Aufgabe

ZHAW, EK, FS2009
Übung 2 : Spannungswandler
Aufgabe 1: Datenblätter
Bestimmen sie die Ausgangspannung und max. Strom der folgenden IC Regler: 7805,
7905.2, 7924, 78L12, LM317
Mögliche Suchmaschine: http://www.alldatasheet.com/
Aufgabe 2: LM317
Der LM 317 liefert am Regler Pin konstant 50 µA Strom nach aussen. Der Spannungsteiler
ist nun nicht mehr unbelastet. Die interne Referenz ist 1.25 V und liegt zudem bei diesem
Wandler über R1.
http://www.national.com/mpf/LM/LM317.html
- Bestimmen sie für das abgebildete Design die grobe und die genaue Ausgangsspannung.
- In welchem Bereich ändert die Ausgangspannung über die Streuung der internen Referenz
von 1.20 V bis 1.30 V
- Wieviel Strom fliesst durch den Längstransistor, wenn keine Last angeschlossen ist.
- Gibt es einen minimal Strom der fliessen muss? (vgl. Datenblatt LM317) ?
Ist das beim Design gewährleistet?
Aufgabe 3: Regler-Dimensionierung
a) Bestimmen sie vom abgebildeten Regler für folgende Anforderungen L, C und die
Ausgangsspannung.
Welcher Duty Cycle D stellt sich bei idealen Komponenten ein?
D2: 6 V Zener,
R2 = 5 kΩ R3 = 1 kΩ
∆Vout = 100 mV, Taktfrequenz 100 kHz, Laststrom : 200 mA,
Reservefaktor RF = 5
b) Wenn die Ton -Zeit für Q1 verkleinert wird, nimmt dann die Ausgangspannung zu oder
ab?
ZHAW, EK, FS2009
Aufgabe 4: PI-Regler für DC/DC-Wandler
Der Wandler wird mit fs = 80 kHz getaktet.
Dimensionieren sie den PI-Regler Teil, wenn für die Taktfrequenz und höher eine
Verstärkung von -10 gewünscht wird und die Knickfrequenz im Amplitudengang 1 Dekade
unter der Taktfrequenz liegen soll. C darf gewählt werden und sei 1 nF.
Aufgabe 5: Resonanzwandler für TFT-Beleuchtung
Für eine hohe Wechselspannung wird ein Resonanzwandler benutzt, der seine Spannung
aus einer 12 V DC-Quelle ableitet, welche mit einem Trafo auf U = 120 V gebracht wird.
Die Last nimmt einen Strom von 0.01 A auf. Als Resonanzfrequenz wird f0 = 32 kHz gewählt.
Bestimmen sie L, C für diesen Wandler.
Mit Hilfe der Beziehung am Schwingkreis Q = 2 = R/X0 bestimme man auch UR, R und P an
der Last.
ZHAW, EK, FS2009
Lösungen:
Aufgabe 1:
7805: +5 V / 1 A…1.5 A, 7905.2: -5.2 V / 1 A, 7924: -24 V / 1 A, 78L12: 12 V / 0.1 A,
LM317 1.2 ….37 V einstellbar / 1.5 A
Bemerkung: Der max. Strom hängt von der Differenzspannung Eingang zu Ausgang ab.
Diese sollte dann min. 2V sein und 10 V nicht überschreiten und ein Kühlkörper ist
angezeigt. Die Bausteine haben meist auch eine thermische Schutzschaltung gegen
Überhitzung. Im Kurzschlussfall wird der Strom meist auf einen sicheren Wert zurückgeregelt
(Foldback Current Limiting)
LM7805
Aufgabe 2:
Formel findet man im Datenblatt.
Oder selber herleiten:
IR1= 1.25/1k = 1.25 mA, IR2 = 1.25 mA + 50 µA = 1.3 mA
Vout = IR2*R2 + 1.25 V = 14.25 V
1.2 V liefert mit gleicher Rechnung 12.5 V + 1.2 V = 13.7 V
1.3 V liefert 13.5 + 1.3 V = 14.8 V
Ohne Last fliesst nur der Spannungsteilerstrom von R1, der von Vout stammt, also
1.25/ 1k = 1.25 mA.
Solche Komponenten sind nicht in allen Belangen ideal: Datenblatt lesen empfohlen.
Nach Datenblatt sollte typisch minimal 3.5 mA Laststrom fliessen, besser 10 mA. Genauer
betrachtet ist es eine Funktion der Differenzspannung Vin-Vout (Graphik im Datenblatt p.7
oben rechts). Dies ist hier nicht erfüllt. Eine zusätzliche Belastung ist angebracht, bzw. der
Teiler niederohmiger zu machen, ansonst steigt gemäss Datenblatt die Ausgangsspannung.
ZHAW, EK, FS2009
Aufgabe 3:
a) Vout = (6V /1k) * (5k + 1k) = 36 V
Vin/Vout = 1-D = 20/36 = 0.56
C = 8.8 µF,
D = 0.44
L = 1.2 mH
b) wenn Ton abnimmt, wird L weniger lang mit Energie geladen, damit ist auch weniger
Energie für den Kondensator in der Toff Phase verfügbar. Der Strom IL sinkt langsam. Die
Ausgangsspannung nimmt langsam ab.
Aufgabe 4:
Der Knick liegt bei 8 kHz. R2C = 1/ 2π8000 R2 = 19.9 kΩ
R1 = 0.1 * R2
R1 = 1.99 kΩ
Aufgabe 5:
L = 120/(2π*32000*0.01) = 60 mH
C= 0.01/120*2π*32000 = 414 pF
X0 = 12 kΩ
Q=2=R/X0 R = 24 kΩ UR = IR*R = 240 V
PR = 2.4 W
Das Teil macht somit aus 12 V DC einen Strom von 10 mA durch die Röhre, auch wenn R
hochohmig ist (Plasma also zuerst zünden muss). Danach sinkt der Plasma Widerstand
etwas, der Strom soll aber aufrecht erhalten werden.
Der Strom bestimmt die Helligkeit!
Regeln lässt sich der Strom über eine Frequenzverschiebung der FET-Schalter Brücke:
höhere Frequenz weniger Strom (vgl. normierte Fig. Resonanzwandler Skript Slides).