Home - Techniek - Electronica - Radiotechniek - Radio amateur bladen - CQ-DL - 12 V / 17 A im 33 kHz Takt
Nach den ersten 100 QSOs mit einer Autobatterie als Stromquelle, immer in Angst vor einem unfreiwilligen Abbruch, kam der Wunsch nach einem Netzteil auf. Das naheliegendste ist, eines der üblichen Netzteile mit einem linearen Regler zu bauen, für die es eine Vielzahl von Applikationen gibt. Nachteilig bei dieser Art von Netzteil ist jedoch die hohe Verlustleistung, das große Volumen und ein dementsprechendes Gewicht.
Auf der Suche nach einer Alternative entschied ich mich für den Einsatz eines Schaltnetzteiles. Der Wirkungsgrad von Schaltnetzteilen liegt bei 70 % bis 90 0/0 mit einer Leistungsdichte von bis zu 0,2 W/cm3. Da ein Selbstbau aus Zeitgründen nicht in Frage kam, wollte ich es einmal mit der Modifikation eines PC-Schaltnetzteiles versuchen. Diese Teile sind im Handel preisgünstig für 100 bis 150 DM erhältlich.
Der Kauf erübrigte sich, da mir von DD8QA eine funktionsfähige Netzteilplatine samt Schaltplan zur Verfügung gestellt wurde. Die Abmessungen der Platine betrugen nur 14 x 10 x 5 cm (L x B x H) bei einem Gewicht von 350 Gramm.
PC-Schaltnetzteile
PC-Netzteile sind je nach Ausführung für eine Ausgangsleistung von 150 W bis 240 W ausgelegt. Sie haben in der Regel vier verschiedene Ausgangsspannungen von +5 V, +12 V, -12 V und -5 V. Nach dem Studium des Schaltplanes und entsprechender Fachliteratur stand fest, daß es sich bei meinem Gerät um ein primärgetaktes Netzteil handelt, bei dem die Leistungsschalter Q1 und Q2 als Halbbrücke angeordnet sind (Abb. 1, 2).
Abb. 1: Blockschaltbild eines primärgetakteten Schaltnetzteiles.
Abb. 2: Prinzip der Halbbrücke.
Die genauen technischen Daten konnte ich leider nicht in Erfahrung bringen, aber die verwendeten Bauteile deuteten darauf hin, daß über die Ausgänge die üblichen 20 A, 8 A und 2 x 0,5 A fließen können. Das wären bei einem mittleren Wirkungsgrad von 75 % immerhin rund 205 W Ausgangsleistung bei nur 68 W Verlustleistung.
Regelung und Schutzschaltung
Ein als PI-Regler beschalteter Operationsverstärker im IC1 (TL494CN) vergleicht die +5-V-Ausgangsspannung (Ist-wert) mit einer Referenzspannung (Sollwert) und berechnet daraus die analoge Stellgröße für den Puls-Dauer-Modulator.
Der Modulator gibt abwechselnd Steuerimpulse an die Treibertransistoren Q5 und 06. Die Zeitdauer der Impulse ist umgekehrt proportional zur Stellgröße. Bei Belastung der +5-V-Spannung werden die Impulse breiter und bei Entlastung schmaler. Da nur endlich schmale Impulse möglich sind, ist am +5-V-Ausgang ein Mindestlaststrom von 0,1 A erforderlich. Dadurch bleibt der Regler auch ohne externe Last im Regelbereich. Die Schaltfrequenz beträgt etwa 33 kHz.
Durch die auf einem gemeinsamen Ringkern aufgebrachten Wicklungen L4a bis L4c sind die +12-V- und die -12-V-Spannungen mit in die Regelung eingeschlossen.
Des weiteren verfügt das Netzteil über verschiedene Überwachungen. Bei zu hohem Primärstrom, Kurzschluß am -12V-/-5-V-Ausgang wird über den "Protect"-Eingang von IC1 sofort abgeschaltet.
Modifikation
Ziel der Modifikation ist es, die gesamte Leistung von 205 W, oder wenn möglich mehr, über den 12-V-Abgriff des Ausgangstransformators zu entnehmen. Eine kurze Prüfung ergab, daß die Wicklung für den +12-V-Ausgang zum Glück die gleiche Drahtstärke wie die der +5-V-Wicklung hat. Zuerst werden alle auf der Sekundärseite von Transformator T1 angeordneten Komponenten für die Gleichrichtung, Siebung und Stabilisierung der vier Ausgangsspannungen ausgelotet. Es bleiben lediglich die drei RC-Glieder, die Schottky-Gleichrichterdiode D5 und die Bauteile zur Erzeugung der Hilfsspannung UAUx auf diesem Teil der Platine. Die Neugestaltung der Sekundärseite (Abb. 4) erfolgt danach in folgenden Schritten:
Abb. 4: Alte und neue Sekundarseite.
- Leiterbahnen zwischen der Schottky-diode D5 und der 5-V-Wicklung auftrennen und dann D5 mit dem 12-V-Abgriff von Transformator T1 verbinden;
- Drossel L4 für 20 A ertüchtigen. Dazu L4a, L4b und L4c vom Ringkern abwickeln. Der Kern bekommt nur noch eine Wicklung mit der gleichen Anzahl von Windungen wie zuvor L4c, jedoch mit zweieinhalbfachem Drahtquersachnitt;
- vier Siebkondensatoren von je 2200 NF und den 100-Ohm-Lastwiderstand zur Sicherstellung der Grundlast einbauen.
Im Bereich der Regelung/Schutzschaltung müssen noch geringfügige Änderungen vorgenommen werden. Sie sind in Abb. 3 eingetragen.
Abb. 3: Regler und Schutzschaltung.
- Diode D13 im Schaltungsteil zur Sekundärstrom-Überwachung gegen eine 8,2-VZenerdiode austauschen;
- den aus R36, R42, R45 und D14 bestehenden Spannungsteiler in der Kurzschluß-Überwachung vereinfachen;
- R38 für eine Regelgröße von +12 V um-dimensionieren. Im ausgeregelten Zustand muß am (+)-Eingang vom Regler-OP die halbe Referenzspannung anstehen.
Ein Austausch der 220-µF-Siebkondensatoren C1/C2 gegen Kondensatoren mit je 470 µF bringt eine Verringerung der primärseitigen Brummspannung, was sich besonders bei hohen Ausgangsströmen positiv auf die Regelung auswirkt.
Abb. 5: Leistungsschalter mit Treiberstufe.
Testphase
Vor dem Anschluß des modifizierten Netzteils an den Transceiver waren noch folgende Fragen zu klären: Wie werden Laständerungen von z. B. 1 A (Empfang) auf 17 A (Senden) ausgeregelt? Wie heiß werden die Komponenten bei Dauerlast, oder, was sehr wichtig ist, wie sieht es mit Störungen durch Oberwellen der Schaltfrequenz aus?
Für den ersten Test schloß ich also zwei Scheinwerferbirnen von je 95 W an und schaltete ein. Damit hatte ich zwar keinen Belastungstest gemacht, jedoch unbeabsichtigt die Funktion der geänderten Schutzschaltung geprüft. Das Netzteil ging aufgrund des hohen Einschaltstromes der Lampen sofort in den intermittierenden Betrieb über. Nach dem Anschluß von mehreren Hochlastwiderständen anstelle der Glühbirnen stand fest, daß Lastwechsel von 1 A auf 17 A und umgekehrt gut ausgeregelt werden. Am 12-V-Meßpunkt änderte sich die Spannung nur um 150 mV.
Die Kühlung der Gleichrichterdiode D5 ist für eine Dauerlast von 205 W unzureichend. Abhilfe bringt hier ein Rippenkühlkörper anstelle des einfachen Kühlblechs. Wenn man Q1 und Q2 ebenfalls besser kühlt, sind 20 A als Dauerstrom durchaus möglich.
In bezug auf hochfrequente Störungen sah es dagegen sehr schlecht aus. Der gesamte Empfangsbereich von 3,5 MHz bis 30 MHz war durch Oberwellen der Schaltfrequenz gestört. Alle 33 kHz lag ein Störträger. Das S-Meter zeigte im 80-m-Band S5 an und im 10-m-Band immerhin noch S2.
Beseitigung der HF-Störungen
Da die Platine für den Test bereits in ein allseitig geschlossenes Metallgehäuse eingebaut war, konnte die HF-Abstrahlung nur über das Netzkabel oder über das +12-V-Kabel erfolgen. Ein zusätzliches Standard-Netzfilter auf der 220-V-Seite und ein Eigenbau-Pi-Filter vor dem 12-V-Ausgang reduzieren die Störungen auf ein unhörbares Maß.
Betrieb
Die modifizierte Platine fand ihren endgültigen Platz im Stationslautsprecher SP120. Die Rückwand des SP120 trägt den Netzschalter, Filter, Sicherungen, Buchsen und Netzkabeldurchführung sowie einen kleinen Lüfter. Für die Betriebsanzeige (güne LED) erhielt die Frontplatte eine 5-mm-Bohrung. Es stellte sich heraus, daß der vorsorglich eingebaute Lüfter aufgrund der im praktischen Funkbetrieb (SSB/CW) nur geringen Erwärmung der Bauteile überflüssig ist.
Das Netzteil läuft seit einem halben Jahr störungsfrei. Es ist nach meiner Meinung eine für diesen Anwendungsfall technisch vollwertige und außerdem preiswerte Alternative zu einem herkömmlichen 50-Hz Netzteil mit linearem Regler.
Literatur
- The ARRL Handbook 1992
- U. Tietze, Ch. Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik, neunte Ausgabe
- UNITRODE SEM 400-600
DL2YEO, Udo Theinert.