Dieses Netzteil sollte ursprünglich eigentlich nur eine einfache geregelte Gleichspannungsquelle für Anwendungen mit höherer Stromlast werden, mit einem rudimentären Stromlimit als Selbstschutz. Damit einher ging dann aber gleich die Notwendigkeit, die Spannungsregelung bis auf 0V zu gestalten - dann war der Schritt, das Stromlimit einstellbar zu machen auch nicht mehr groß, usw. Am Ende kam dann doch wieder ein vollständiges Netzteil heraus.
Stromquelle des Netzteils ist in diesem Fall ein großer Netztransformator mit 20V Ausgangsspannung und ordentlich Leistung. Aus ihm werden nach Gleichrichtung und Glättung die Hauptspannung von 20V sowie über IC4 die 5V Betriebsspannung für die Mess- und Anzeigeelektronik generiert. Ebenso wird aus dem Transformator über die Ladungspumpe aus D1/C19/D2/C18 eine negative Gleichspannung bereitgestellt, aus der wiederum über IC7 eine last-fähige -5V Spannung sowie über IC5 eine präzise -2,5V Referenzspannung erzeugt werden.
Zentrale Regeleinheit für die Ausgangsspannung des Netzteils ist der Standardregler LM317 (IC2). Dieser wird durch die Transistoren T5 und T1 in seiner Stromlast unterstützt. Mit den verwendeten Widerständen R26 und R28 teilen sich die drei Komponenten IC2/T5/T1 die Stromlast bei maximalem Ausgangsstrom von 5A zu ca. 0,2A/1,3A/3,5A auf.
Durch Verwendung einer negativen Referenzspannung lässt sich die Ausgangsspannung des LM317 bis auf 0V herunter regeln. Der LM317 benötigt für seine Regelung einen minimalen Ausgangsstrom von ca. 10mA. Normalerweise wird dieser einfach durch eine niedrige Dimensionierung der Widerstandsbeschaltung R33/R14/R32/R12/R29 realisiert. Da ich aber als Einstellelement nur 10k-Potis übrig hatte, an dessen Wert sich dann auch die anderen Widerstände in dieser Kette orientieren mussten, wurde zusätzlich die Konstantstromquelle R25/T4 verbaut. Diese zieht im Normalfall die 10mA, die der LM317 benötigt. Als zusätzliche Funktion werden über diese Schaltung auch Kapazitäten im Ausgang des Netzteils entladen, z.B. nach dem Herunter-regeln der Ausgangsspannung.
Die Stromregelung/-limitierung erfolgt über IC1, der den Spannungsabfall über dem Messshunt R27 gegen einen eingestellten Sollwert vergleicht und im Falle eines Überstroms über D4/T6 den Spannungsregler herunter regelt. IC1 kann eigentlich genug Strom senken, um den Referenzstrom des LM317 abzuziehen, weshalb T6/R24 vermutlich gar nicht benötigt werden. Der einstellbare Sollwert der Stromregelung wird über die Zenerdiode D8 stabilisiert, um eine eventuelle Restwelligkeit von der Gleichrichtung aus der Stromregelung herauszuhalten. Die Schaltung um T3 hat mit der eigentlich Regelung nichts zu tun, sie schaltet lediglich die Überstrom-Anzeige-LED in der Frontpaneele.
Die Spannungsmessung erfolgt über die Widerstände R7/R15/R16. Die Strommessung macht IC6. Da dieser Verstärker eine feste Verstärkung von x100 hat, muss die Messspannung über dem Shunt noch durch den Spannungsteiler R21/R6 reduziert werden. Da der Shunt vor den internen Verbrauchern (z.B. LM317, etc.) liegt und damit deren Ströme mitgemessen werden, müssen diese später in der Anzeige des Ausgangsstroms herausgerechnet werden. Die Anzeige selber besteht größtenteils aus einem 2x8 Character-Display und einem PIC16LF870, der die Messungen macht, in Spannungs- und Stromwerte umrechnet und auf dem Display anzeigt.
In oberen Teil des Schaltplans finden sich noch einige Teile, die evtl. erklärungsbedürftig sind:
R17/D7/T2 stellen eine sehr grob geregelte 12V-Spannung für einen optionalen Lüfter bereit. Bisher zeigt sich zwar noch keine Notwendigkeit dafür, allerdings muss noch über die Zeit beobachtet werden, wie sich die Last-Bauteile (insbesondere T5) im geschlossenen Gehäuse verhalten.
R11 ist nötig, da die Ladungspumpenschaltung zur Generierung der negativen Spannungen die Eigenschaft hat, bei wenig Last auf den positiven Spannungen, den GND-Level in Richtung negativ zu saugen. D.h. V+ steigt weit über die 20V, während die negative Grundspannung absinkt. R11 stellt eine Grundlast dar, die dieses Verhalten verhindert.
T7 mit R18/R19 und D10 wird benötigt, um die Ausgangsspannung nach dem Abschalten des Netzteils schnell abzusenken. Während sich V+ durch die großen Glättungskondensatoren noch lange nach Abschalten aufrecht erhält, bricht die negative Grundspannung in C18 recht schnell nach Abschalten ein - und mit ihr entsprechend auch die Referenzspannung für die Spannungsregelung. Durch D9 wird zwar verhindert, dass die Referenzspannung positiv wird, trotzdem würde sich mit der Referenzspannung auch die Ausgangsspannung entsprechend erhöhen, was noch an den Ausgang des Netzteils angeschlossene Schaltungen beschädigen könnte. T7 regelt deswegen beim Erkennen eines Zusammenbruchs der negativen Grundspannung die Ausgangsspannung sofort ab, um diesen Spannungshub zu verhindern.
Schaltplan des Leistungsteils
Schaltplan der Anzeigeeinheit