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Regelbares Netzteil mit dem LM 723


Etwas vornehmer sind Netzteile, die eine stufenlos einstellbare stabilisierte Gleichspannung von z. B. 2 bis 30 Volt gestatten. Das kann man z. B. mit einem regelbaren Festspannungsregler wie den LM 317 machen. Dieser wird mit zwei Widerständen beschaltet, dessen Verhältnis die vom Regler erzeugte Ausgangsspannung bestimmen. Führt man einen dieser Widerstände als Poti aus, hat man einen stufenlos regelbaren Spannungsregler! Genaueres darüber erfährt man in dem Datenblatt des LM 317.

Ich habe ein regelbares Netzteil, welches das Standard-Regler-IC LM 723 benutzt und zusätzlich noch eine einstellbare Strombegrenzung besitzt, die wirklich sehr nützlich ist!



Der LM 723

Der LM 723 ist ein Standard-IC und hat sich schon jahrelang bewährt. Durch eine externe Beschaltung kann man mit ihm feste geregelte als auch stufenlos einstellbare geregelte Gleichspannungen erzeugen. Wie gut er arbeitet, hängt letzlich von der verwendeten externen Beschaltung ab.

Im LM 723 befindet sich eine temperaturkompensierte Zenerdiode, die von einem konstanten Strom durchflossen wird und die Referenzspannung von 7,15 Volt erzeugt. Die Ausgangsspannung wird mit dieser Referenzspannung verglichen. Weicht der Wert der Ausgangsspannung vom Sollwert ab, wird diese Abweichung über ein Stellglied (Korrekturverstärker und Transistor) kompensiert.

Zusätzlich ist noch ein Transistor für die Strombegrenzung vorhanden. Sobald seine Basis-Emitterspannung (zwischen den Anschlüssen 2 und 3 am IC) den Wert von 0,6 Volt erreicht oder überschreitet, regelt er die Ausgangsspannung herunter und begrenzt so den Ausgangsstrom.


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Innenbeschaltung des LM 723


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Pinbelegung des LM 723


Der LM 723 verträgt eine maximale Eingangsspannung von 40 Volt. Der Ausgangsstrom darf 150 Milliampere nicht überschreiten. Man kann ihn aber durch Zuschalten eines Transistors erhöhen.



Ein regelbares Netzteil mit dem LM 723

Mitte der 80er Jahre habe ich ein Doppelnetzteil bekommen. Dieses verwendet eine Schaltung mit dem LM 723. Die Spannung ist von 1,2 bis etwa 35 Volt stufenlos einstellbar. Zusätzlich ist eine einstellbare Strombegrenzung von 0 bis 3 Ampere vorhanden. Diese Schaltung ist oft in verschiedenen Bausätzen verwendet worden. Auch ist es bis jetzt die mir einzig bekannte Schaltung mit stufenlos einstellbarer Spannung, die auch eine einstellbare Strombegrenzung ermöglicht. Daher habe ich sie mir mal etwas genauer angesehen.


lm723a.gif

Der Schaltplan des regelbaren Netzteils


Die Referenzspannung von 7,15 Volt wird mit dem Spannungsteiler R5 / R6 auf 1,2 Volt geteilt und dem nichtinvertierendem Eingang (Pin 5) des IC zugeführt. Diese 1,2 Volt sind gleichzeitig die kleinstmögliche einstellbare Spannung.

Die Widerstände R1, R2 und P1 dienen als Strombegrenzung. Sie bilden einen einstellbaren Spannungsteiler, der zwischen der Referenzspannung am Pin 6 (7,15 Volt) und Masse liegt. Die Spannung vom Schleifer des Potis P1 wird dem Pin 2 des LM 723 zugeführt (Strombegrenzer) und dient zur Einstellung der Strombegrenzung. Der Minimalstrom ist erreicht, wenn der Schleifer des Potis P1 dem Widerstand R2 am nächsten ist. Die Spannung am Schleifer von P1 und am Pin 2 des IC beträgt dann:

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Der Maximalstrom ist erreicht, wenn der Schleifer von P1 dem Widerstand R1 am nächsten ist. Die Spannung am Schleifer von P1 und am Pin 2 des IC beträgt dann:

lm723_strom2.gif

Der Widerstand R7 liegt im Lastkreis (Masseleitung) und dient als Strommeßwiderstand. Je höher der durch R7 fließende Strom im Lastkreis ist, desto größer ist auch der Spannungsabfall an R7! Durch den Spannungsabfall an R7 liegt der Massepunkt (Pin 7) des LM 723 um den Wert des Spannungsabfalls an R7 höher. Das andere Ende von R7 ist mit der Masse der Versorgungsspannung und dem Pin 3 des IC verbunden (Stromfühler). Man kann es auch anders sagen: Die Spannung am Pin 3 ist um den Wert des Spannungsabfalls an R7 niedriger als am Massepunkt des LM 723. Sobald der Spannungsunterschied zwischen Pin 2 und Pin 3 des LM 723 0,6 Volt erreicht oder überschreitet, regelt das IC die Ausgangsspannung herunter und begrenzt so den Strom.

Die Ausgangsspannung wird über dem Spannungsteiler P2 / P3 / R4 an den invertierenden Eingang des LM 723 (Pin 4) zurückgeführt. Stehen die Schleifer der Potis P2 und P3 auf 0 Ohm, gelangt die volle Ausgangsspannung (hier 35 Volt) an den invertierenden Eingang (Pin 4) des LM 723 und er regelt die Ausgangsspannung auf den Wert der Referenzspannung am Pin 5 (hier 1,2 Volt) herunter.

Dreht man das Poti P2 hoch, so sinkt die Spannung am Pin 4 des LM 723 unter 1,2 Volt ab und er regelt die Ausgangsspannung soweit nach oben, bis am Pin 4 wieder die 1,2 Volt erreicht sind! Stehen die Schleifer der Potis P2 und P3 auf maximalen Widerstand, beträgt die Spannung am Pin 4 des IC's:

lm723_spannung1.gif

In diesem Fall reicht die Betriebsspannung von 35 Volt nicht mehr aus, um am Pin 4 die 1,2 Volt zu erreichen und der LM 723 regelt die Ausgangsspannung auf die Maximalspannung von 35 Volt. Das Poti P3 ist für eine Feineinstellung der Ausgangsspannung vorgesehen. Um ein Schwingen der Schaltung zu vermeiden, ist noch der Kondensator C2 eingefügt, der möglichst nahe am LM 723 liegen sollte.

Wer eine kleinere Betriebsspannung hat, z. B. 24 Volt, sollte den Spannungsteiler P2 / P3 / R4 neu berechnen, und zwar so, daß bei der maximalen Betriebsspannung (z. B. 24 Volt) am Ausgang (der mit Pin 4 verbunden ist) 1,2 Volt erreicht werden. Allerdings sollte man hier beachten, daß Widerstände immer gewisse Toleranzen haben! Wenn die Spannungseinstellung nicht korrekt arbeitet, sollte man die Spannung am Pin 4 mal nachmessen.

Da der LM 723 nur einen Ausgangsstrom von 150 Milliampere verkraftet, muß er durch Zuschalten eines Leistungstransistors erhöht werden. Hier tut es eine komplementäre Darlingtonstufe bestehend aus dem PNP-Transistor BD 138 oder BD 140 (T1) und dem NPN-Transistor 2N3055 (T2). Der 2N3055 muß unbedingt auf ein großes Kühlblech montiert werden! Auch der PNP-Transistor BD 138 / 140 sollte ein Kühlblech bekommen.


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Die Anschlußbelegungen der Transistoren 2N3055 und BD 138/140


Bei dieser Schaltung beträgt der maximale Ausgangsstrom rein rechnerisch etwa 4 Ampere (siehe dazu weiter unten). Allerdings wird bei diesem Strom je nach eingestellter Ausgangsspannung eine gewaltige Verlustwärme erzeugt! Bei einer hohen eingestellten Ausgangsspannung von z. B. 30 Volt kann man unbedenklich 4 Ampere "ziehen". Kritisch sind höhere Ströme wie 3 oder 4 Ampere bei einer kleinen eingestellten Ausgangsspannung von 2 oder 4 Volt. In diesem Fall müssen über 30 Volt an den Transistoren "vernichtet" werden, wodurch sie eine gewaltige Verlustleistung von etwa 90 Watt erzeugen, die sie meist schnell mal in den Abgrund befördert!


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Das ist der Kühlkörper für den 2N3055
bei meinem Doppelnetzteil!


Bei meinem vorhandenen Doppelnetzteil ist z. B. bei einer eingestellten Ausgangsspannung von 12 Volt der recht große Kühlkörper des Transistors 2N3055 (Bild oben) schon zwei Sekunden sehr warm, wenn mal 3 Ampere fließen! Auch sind s3 Ampere schon recht viel für den 2N3055. Daher kann ich empfehlen, den Maximalstrom eher auf 2 oder 1,5 Ampere zu begrenzen, was für elektronische Schaltungen mehr als ausreicht! Wie man das macht, habe ich weiter unten beschrieben. Auch kommt man so mit einem kleineren Trafo aus!

Die Schaltung ist einfach nachzubauen. Bleibt noch die Frage nach der richtigen Eingangsspannung. Zunächst muß man bedenken, das der LM 723 eine maximale Eingangsspannung von 40 Volt verträgt! Die Eingangswechselspannung muß aber niedriger sein, denn durch den Elko C1 wird die gleichgerichtete Spannung an diesem etwa so hoch wie der Scheitelwert der Eingangswechselspannung! Bei einer Eingangswechselspannung von 24 bis 26 Volt beträgt die Gleichspannung am Kondensator C1 etwa 34 bis 36 Volt. Der Trafo sollte also eine Ausgangsspannung im Leerlauf von 24 bis maximal 26 Volt haben! Natürlich kann man auch einen Trafo mit einer niedrigeren Ausgangsspannung nehmen, nur wird auch dann die maximale Ausgangsspannung des Netzteils entsprechend niedriger!


vorsicht.gif

Da der Trafo wie alle Netzteile mit Netzspannung betrieben wird, ist hier immer große Vorsicht geboten! Daher sind ohne Ausnahme vor der Planung oder dem Baubeginn diese Hinweise zu lesen und zu beachten!!!


Unbedingt sollte man einen richtigen Trenntrafo oder noch besser einen Sicherheitstrafo verwenden! Wichtig ist auch der Einbau einer Sicherung! Bei Absicherung auf der Primärseite des Trafos sollte die Sicherung einen Wert von 1 A haben. Empfehlenswert ist weiterhin der Einbau eines Volt- und Amperemeters in das Gehäuse.



Verringerung des Maximalstromes

Man kann den Maximalstrom am besten durch Verändern von R7 beeinflussen. Wie bereits weiter oben gesagt, beträgt bei voll aufgedrehtem Poti P1 die Spannung an seinem Schleifer und damit an Pin 2 des LM 723 0,09 Volt. Durch den Spannungsabfall an R7 ergibt sich am Pin 3 des LM 723 eine Spannung, die um die Größe des Spannungsabfalls an R7 niedriger ist, als am Massepunkt (Pin 7) des LM 723.

Fließt z. B. im Lastkreis ein Strom von 3 Ampere, so beträgt der Spannungsabfall an R7:

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Die Spannung am Pin 3 des LM 723 ist hier um 0,36 Volt niedriger als am Massepunkt des IC! Der Spannungsunterschied zu Pin 2, an dem ja 0,09 Volt liegen, beträgt also 0,36 + 0,09 = 0,45 Volt. Damit spricht die Strombegrenzung des LM 723 noch nicht an, denn dazu muß der Spannungsunterschied 0,6 Volt betragen. Es müssen also 0,6 - 0,09 = 0,51 Volt an R7 abfallen, damit die Strombegrenzung anspricht! Damit kann man leicht den benötigten Wert für R7 für einen bestimmten Maximalstrom ausrechnen, z. B. für 2 Ampere:

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Und für 1,5 Ampere Maximalstrom beträgt der Wert für R7:

lm723_strom5.gif

Man kann auch umgekehrt rechnen, z. B. welchen Maximalstrom der im Schaltplan vorhandene Wert von 0,12 Ohm für R7 ergibt:

lm723_strom6.gif

Der beim Originalnetzteil angegebene Maximalstrom von 3 Ampere stimmt also rein rechnerisch nicht! Für einen Maximalstrom von 3 Ampere beträgt der Wert für R7:

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Nach dem Austausch von R7 sollte man immer den Maximalstrom prüfen! Ich nehme dazu eine Glühlampe aus dem KFZ-Bereich für 12 Volt mit 25 oder 40 Watt.



Auf gute Potis achten!

Die Potis P1 und P2 sollten unbedingt von guter Qualität sein (Präzisionspotis). Bei meinem Netzteil war z. B. nach 20 Jahren das Poti für die Strombegrenzung kaputt gegangen. Beim Drehen im unteren Bereich (hohe Strombegrenzung) stieg die Strombegrenzung kurzzeitig immer wieder auf ihren Maximalwert von 3,5 Ampere. Auch bei Linksanschlag des Potis (Strom auf 0 A) war das der Fall. Und sowas darf auf keinem Fall sein, weil dann die an das Netzteil angeschlossene Schaltung durch Fehler oder Kurzschlüsse überlastet und zerstört werden kann! Damit aber überhaupt eine Spannung einstellbar ist, muß das Poti P1 für die Strombegrenzung schon etwas hochgedreht sein (etwa ein Drittel).



Die Schaltung funktioniert nicht!

Ich habe immer wieder Mails von Bastlern bekommen, die diese Schaltung aufgebaut haben, aber sie anschließend nicht funktionierte, obwohl alles angeblich korrekt aufgebaut wurde.

Auf einer anderen Webseite wurde eine sehr ähnliche Schaltung mit dem LM 723 vorgestellt, später aber vom Webmaster entfernt, weil es nach seiner Aussage mit dieser Schaltung immer wieder Probleme gab und er sie daher von seiner Webseite entfernt hat und auf diverse Conradbausätze verweist.

Der Grund für dieses Fehlverhalten ist mir nicht bekannt. Mein Doppelnetzteil, welches die hier gezeigte Schaltung enthält, funktioniert einwandfrei. Und weil es das tut, hatte ich bis jetzt auch noch keinen Grund, diese Schaltung selber nochmal neu aufzubauen. Wenn ich aber mal Zeit dafür habe, werde ich das doch mal tun, denn letztlich muß der Grund für das häufige Nichtfunktionieren irgendeine Ursache haben.

Nach dem Datenblatt des LM 723 ist ein stabiler Betrieb erst ab einer Referenzspannung von 2 Volt am Pin 5 gewährleistet! Oft wird aber weniger genommen, weil die Spannung am Pin 5 gleichzeitig die kleinstmöglich einstellbare Spannung ist.

Wenns trotz richtigen Aufbau nicht funktioniert, sollte man erstmal probieren, die Spannung an Pin 5 auf 2 Volt zu bringen. Dazu ändert man den Widerstand R5 auf 8,2 Kiloohm, und R 6 auf 3,3 Kiloohm, was etwa 2 Volt am Pin ergibt. R4 wird auf etwa 680 Ohm geändert (bei 30 Volt Eingangsspannung).



Das Doppelnetzteil aus den 80er Jahren

1985 bekam ich von meinem Vater ein Doppelnetzteil zum Geburtstag, welches damals als Bausatz zu bekommen war (allerdings weiß ich nicht woher es kam). Es verwendet die oben gezeigte Schaltung und funktioniert auch heute noch einwandfrei.

Da ich es seit Anfang der 90er Jahre nicht mehr benutzt hatte, schlug mir 2003 beim Einschalten bei einem Netzteil der 4700 µF Elko durch (im Schaltplan oben C1). Daraufhin tauschte ich gleich den Elko des anderen Netzteils mit aus. Später erneuerte ich die schon erwähnten Potis für die Strombegrenzung und versteifte zusätzlich das Gehäuse.

Zuletzt reduzierte ich den Maximalstrom von 3,5 Ampere auf 2 Ampere durch den Tausch von R7 mit einem Wert von 0,22 Ohm. Das reicht vollkommen aus und so werden die Transistoren auch nicht so stark belastet. Auch war das Trafobrummen bei 3,5 Ampere schon recht stark, was bei 2 Ampere ebenfalls deutlich reduziert ist.


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Das Doppelnetzteil mit dem LM 723 aus den 80er Jahren


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