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Ein universell anpassbares Netzteil
 
Vorgeschichte

Ursprünglich wollte ich eigentlich ein Netzteil bauen, welches bestimmte von mir gewünschte Anforderungen erfüllt.
Nachdem ich sämtliche  verfügbaren Bauanleitungen und Schaltbilder sowohl im Amateur-, als auch im professionellen Bereich durchgesehen hatte, wurde mir klar, dass ich selbst was entwickeln musste.
So entstand dieses Netzteil.

Die gestellten Anforderungen

1.	Es sollte ohne Probleme sowohl für jede Spannung  bis in den kV-Bereich, als auch für jeden Strom anpassbar sein.
2.	Die Steuerspannungen für Strom und Spannung sollten 0 bis 10V betragen. Dies sind in der professionellen Messtechnik übliche Steuerspannungen .
3.	Es sollen handelsübliche leicht erhältliche Bauteile zur Anwendung kommen.
4.	Es sollte auch von einem Hobbyelektroniker  realisierbar sein.
5.	Es sollte sich an der Qualität handelsüblicher professioneller Netzteile orientieren, insbesondere was die Regeleigenschaften und die Stabilität betrifft.
6.	Das Netzgerät sollte über Eingänge für die Plus und Minus-Zweige verfügen, mit deren Hilfe man den Spannungsabfall auf den Zuleitungen zum Verbraucher ausregeln kann. Man bezeichnet diese Eingänge als Sense-Eingänge.
7.	Die Stromanzeige sollte zwischen Soll und Ist umschaltbar sein, damit  der Ausgang nicht
kurzgeschlossen werden muss, um den Maximalstrom einstellen zu können.
8.	Es sollte  mit einer Rechnerschnittstelle ausgerüstet werden können.
9.	Es sollte unter allen Umständen betriebssicher und dauerkurzschlussfest sein.

Selbstbau? Ja oder Nein? 

Es gibt natürlich schon Netzteile für 100-150 Euro fertig im Handel. Doch meistens erfüllen sie nicht mal eine der  oben gestellten Anforderungen. Geräte, die sämtliche oben gestellten Anforderungen erfüllen, kosten  je nach Ausgangsleistung 1000 Euro und mehr. Unter diesem Aspekt lohnt es sich ein Selbstbau allemal , auch wenn der Materialwert bei einem 120 W-Netzteil 500 Euro betragen kann.

Welche Netzteilvarianten gibt es?

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen lineargeregelten Netzteilen und Schaltnetzteilen. Auch eine Kombination aus beiden Varianten ist möglich.
Die Vorteile eines Schaltnetzteiles sind:

1.	Extrem guter Wirkungsgrad über fast den gesamten Einstellbereich.
2.	Geringes Gewicht und kleine Abmessungen.

Die Nachteile sind:

1.    Es entstehen  schwer beherrschbare Störspannungen auf der Ausgangsspannung.
2. 	 Es sind schwer erhältliche Spezialbauteile erforderlich.
3.	Bei der Inbetriebnahme entstehen  im Falle eines Fehlers sehr schnell Rauchzeichen, die bis zur kompletten Zerstörung der Platine führen. Diese Nachteile lassen sich zwar bei einem sekundär getakteten Netzteil mindern, doch damit entfällt der Vorteil des geringen Gewichtes und  kleiner Abmessungen, da jetzt wieder ein großer Netztrafo erforderlich ist.
4.	Die dynamischen Regeleigenschaften sind schlechter.				

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Die Vorteile eines linear längsgeregelten Netzteiles sind:

1.	Sehr saubere mit geringen Störspannungen behaftete Ausgangsspannung.
2.	Handelsübliche leicht erhältliche Bauteile sind verwendbar.
3.	Sehr gutmütiges Verhalten bei der Inbetriebnahme.

Die Nachteile sind:

1.	Hohes Gewicht und große Abmessungen sind bedingt durch Netztrafo und Kühlkörper.
2.	Bei ungünstigen Lasten, wie Kurzschluss bei vollen Strom , entstehen große Verlustleistungen und
	somit auch eine große Wärmeentwicklung.

Nach Gegenüberstellung der Vor- und Nachteile der verschiedenen Varianten kam hier nur ein lineargeregeltes Netzteil in Frage.

Wie funktioniert ein längsgeregeltes Netzteil ?

Der Verbraucher liegt mit den Transistoren Q11-Q20 , die einen einstellbaren Widerstand darstellen, in Reihe
an dem Netzgleichrichter. Diese Transistoren bilden mit dem Verbraucher somit einen Spannungsteiler.
Der Operationsverstärker U3 vergleicht nun die Ausgangsspannung mit der vom Einstellpotentiometer vorgegebenen Spannung. Ist die Ausgangspannung größer als die vorgegebene Spannung, wird die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers U3 , und damit auch an der Basis von Transistor Q2 höher, wodurch der Transistor Q2  dann niederohmiger wird.  Dadurch wird die Spannung an den Basen von Transistor Q1 und damit auch von Q10– Q20  kleiner. Die Transistoren Q11– Q20 erhöhen somit ihren Widerstand. Die Ausgangsspannung sinkt dann solange, bis sie den Wert der vom Einstellpotentiometer vorgegebenen Spannung erreicht hat. Wenn die Belastung steigt, würde die Ausgangsspannung sinken,  dann läuft der Vorgang umgekehrt ab.

Wie funktioniert ein Operationsverstärker ?

Ein Operationsverstärker hat einen  Ausgang und zwei Eingänge. Eine Erhöhung der Eingangsspannung bewirkt beim  Plus-Eingang eine Erhöhung, und beim Minus-Eingang eine Verminderung der Ausgangsspannung. Man kann auch sagen, der Operationsverstärker verstärkt die Differenzspannung der beiden Eingänge. Legt man an beide Eingänge die selbe Spannung, so ist die Ausgangsspannung unabhängig von deren Höhe Null. Ist  die Spannung am  Plus-Eingang größer als die am Minus-Eingang wird die Ausgangsspannung positiv, im umgekehrten Falle  negativ.

Weiterhin ist die Verstärkung eines Operationsverstärkers im Idealfall unendlich. Der hier  verwendete
Operationsverstärker hat eine Verstärkung von etwa  100000. Die Ausgangsspannung kann die Betriebsspannungsgrenzen niemals überschreiten. Das  Verhalten einer Operationsverstärkerschaltung wird 
erst durch die äußere Beschaltung zwischen den  Aus- und Eingängen festgelegt. Ohne Beschaltung hat die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers auf Grund der hohen Verstärkung je nach Polarität der Eingangsspannungsdifferenz  den Wert der positiven oder negativen Betriebsspannung. 

Zum Schaltungskonzept

Folgendes Netzteil wurde mit dieser Schaltung realisiert.
0-30 V; 0-4 A.

Die Schaltung  der Hauptplatine ist unabhängig von den  Maximalwerten von Strom und Spannung immer gleich, lediglich einige Bauteile müssen  den jeweiligen Anforderungen angepasst werden.

Die Regelschaltung besteht aus einem  Spannungsregelzweig  U3  und aus einem Stromregelzweig  U1,  welche über die Dioden D1 und D2 entkoppelt sind. Beide ICs vergleichen den über den Steckverbinder JP1 

		
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zugeführten Sollwert im Bereich von 0 bis 10 V mit dem momentanen Istwert. Die Spannung an dem Sense-Plus Eingang wird mit dem Spannungsteiler bestehend aus R11, R12, R13 auf den Wert geteilt, der durch das Sollwertpotentiometer für die Spannung vorgegeben wurde. Bei diesem Netzteil ist das Widerstandsverhältnis 
100 k zu 50 k , damit stellen sich bei der maximal eingestellten  Spannung von 10 V am Ausgang 30 V ein.

Im Stromregelkreis wird die Sollwertspannung mit den Widerständen R7, R6 um den Faktor 10 auf  1 V heruntergeteilt. Der Widerstand R1 bestimmt den maximalen Ausgangsstrom er beträgt bei 0,22  etwa
4,54 A. Die an dem Steckverbinder angeschlossenen LED D13, D14 zeigen an, ob sich das Netzteil im Zustand der Strom- oder Spannungsregelung befindet.

Der Operationsverstärker  U2 verstärkt die Spannung an R1 um den Faktor 10 und stellt den Strom-Istwert am Steckverbinder JP7 für die Stromanzeige zur Verfügung. Die Verstärkung wird durch das Verhältnis R9 zu R8 bestimmt.

Die Ausgänge der beiden Regelverstärker steuern über R5 den Transistor T2,  welcher die Basis des Längsregeltransistors Q2  bis auf  einen Wert von  –3,3 V einstellen kann.
Sämtliche Transistoren müssen eine Spannungsfestigkeit entsprechend der Spannung  am Gleichrichter D2  aufweisen, ebenso müssen die Kondensatoren  C1 und C2 sowie die Widerstände R1, R3, R4  entsprechend ausgelegt werden.
Die  Spannung von -3,3 V ist notwendig, damit die Ausgangsspannung bis auf  0 V eingestellt werden kann.
Sie wird  von  einer getrennten Trafowicklung ( 8V ) , dem Gleichrichter bestehend aus D7-D10 , und dem Kondensator C17 erzeugt. Die Diode D11 und der Widerstand R14 stabilisieren die Spannung auf  – 3,3V. Eine getrennte Trafowicklung ( L5 ) ist deswegen notwendig, weil der Strom durch D11 und Q2 sonst über den Strommesswiderstand R1 fließen würde, was  die Stromanzeige sogar in Abhängigkeit von der eingestellten Spannung verfälschen  würde.

Die Transistoren Q10 bis Q20 sind als Emitterfolger geschaltet und dienen zur Stromverstärkung. Sie alle 
sind gemeinsam mit den Emitterwiderständen auf dem Kühlkörper montiert. Die Diode D18 , welche in Sperrrichtung parallel zu den Längstransistoren geschaltet ist, verhindert die Zerstörung des Netzteiles durch eine versehentlich über die Ausgangsbuchsen zugeführte Spannung. Das gilt auch für die Diode D17 parallel zum Ausgang.	

Die Hilfsspannungen werden mit Spannungsreglern erzeugt, 7805 für die Digitalvoltmetermodule, 
7810 für die 10 V Referenzspannung der Sollwerteinstellung , 7815,  7915 für die Betriebsspannung der Ics. Hierfür dienen die Trafowicklungen  ( L3, L4 ) 2*18V  ( Steckverbinder 8 ).

Die Trafowicklung L2 mit 40V ,4A ist die Hauptwicklung . Die Wechselspannung wird mit einem Gleichrichter B250 C10000 gleichgerichtet und mit einen Kondensator 20000 µF/ 63 V geglättet. Diese Gleichspannung wird dem Steckverbinder JP 2 zugeführt.

Die Sollwerte für Strom und Spannung werden mit 10 Gang Potis eingestellt.
Zwischen dem  Ausgang und der Sensebuchse befindet sich jeweils ein Widerstand 10   und  2 antiparallel geschaltete Dioden 1N5407. Die maximal ausregelbaren Spannungsabfälle auf den Zuleitungen zum Verbraucher werden somit auf 0,7 V begrenzt. Diese Variante hat  den Vorteil, dass das Netzteil auch dann funktioniert, wenn man keine Brücken zwischen Sense-Eingänge und Ausgang schaltet. Man kann diese Bauteile auch weglassen, dann liefert das Netzteil ohne Brücken eine Spannung von etwa 56 V. Wer keine Sense Eingänge benötigt, kann die Anschlüsse JP6-2 und JP4-1  direkt an den Ausgangsbuchsen anschließen.

Anmerkungen zum Aufbau der Schaltung ( 2*30V, 4A )

Die Kosten bewegen sich in der Größenordnung anderer Selbstbaunetzteilschaltungen. Es muss aber darauf hingewiesen werden, dass viele Anbieter von Bausätzen nur die reine Platine anbieten, die allerdings nur einen kleinen Teil der Gesamtkosten ausmacht. Bei einigen Bausätzen ist noch ein völlig unterdimensionierter Kühlkörper mit dabei. Es fehlen in der Regel  aber die Teile die richtig Geld kosten. Das sind Kühlkörper, Netztrafo, Gehäuse, Anzeigeinstrumente, Buchsen, Schalter und 10-Gang-Potis nebst  Knöpfen.

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In diesem Beispiel wurde ein Gehäuse der Fa. Zeissler verwendet. Die Plastikteile zur Befestigung der Front und der Rückplatte wurden durch Aluprofile mit 10mm Wandstärke ersetzt, welches dann auch zusätzlich eine 3mm 
dicke Aluplatte als Montageebene trägt. Auf dem Trafo wurden einige Wicklungen zusätzlich aufgebracht. Einige Änderungen  auf der Leiterplatte wurden nachträglich im Huckepackverfahren montiert, beispielsweise das 3,3 V-Netzteil. In den veröffentlichten Platinenlayouts und Schaltbildern sind sämtliche Änderungen bereits berücksichtigt. Wechselspannungsleitungen sind zu verdrillen, um magnetische Streufelder zu minimieren. Die Hauptstromleitungen sind mit genügendem Querschnitt zu dimensionieren mindesten  0,75mm². Wenn man auf die Sensebuchsen verzichtet, sind die Ausgangs- und Senseleitungen erst unmittelbar an den Ausgangsbuchsen miteinander zu verbinden. Das Voltmetermodul ist unmittelbar an die Sensebuchsen anzuschließen.
Bleibt noch anzumerken, dass die  VDE-Vorschriften beim Aufbau unbedingt einzuhalten sind, also den Schutzleiter nicht vergessen!! Die Platine wurde mit Plastikabstandshaltern auf das Zwischenchassis montiert, um das Netzteil erdfrei zu halten. Im Prototyp sind  übrigens ein 2*30 V, 4 A und ein Festspannungsnetzteil 5 V, 5 A im Gehäuse mit enthalten.

Dimensionierung der Längstransistoren und  der Kühlkörper

Leider existieren immer noch jede Menge Missverständnisse, was die Verlustleistung von Transistoren betrifft.
Das trifft scheinbar selbst bei manchen Netzteilherstellern zu. Anders ist es nicht zu erklären, dass es Netzteile
mit völlig unterdimensionierten Kühlkörpern auf dem Markt gibt, die einen Dauerkurzschluss kaum auf längere
Zeit standhalten. 
Viele Leute glauben immer noch, dass ein Transistor, welcher im Datenblatt mit Ptot 125 W angegeben ist, auch 125 W Verlustleistung abführen kann. Dies ist aber ein großer Irrtum. Dieser Transistor kann die 
125 W nur dann abführen, wenn man das Gehäuse des Transistors konstant auf einer Temperatur von
25° C hält. Das ist aber praktisch nicht möglich. Der Transistor hat wie jedes Bauelement einen thermischen Widerstand zwischen dem Halbleiterkristall und der Montagefläche, auf der das Halbleiterkristall draufgelötet ist. Im Falle des BD249C beträgt der thermische Widerstand 1°C/W.
Das heißt nichts anderes, dass jedes Watt Verlustleistung die Temperatur des Halbleiterblättchens  um 1°C     
gegenüber dem Montageplättchen des Transistors erhöht. Bei 125 W sind das immerhin 125°C um die der Halbleiter wärmer ist als das Montageplättchen. Hinzu kommt noch die Umgebungstemperatur von angenommen 25°C. Also insgesamt 150°C !!! Das ist die maximal vom Hersteller zugelassene Grenztemperatur unmittelbar vor dem Ableben des Transistors.
Aus diesem Grunde sind hier 10 Transistoren parallel geschaltet und auf einen Kühlkörper mit 0,4°C/W
montiert. Rechnen wir das Beispiel doch mal durch. Am Gleichrichter stellt sich eine Spannung  von 
40 V * 1,4  =  56 V ein. Im Kurzschlussfalle bei maximal eingestellten Strom fällt als Verlustleistung
56 V * 4 A = 224 W an. Diese 224 W werden auf die 10 Transistoren aufgeteilt. Man kann auch sagen, der thermische Widerstand des Transistors wird durch 10 geteilt. Also erhöht sich die Temperatur jetzt um 
224 W * ( 0,1°C/W + 0,4°C/W ) =  112°C. Rechnet man die Raumtemperatur von 25°C  hinzu, dann hat sich der Halbleiter des Transistors auf 137°C aufgeheizt. Der Kühlkörper selbst ist dabei nur um                                       224 W * 0,1°C/W = 22,4 °C kühler als der  Halbleiter selber. Das sind immer noch 
137°C – 22,4°C = 114,6°C !!! Man kann sich also die Finger ordentlich verbrennen.
Wie man an dem Beispiel sieht, ist der Einsatz von 10 Transistoren und einem so großen Kühlkörper trotz nicht gerade üppigen  4 A und  30 V absolut nicht überdimensioniert. Hat man ein zweites gleich dimensioniertes Netzteil auf dem gleichen Kühlkörper, so befindet man sich eigentlich schon wieder im Angstbetrieb!! Alternativ könnte man auch ein Kühlkörpertunnel mit angeflanschten Lüfter verwenden. Dann nerven möglicherweise die Laufgeräusche des Lüfters. 
Der zugrunde gelegte Kühlkörper ist  30cm lang 10cm hoch und 4cm tief und nimmt fast die komplette
Rückwand ein. Wer will kann hier einen noch größeren Kühlkörper verwenden.
Es gibt natürlich schaltungstechnische Möglichkeiten die Verlustleistung zu begrenzen.
Man kann den Netzgleichrichter in Abhängigkeit der eingestellten Ausgangsspannung mit Hilfe von Relais an verschiedene Abgriffe der Sekundärwicklung des Netztrafos schalten. Dabei entstehen aber beim Umschalten
Spikes auf der Ausgangsspannung , die nur schwer beherrschbar sind. Auch eine Phasenanschnittsteuerung vor dem Gleichrichter wäre möglich. Der Aufwand ist erst bei wesentlich größeren Ausgangsleistungen lohnend, wenn die Verlustleistung mit herkömmlichen Mitteln nicht mehr beherrschbar sind.
Eine weitere Möglichkeit wäre die Foldbackregelung bei der Strombegrenzung ( hier wird bei Überschreitung des eingestellten Maximalstromes der Strom nicht konstant gehalten, sondern der Strom geht mit zunehmender Belastung immer weiter zurück ) , doch die hat in einen Labornetzteil meines Erachtens nichts zu suchen.
						
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Etwas zum Thema Digitalvoltmeter (DVM)

Bei einem solch edlen Netzteil wird man natürlich keine analogen Anzeigeinstrumente mehr einsetzen wollen.
Mit digitalen Anzeigeinstrumenten lassen sich die Spannung und der maximale Strom einfach besser einstellen.
Allerdings tritt auch hier wieder ein Problem auf.  Die handelsüblichen DVM-Module auf der Basis eines
ICL7106 /7107 oder ähnliche haben alle gemeinsam einen entscheidenden Nachteil. Sie machen nur 2 bis 3 Messungen pro Sekunde. Diese Anzeigeverzögerung ist sehr nachteilig, wenn man die Spannung schnell kontinuierlich hochregeln will. Meist ist man an dem Poti schneller als die Anzeige. Ich habe einige Zeit damit verbracht, alternative Lösungen zu finden, und auch mit allen möglichen Herstellern korrespondiert.
Es blieben letztendlich nur 2 Alternativen.

1.	Ein IC-Satz für ein 3stelliges Voltmeter ( CA3161 3162 ) mit 96 Messungen/s.
2.	Ein Mikroprozessor gesteuertes Voltmeter mit Hilfe eines 20 Bit AD-Wandlers.

Eine Mikroprozessorlösung scheidet zunächst aus zwei Gründen aus. 

1.	Das Modul wird von den Abmessungen zu groß.
2.	Softwareaufwand.

Es wurde deswegen  ein Anzeigemodul mit dem CA3161 Chipsatz entworfen, welches auf 96 Messungen /s fest verdrahtet wurde. Der Dezimalpunkt wird durch eine Brücke festlegt.

Sollte zu einem späteren Zeitpunkt mal eine Mikroprozessorplatine für eine Rechnerschnittstelle  entstehen, gedacht ist an eine IECBus Schnittstelle und eventuell eine RS232 Schnittstelle, so wird diese Platine auch die Anzeige für Strom und Spannung beinhalten. Auch werden die Istwerte dann nicht mehr über Potis eingestellt, sondern über digitale Drehimpulsgeber, wie es in der professionellen Messtechnik schon länger üblich ist. Doch erst muss ich jemanden finden, der bereit ist die Software zu erstellen. Bei Interesse bitte melden.

Aufbauhinweise

Auf der Hauptplatine wie auch auf den DVM-Platinen sind einige Drahtbrücken ein zu setzen.
Diese Brücken hätte man durch eine doppelseitige Platine zwar vermeiden können, doch für 2 Drahtbrücken auf der Hauptplatine und 3 Drahtbrücken auf dem DVM-Platinen lohnt sich der Aufwand für eine
doppelseitige Platine nicht. Beim Bestücken der Platinen sollte man mit den Bauteilen beginnen, welche die geringste Bauhöhe haben. Also erst Drahtbrücken, dann Dioden und Widerstände danach IC-Sockel.
Im  Musteraufbau wurden noch einige Bauteile nachträglich hinzufügt. In den  veröffentlichen Layouts sind  diese Bauteile bereits auf der Platine berücksichtigt.
Die Platinen wurden mit Plastikabstandshaltern isoliert auf das Chassis montiert, um erdfreie Ausgänge zu ermöglichen. Das Chassis selber ist zwingend mit dem Schutzleiter des Netzkabels zu verbinden!!!
An den Ausgangs- und Sensebuchsen sind einige Bauteile anzulöten ( D13-D16, C21-C23, R17-R18 ).
Das Voltmeter ist an die Sensebuchsen, nicht an die Ausgangsbuchse anzuschließen.
Sowohl die Ausgangsleitungen als auch die Senseleitungen sind zu verdrillen. Das gilt auch für sämtliche Wechselspannungsleitungen. Werden die Sensebuchsen nicht benötigt, so sind die Senseleitungen bis an die Ausgangsbuchsen zu führen, und erst dort mit der Ausgangsbuchse zu verbinden. D13-D16, C21-C22 und R17-R18 entfallen dann natürlich.	
Auf dem Kühlkörper müssen die Transistoren Q10-Q20 isoliert mit Wärmeleitpaste montiert werden.	
Die Widerstände R19-R30 sind direkt an die Transistorbeine anzulöten. Das andere Ende der Widerstände
R21-R30 führt auf einen 1,5mm² Kupferdraht als Emittersammelschiene. Die Kollektoren der Transistoren
Q11-Q20 sind ebenfalls mit einen 1,5mm² Kupferdraht verbunden. Die Diode D18 ist direkt an diese Kupferdrähte gelötet. Die Spannungsregler auf der Hauptplatine müssen isoliert mit Wärmeleitpaste auf ein Kühlblech montiert werden. Es besteht aus einen U-Förmig gebogenes Alublechstreifen, welches sich auf der Hauptplatine über die beiden Ladekondensatoren des Hilfsnetzteiles befindet.

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Inbetriebnahme des Netzteiles ( 2*30V 4A )

Benötigt werden für die Inbetriebnahme des Netzteiles folgende Hilfsmittel und Geräte.

1.	Ein Digitalmultimeter mindest 5 stellig.
2.	Ein regelbares Labornetzteil 40 V, 4 A .
3.	Lastwiderstände 4  / 100 W und 10  / 50 W

Das Netzteil verdrahtet man soweit komplett, nur die Hauptzuleitung  zu JP2 schließt man nicht an den Ladekondensator an sondern an ein externes Labornetzgerät.

Die ICs werden noch nicht bestückt, die digitalen Anzeigemodule werden auch noch nicht angeschlossen.
Die Platine und die Verdrahtung sollten  vorher auf Kurzschlüsse zwischen den Leiterbahnen,
Leiterbahnunterbrechungen, kalte Lötstellen und  die richtige Polarität der Bauteile kontrolliert werden. Auch die externe Verdrahtung sollte man noch mal kontrollieren.
Nun wird das Netzteil eingeschaltet, dann  schaut man  auf irgendwelche Rauchzeichen, die hoffentlich ausbleiben. Als nächstes wird die Spannung der vier Spannungsregler kontrolliert, eine maximale Abweichung von 5% ist zulässig. Gleichzeitig wird noch kontrolliert, ob die  Spannung – 3,3 V an D11 vorhanden  ist.
Man stelle fest, ob die Spannungen +15V an Pin 7, -15V an Pin 4  der IC-Sockel anstehen ebenso  an der Buchse JP9 Pin1 +5V und JP1 Pin1 +10V. 
Jetzt schalte man das Netzteil aus  und warte ab, bis sich die Spannungen an den Spannungsreglern  abgebaut haben. War bisher alles in Ordnung, kann man die drei ICs TL081 in die Sockel stecken. Dabei sollte man darauf achten, dass die ICs nicht verkehrt herum in die Sockel gesteckt werden..

Jetzt schalte man das Netzteil wieder ein.. An dem Ausgang von  U3 müssten fast –15 V zu messen sein, da ja noch keine Spannung  an den Kollektoren der Längstransistoren herrscht.
Jetzt wird ein Digitalvoltmeter in den 30V Bereich geschaltet und  am Ausgang angeschlossen.
Das Sollwertpoti für Strom und Spannung wird auf etwa ein Zehntel des Maximalwertes eingestellt , also etwa eine Umdrehung vom Linksanschlag. Mit dem externen Labornetzteil wird  die Spannung unter Beobachtung des Stromes langsam auf etwa 10 V erhöht. Es dürfen nur einige 10 mA fließen. Am Ausgang sollte die Spannung bis  etwa 3 V ansteigen, und dann konstant bleiben.
Ist bisher alles in Ordnung,  kontrolliere man, ob sich die Ausgangspannung mit dem Sollwertpoti von 0  bis etwa 10 V einstellen lässt.
Ist auch bis hier alles in Ordnung, wird nun langsam am externen Labornetzteil die Spannung auf 40 V erhöht, immer unter Beobachtung des aufgenommenen Stromes. Die maximal einstellbare Ausgangsspannung sollte dann  30 V betragen.
Ist dies der Fall, so ist der Spannunsregelzweig in Ordnung. Durch Ändern des Widerstandes R11 lässt sich
die maximale Ausgangsspannung festlegen.

Jetzt kommt der Stromregelzweig an die Reihe.
Man stellt mit dem Sollpoti eine Ausgangspannung von 10 V ein und schließe einen Lastwiderstand von 
10  / 50 W an. Jetzt sollte die Spannung  bedingt durch die Einstellung des Strom-Potis auf etwa 4 V zusammenbrechen. Die grüne LED für die Spannungsregelung muss erlöschen und stattdessen die rote LED für die Stromregelung aufleuchten. Wenn alles so eintrifft, wie beschrieben, so ist die Stromregelung in Ordnung, und man kann langsam das Strompoti aufdrehen , bis die rote LED erlischt und die grüne LED wieder angeht. Jetzt muss sich ein Strom von 1 A einstellen. Die Ausgangsspannung, gemessen an den Sensebuchsen, darf sich nicht ändern, wenn man die Last entfernt.
Mit dem Lastwiderstand 4  / 100 W sollte man  kontrollieren, ob der maximale Strom 4 A erreicht wird.
Ich habe einen 0,27  / 5 W für R1 genommen und weitere Widerstände parallel geschaltet, bis ich genau 
4 A maximal erreicht habe. Einen Feinabgleich kann man durch Ändern von R7 erreichen.		

Wenn bis hierhin alles in Ordnung ist, kann man statt des externen Labornetzteiles den Ladekondensator an JP2 anschließen, die beiden Digitalvoltmetermodule anschließen und  sowohl den Nullpunkt als auch den Vollausschlag abgleichen.
Das Netzteil ist hiermit  betriebsbereit.

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Das statische Verhalten des Netzteiles

Das statische Verhalten kann man leicht überprüfen, in dem man die Ausgangsspannung mit einem  Digitalvoltmeter mit einer Auflösung von mindestens 5 Stellen misst, und zwar mit und ohne Last.
Die Ausgangsspannung wird auf 16 Volt eingestellt und der Ausgang mit einen Widerstand 4  / 100W belastet.
Das Digitalvoltmeter wird eine Spannungsänderung von 10  mV feststellen, die am Übergangswiderstand der Ausgangsbuchsen abfallen. Mist man mit dem Digitalvoltmeter direkt an den Sensebuchsen, wird die Spannungsänderung  weit unter 1 mV bleiben. Im Normalfall wird man die Sensebuchsen nicht benutzen und sich an dieser Spannungsänderung  von etwa 10 mV nicht stören.
Wem es aber auf maximale Stabilität ankommt, kann die Sensebuchsen direkt mit den Ausgangsbuchsen verbinden, oder noch besser die Senseleitungen getrennt bis zum Lastwiderstand führen, was ja auch der Sinn der Sensebuchsen ist. Der Leitungswiderstand zum Verbraucher wird damit kompensiert. Das Netzteil erhöht seine Ausgangspannung einfach so weit, bis der Spannungsabfall auf der Zuleitung zum Verbraucher kompensiert ist. Mit einen  Multimeter mit 6,5 Stellen  konnte ich dabei keine Spannungsänderung messen.

Das dynamische Verhalten des Netzteiles

Außer dem statischen Verhalten des Netzteiles will man ja auch wissen, wie das Netzteil auf  schnelle Laständerungen reagiert.
Dazu baut man sich mit einen Schalttransistor BD249 und einem Lastwiderstand eine Schaltung auf, die es ermöglicht, mit Hilfe eines externen Rechteckgenerators die Last zyklisch zu- und abzuschalten.

Die Ausgangsspannung stellt man auf 16 Volt ein und die Strombegrenzung auf vollen Strom. Der Lastwiderstand hat einen Wert von 4  / 100 W.

Das Rechtecksignal hat eine Frequenz von etwa 100 Hz , die Ausgangspannung des Rechteckgenerators sollte  so gewählt werden, dass der Schalttransistor am Lastwiderstand sicher durchgeschaltet wird, dies ist bei  6Vss
der Fall.
Bei einem Rechteck mit einer Anstiegsflanke im Nanosekundenbereich wird das Netzteil diese Laständerung nicht ausregeln können. Deswegen wird man bei Lastwegnahme eine Erhöhung der Ausgangsspannung um  1,5 V  und bei Lastzuschaltung einen Spannungseinbruch von  1 V  für die Dauer von  2 µs feststellen.

Wenn man die Steilheit beider Flanken des Rechtecks auf  15 µs verringert, das ist immer noch extrem schnell, dann beträgt das Überschwingen der Ausgangsspannung nur noch  0,4 V, allerdings jetzt für eine Zeitdauer von  20µs. Ursache des Überschwingens sind sowohl die Induktivitäten der Laststrom führenden Leitungen hinter den Längstransistoren als auch der Kondensator am Ausgang. Beides sind Energiespeicher. Sie sind auch der Grund, weshalb das Netzteil bei höheren Schaltfrequenzen als 100 Hz nicht mehr mitkommt, und die Spannung nicht mehr vollständig ausregelt.

Das Rauschen am Ausgang wird durch die Kondensatoren am Ausgang auf ein erträgliches Maß gedrückt.
Ein HF-Schwingen des Netzteiles wird durch die Kondensatoren  C2, C3, C10 verhindert.
Für ein möglichst schnelles Einschwingverhalten sind die Kondensatoren C18 und C19 zuständig.
Der Kondensator C18 unterdrückt auch ein Netzbrummen am Ausgang, welches bei Fehlen des Kondensators
bei mir unabhängig von der Last etwa 20mVss betrug.

Das Rauschen hätte man auf Kosten sowohl des statischen als auch des dynamischen Verhalten sicher noch verringern können, doch hier muss man einen Kompromiss eingehen. Ursache ist die extrem hohe Schleifenverstärkung der Schaltung die etwa 10 Millionen beträgt. Eine Verringerung der Schleifenverstärkung
hätte aber zur Folge, dass die Ausgangsspannung weniger genau geregelt wird. Es bleibt dann ein Fehler von einigen 10 mV bis 100 mV bestehen.

					
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Schlusswort

Dieser Artikel sollte weniger als hochwissenschaftliche Abhandlung dienen, sondern er sollte viel mehr einen Weg aufzeigen, wie man so ein Netzteil bauen kann. Es ist bei mir im Laboreinsatz und besticht durch seine
hervorragende Eigenschaften.
Alle  Schaltungsänderungen, die beim Aufbau dieses Prototyps durchgeführt worden ( es waren einige!!),
wurden auf den Platinen im Huckepackverfahren realisiert. Allerdings sind sämtliche Schaltungsänderungen 
konsequent sowohl in den hier veröffentlichten Schaltbildern als auch in den Platinenlayouts übernommen worden. Sie entsprechen also dem aktuellen Stand.
Bleibt noch zu bemerken, dass dieses Netzteil zum Nachbau  für den Amateurelektroniker entwickelt wurde.
Eine professionelle Verwertung ist nicht angedacht und auch nicht gewollt. Die Urheberrechte verbleiben bei mir. Ich bin  für konstruktive Verbesserungsvorschläge und Ideen jederzeit offen. Diese könnten gegebenenfalls in ein nächstes Projekt einfließen.

Vielleicht hat ja ein Leser Interesse ein dazu passendes Mikroprozessorinterface mit IECBus  Schnittstelle
zu entwickeln. Er möge sich bitte mit dem Verlag oder mit mir in Verbindung setzen. Ich bin bereit,
die komplette Hardware zu entwickeln, wenn  jemand die Software dazu schreibt.
Dieses könnte dann Stoff für eine weitere gemeinsame Arbeit werden.

Quellennachweis

Fischer Elektronik 58511 Lüdenscheid Katalog Seite A36 Kühlkörper SK56  100mm 
http://www.schuro.de/Daten/Fischer/SK56.pdf

EBV-Elektronic D-85586 Poing  BD249C, BD243C, BD139, 1N4007, 1N5407, 1N4148
http://www.ebv.com/ebvjump.phtml?desturl=http://www.powinv.com/pdf/bd249.pdf
http://www.ebv.com/ebvjump.phtml?desturl=http://www.fairchildsemi.com/pf/BD/BD243C.html
http://www.ebv.com/ebvjump.phtml?desturl=http://www.fairchildsemi.com/pf/BD/BD139.html
http://www.ebv.com/ebvjump.phtml?desturl=http://www.fairchildsemi.com/pf/1N/1N4007.html
http://www.ebv.com/ebvjump.phtml?desturl=http://www.fairchildsemi.com/pf/1N/1N5407.html
http://www.ebv.com/ebvjump.phtml?desturl=http://www.fairchildsemi.com/pf/1N/1N4148.html

Texas Instruments Freising bei München TL081
http://www-s.ti.com/sc/ds/tl081.pdf

Intersil IC-Satz für Digitalvoltmeter CA3161, CA3162
http://www.intersil.com/data/fn/fn1/fn1080/fn1080.pdf  CA3162
http://www.intersil.com/data/fn/fn1/fn1079/fn1079.pdf  CA3161

Kingbright 47608 Geldern SA05-11SRWA Ersatz für FND507 bzw. HD1143
http://www.kingbright.com/download/pdf/sx05.pdf

National Semiconductor ( National.com ) LM7805, LM7810, LM7815, LM7915
http://www.national.com/ds/LM/LM7512C.pdf  LM78XX
http://www.national.com/ds/LM/LM7905.pdf     LM79XX

Feltron Elektronik Zeissler & Co. GmbH. 53822 Troisdorf  Gehäuse 365mm*260mm*125mm
http://www.feltron.de/Neue%20Seiten/Neu%2047.html

Megatron GmbH D85640 Putzbrunn/München. 10-Gang-Poti + Knopf
http://www.megatron.de/Poti1/AL1703......AL1901......pdf
http://www.megatron.de/Poti1/Pot_Seite_4/Ana.EinstellkIMT-IMU.pdf

Halbleiterschaltungstechnik Tietze  & Schenk  Springer-Verlag 11.Auflage Kapitel  2, 5, 16 ,24