Hier wird das Netzteil dimensioniert, vom Steckernetzteil bis zum Kühlkörper. Nimm die Datenblätter von 1N4007 und 7805 dazu.

Schritt 2 von 4. Du legst Gleichrichter, Ladekondensator und Längsregler aus und prüfst die Grenzwerte.

Danach: Aufgabe 5.3 und Aufgabe 5.4

Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Eine Auslegung gilt erst, wenn sie für jeden Fall gilt, der vorkommen kann. Schreib zu jeder Prüfung dazu, mit welchem Fall du rechnest und warum.

Am Ende hast du: Auslegung der Netzteilstufe

Gegebene Werte · aufklappen, wenn du rechnest

Gegebene Werte

Steckernetzteil
Sicherheitstransformator, Nennspannung 12 V AC bei Nennlast 12 VA (ohmsche Last), Leerlaufspannung 15 V AC (angenommen; steht im Datenblatt deines Steckernetzteils ein anderer Wert, rechnest du mit ihm). Kleine Transformatoren haben eine deutliche Leerlaufüberhöhung.
Netzspannung
230 V ±10 %, die Sekundärspannung ändert sich im selben Verhältnis; f = 50 Hz
Die zwei Rechenfälle
knapp: Netz −10 %, das Steckernetzteil liefert nur seine Nennspannung. obere Schranke: Netz +10 %, das Steckernetzteil liefert seine Leerlaufspannung. Im Betrieb liegt die Spannung dazwischen.
Gleichrichter
Brücke aus 4 × 1N4007, UF ≈ 1,0 V je Diode bei der Ladestromspitze (Datenblattkennlinie). Datenblatt: URRM = 1000 V, IF(AV) = 1 A, IFSM = 30 A für eine Halbwelle
Last
IL = 250 mA Dauerstrom auf 5 V; ob der Wert trägt, prüfst du in Aufgabe 5.3
Ladekondensator
zulässige Brummspannung ΔU = 1,5 V Spitze-Spitze. Normwerte 1000 µF · 1500 µF · 2200 µF · 3300 µF · 4700 µF, Spannungsfestigkeit 16 V · 25 V · 35 V · 50 V
Längsregler 7805
Ua = 5 V, Dropout 2 V, Rth,JC = 5 K/W, ohne Kühlkörper Rth,JA = 62 K/W (je nach Hersteller 50 K/W bis 65 K/W), Sperrschicht im Betrieb bis 125 °C, Grenzwert 150 °C, Eingangsspannung höchstens 35 V
Montage
Wärmeleitpaste Rth,CS = 0,5 K/W, Umgebung im geschlossenen Schaltschrank 40 °C
Strom im Steckernetzteil
Beim Gleichrichter mit Ladekondensator ist der Effektivwert etwa das 1,6- bis 1,8-Fache des Gleichstroms der Last
Berührsicherheit
In trockener Umgebung ist kein Schutz gegen direktes Berühren nötig bis 25 V AC oder 60 V DC (Schutzkleinspannung, DIN VDE 0100-410)

Zwischenergebnisse auf zwei Nachkommastellen, weitergerechnet wird mit den ungerundeten Werten.

Dein Lernprodukt im Einzelnen

Dein Lernprodukt

Auslegung der Netzteilstufe

Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.

Es besteht aus

  • die Gleichspannung am Ladekondensator für beide Rechenfälle
  • den gewählten Ladekondensator mit zurückgerechneter Brummspannung
  • den Nachweis, dass der 7805 auch im Tal der Brummspannung regelt
  • Verlustleistung, Wirkungsgrad, Sperrschichttemperatur und den gewählten Kühlkörper
  • die Prüfung von Sperrspannung, Spannungsfestigkeit, Berührsicherheit und Einschaltstrom

Zur Dokumentation

Beide Rechenfälle stehen nebeneinander, der knappe und die obere Schranke. Wer nur einen rechnet, baut ein Netzteil, das entweder nicht regelt oder zu heiß wird.

Abgenommen wird es im Kreuzreview durch das andere Team und danach von der Projektleitung abgezeichnet.

Aufgabe 5.1 · Das Netzteil dimensionieren · Aufgabe 5.2 · Sperrspannung, Einschaltstrom, Leistungsbilanz

Erst du, dann die anderen

Mit welcher Eingangsspannung rechnest du? Das Steckernetzteil liefert je nach Last etwas anderes.

So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
  • Mit der Nennspannung. Einfach, entspricht aber keinem der beiden kritischen Fälle.
  • Mit zwei Rechenfällen. Knapper Fall für die Regelung, obere Schranke für Wärme und Spannungsfestigkeit. Doppelte Arbeit, dafür belastbar.
  • Mit der gemessenen Kennlinie. Am genauesten, setzt aber voraus, dass das Steckernetzteil vorliegt und die Serie gleich bleibt.

Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb. In deinem Betrieb hat sich vielleicht ein anderer durchgesetzt: dann schreib auch das dazu.

Aufgabe 5.1 a

Berechne die Gleichspannung am Ladekondensator nach dem Brückengleichrichter, noch ohne Brummspannung:

  • Berechne sie für den knappen Rechenfall.
  • Berechne sie für die obere Schranke.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Brückengleichrichter · Scheitelwert · Durchlassspannung

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 5.1 b

Dimensioniere den Ladekondensator:

  • Berechne die erforderliche Kapazität für die zulässige Brummspannung.
  • Wähle einen Normwert.
  • Rechne die tatsächliche Brummspannung zurück.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Ladekondensator · Brummspannung

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 5.1 c

Prüfe, ob der 7805 im knappen Fall auch im Tal der Brummspannung noch regelt:

  • Bestimme die kleinste Eingangsspannung, die im Tal auftritt.
  • Vergleiche sie mit der Dropout-Spannung des 7805.
  • Gib an, wie viel Reserve bleibt.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Längsregler · Dropout-Spannung

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 5.1 d

Rechne den Wärmehaushalt des 7805 durch:

  • Berechne Verlustleistung und Wirkungsgrad für beide Rechenfälle.
  • Berechne für den Fall mit der größeren Verlustleistung die Sperrschichttemperatur ohne Kühlkörper.
  • Bestimme, welchen Wärmewiderstand ein Kühlkörper höchstens haben darf, damit die Sperrschicht 125 °C nicht überschreitet.
  • Wähle einen Kühlkörper aus.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Wirkungsgrad · Wärmewiderstand · Kühlkörper

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 5.2 a

Sperrspannung, Einschaltstrom, Leistungsbilanz.

Prüfe dein Netzteil auf die größte vorkommende Spannung:

  • Bestimme die größte Spannung, die in deinem Netzteil auftreten kann.
  • Prüfe damit die Sperrspannung der Dioden.
  • Prüfe die Spannungsfestigkeit deines Ladekondensators.
  • Prüfe die Berührsicherheit.
  • Bewerte die Wahl der 1N4007.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Sperrspannung · Spannungsfestigkeit · Schutzkleinspannung

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Aufgabe 5.2 b

Beurteile den Einschaltstromimpuls:

  • Schätze aus Leerlauf- und Nennspannung den Innenwiderstand des Steckernetzteils ab.
  • Schätze damit den Ladestromimpuls beim Einschalten ab.
  • Beurteile diesen Impuls.
  • Entscheide, ob du eine Einschaltstrombegrenzung brauchst.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Einschaltstrom · Innenwiderstand

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 5.2 c

Prüfe, ob das Steckernetzteil die geforderte Leistung liefert:

  • Bestimme den Strom, der im Steckernetzteil wirklich fließt.
  • Vergleiche die daraus folgende Leistung mit der Angabe des Steckernetzteils.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Leistungsbilanz · Formfaktor

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Die Lage ändert sich

Das vorgesehene Steckernetzteil ist abgekündigt. Verfügbar ist nur noch ein Typ mit höherer Leerlaufspannung und kleinerem Innenwiderstand.

Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:

  • Prüfe, welche deiner Rechnungen dadurch kippt.
  • Berechne, was das für Verlustleistung und Kühlkörper bedeutet.
  • Entscheide, ob der Längsregler bleiben kann.

Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.

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