dem Labor-Spannungsregler gehört ein Stromwähler, der mit wenigen Widerständen und ein paar Schaltern aufgebaut wird.

Labor-Spannungsregler_Stromwahl.png
Bild 2: Stromwähler zum Labor-Spannungsregler

Die Markierungen GND und Um stimmen mit den Anschlüssen des Spannungsreglers in Bild 1 überein. Wenn alle Schalter ausgeschaltet sind, ist die Sicherung auf 20mA eingestellt. Der Widerstand R20 ist im Spannungsregler enthalten. Die folgende Tabelle gibt die Stellung der Schalter für die dimensionierten Stromstärken am.

S50 S100 S200 S500 S1000 Strom
aus aus aus aus aus 20mA
ein aus aus aus aus 50mA
ein ein aus aus aus 100mA
ein ein ein aus aus 200mA
ein ein ein ein aus 500mA
ein ein ein ein ein 1000mA

Die Schalter werden einfach der Reihe nach eingeschaltet. Wenn eine andere Kombination gewählt wird, ist der maximale Strom der elektronischen Sicherung immer kleiner als die dem Schalter mit der größten Stromstärke entspricht.

Widerstände wurden parallel geschaltet, um keine speziellen Bauformen verwenden zu müssen. R501 und R502 ergeben 2Ω und R1001 bis R003 ergeben 0,3Ω. Alle Widerstände sind 0,25W-Typen.

Aufbau auf einer Lochrasterplatine

In Schaltung und Aufbau für 1A wird beschreiben, wie der Labor-Spannungsregler mit einem elektronischen Stromwähler auf einer Lochrasterplatine aufgebaut werden kann.

Erforderliches Netzteil für 230V

Der hier vorgestellte Labor-Spannungsregler wird nicht unmittelbar am 230V-Netz betrieben, sondern erfordert ein elektronisches Steckernetzteil, dass 8V und 1A liefert.

Bei Reichelt gibt es beispielsweise das geeignete Steckernetzteil (MW 3K10GS) mit wählbarer Spannung bis zu 12V und 1A für um die 10 Euronen.

Es gibt natürlich noch den feuerspeienden und energiefressenden Dinosaurier mit Transformator, Gleichrichter und Ladekondensator :-/
Siehe: Argumente gegen das Basteln von 230V Netzteilen

Korrekte Anwendung der elektronischen Sicherung

  • Als erstes muss die gewünschte Ausgangsspannung eingestellt werden.
  • Wenn eine neue Schaltung aufgebaut wurde, oder eine Schaltung verändert wurde, wird mit 20mA begonnen (alle Schalter sind aus).
  • Wenn die Sicherung unterhalb der erwarteten Stromstärke auslöst, kann es akzeptiert werden.
  • Wenn ein höherer Strom erwartet wird, wird die Stromstärke der elektronischen Sicherung Schritt für Schritt durch Umlegen des nächsten Schalters bis zu der erwarteten Stromstärke erhöht.
  • Wenn die Sicherung bei der erwarteten Stromstärke auslöst, wird nicht weiter erhöht, sondern der Fehler gesucht.