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Spannungsregler als Überspannungsschutz (Elektronik)

verfasst von Jogi, Da, 13.05.2014, 12:38 Uhr

» Hallo,
» eine Anordnung soll nach SELV maximal 60 Volt DC haben.
»
» Einfachste und praktikable Lösung ist ein AC-Steckernetzteil, also simpler
» Trafo im Steckernetzteilgehäuse. Die gibt es im Handel bis 42 Volt.
» Damit kommt man nach Gleichrichtung effektiv auf die gewünschte Spannung.
» Allerdings nicht exakt, denn je nach Belastung oder nach Schwankungen der
» Netzspannung geht es rauf und runter, meistens oberhalb der erlaubten 60
» Volt DC.
»
» Um die Überspannung runter zu drücken auf 60 Volt DC, ist nur relativ wenig
» Belastung erforderlich. Das ist also einfach zu lösen, mit einer Zener-
» oder Transil-Diode. Leider nicht sehr präzise.

Du mußt also nur eine Begrenzung realisieren, keine Vollregelung.
Nicht präzise heißt vermutlich belastungsabhängig,
eine wirkliche Präzision auf soundsoviel Mikrovolt wird ja nicht gefordert sein.

» Ich habe mir gedacht, ich nehme einen LM317AHV (60V Type)und schalte den
» (auf 60 Volt eingestellt) ganz normal vor die spannungsführenden Teile des
» Ausgangs, die nach SELV nur 60 Volt haben dürfen. Der LM317 bekommt also im
» Normalfall "zuwenig" Spannung an seinem Eingang und erfüllt damit seine
» Aufgabe, abgesehen vom Spannungsverlust, der dann eintritt aber vertretbar
» wäre. Steigt die Spannung an seinem Eingang darüber an, regelt er sowieso
» ab, so daß nur 60 Volt übrig bleiben. Damit wäre das Problem gelöst.
»
» Wo ist mein Denkfehler?

Der ist da, wo solche Regler Leistungs-OPs sind, also viel zu viel machen.
Für die simple Begrenzung sind sie over-featured.
Dadurch ergeben sich alle möglichen Schwingmöglichkeiten die sie auch leidlich ausnutzen.

Mach doch aus der simplen Z-Diode eine Leistungs-Z-Diode und befreie sie von Lastschwankungen.
Benötigt wird nur ein NPN-Leistungstransistor der die geforderte Spannung und den geforderten Strom kann.
Dann schaltest du den mit dem Kollektor an die zu begrenzende Spannung an, der Emitter liefert die begrenzte Spannung.
Die Basis wird mit einer am Kollektor über einen Widerstand abgenommenen Spannung aufgesteuert.
Die Z-Diode liegt in Sperrichtung von Basis nach Masse.
Berechnet ist das schnell nach dem ohmschen Gesetz, man muß den Stromfluß durch Widerstand und Z-Diode so einstellen das der Transistor-Arbeitspunkt als "fest" angesehen werden kann, also ca. 5...10mal höher als der Basistrom im Arbeitspunkt ist.

Der Transistor begrenzt nun die Ausgangsspannung auf den Wert der Z-Spannung plus seiner eigenen Flußspannung die ca. 1...1,5V je nach Transistor sein wird.
Damit die Leistung im Basiskreis begrenzt werden kann, sprich der Stromfluß durch die Z-Diode nicht künstlich hoch sein muß, kann diese Schaltung auch mit einem Darlington-Transistor bestückt werden. Dadurch sinkt der Basisstrom und es kann auch der Strom durch die Z-Diode niedriger ausfallen.

Statt rechnen kann man auch probieren. Wenn die Z-Diode Rauchzeichen gibt war der Strom zu hoch
Wenn die Ausgangsspannung um mehrere Volt sinkt, ist der Stromfluß nicht ausreichend um den Transistor weit genug aufzusteuern.