Konstantspannungsquelle
Eine Konstantspannungsquelle ist eine Schaltung, die die Spannung an einer angeschlossenen Last möglichst konstant zu halten versucht - auch wenn sich der Lastwiderstand und damit der Strombedarf ändert.
Dazu gibt es unterschiedliche Schaltungsprinzipien, die sich in der Regelgenauigkeit und - geschwindigkeit unterscheiden. Hier sollen verschiedene Schaltungen präsentiert werden, um den Nachbau zu erleichtern.
Konstantspannungsquelle mit Reglern aus dem 230V Netz
Beschreibung
Eine sehr weit verbreitete Spannungsversorgung besteht aus einem Transformator, einem Gleichrichter sowie Glättungskondensatoren mit einem nachfolgenden integrierten Spannungsregler.
Schaltung
Das Bild zeigt sozusagen die Standardschaltung fuer Spannungsversorgungen mit einem Transformator und Festspannungsregler mit entweder 4 Leistungsdioden oder einem integrierten Gleichrichter, einem großen ELKO als Speicherkondensator, 2 kleinen keramischen Blockkondensatoren um den Regler, einer Diode zur Handhabung eventueller Rückströme und einem angedeuteten Blockkondensator in der Tiefe der Schaltung. Die Schutzdiode kann entfallen, wenn die angeschlossene Schaltung keine großen Kapazitäten aufweist.
Dimensionierung
In der Grafik erkennt man die Ausgangsspannung des Trafos in lila, die gleichgerichtete Spannung ohne Belastung in dunkelblau und den Verlauf der Spannung an einem angeschlossenen Kondensator in gelb. Rot dargestellt ist die Spannung im Regler ohne Limitierung als Hilfsgröße und grün die geregelte Ausgangsspannung.
Sowohl der Transformator, als auch die ELKOs müssen den Erfordernissen angepasst werden, um Regeleinbrüche zu verhindern. Im Beispiel hat der Brückengleichrichter wegen 2er in Reihe geschalteter Dioden einen angenommenen Spannungsabfall von 1,5 Volt unter Belastung, was dazu führt, dass die nominelle Wechselspannung mit einem Scheitelwert von ~14 Volt auf rund 12.5 Volt am Ausgang herabgesetzt wird.
Im Bild sieht man den stärker belasteten Fall rechts, bei dem es zu Einbrüchen kommt, weil die linksseitige Spannung am Regler geringer ist, als die erforderliche Ausgangsspannung + den dropout. Bei 60Hz ist das Problem etwas kleiner, weil der große ELKO keine so lange Zeit überbrücken muss - bei einer Einweggleichrichtung ist der Einbruch ungleich größer.
Stromerweiterung
Durch Hinzufügen eines Leistungstransistors kann der Strombereich des Reglers vergrößert werden, allerdings verschlechtert sich dadurch etwas die Regelgeschwindigkeit und die Präzision.