MFK Gemeinschaftsprojekt: Universalnetzteil

[SeriousD]

Hallo liebe Community,

wir standen alle mal an diesem Punkt: Wir fingen an zu basteln und brauchten ein Netzteil. Und immer wieder die Frage: Ja was wäre denn gut? Was solls denn können? Wofür brauch ich was?

Schluss damit!
Lasst uns doch gemeinsam ein anfängerfreundliches Universalnetzteil bauen.
Sicherlich sind oftmals die Anforderungen verschieden aber das könnten wir mit unserem Design ja auch mit beachten.

Die Eckdaten stelle ich mir in etwa so vor:
- Preis <= 150€ (an sich lieber 100..)
- Pmax ~ 240W
- Vmax ~ 40V
- Imax ~ 20A

Auflösung:
- DeltaV ~ 1mV
- DeltaI ~ 1mA

Eingabe:
- Einstellung über Drehgeber, evtl mit USB/Ethernet

Sonstiges:
- Loadswitch(es)
- Ob Mehrkanal oder Einkanal müssten wir Evaluieren
- Keine Arduino-Software
- Selbstverständlich Strom-und Spannungsbgrezenung evtl Leistungsbegrenzung
- Festspannungsausgang vorgesehen
- Mehrfach gesichert


Realisierungsgedanken:
- Grundlage für Leistung sowie Dynamik sollen 4 von diesen RKTs werden: http://www.pollin.de/shop/ds/MDA2OTk2OTk-.html
- Grundsätzlich würde ich sagen, dass das Netzteil linear geregelt sein soll, damit nicht soviel Leistung verbraten wird soll aber noch eine Thyristorvorregelung dazu - also Aktivgleichrichter
- Nach Möglichkeit nur Through-Hole Bauteile, da Anfängerfreundlich
- Gerne kann die Intelligenz von einem Arduino Uno Board kommen - Softwareseitig sollten wir aber auf jeden Fall nicht auf Arduino aufbauen - dafür sind Regelung und Timing zu kritisch.


Hier eine Referenz zu Preis/Leistung: https://www.reichelt.de/Labornetzgeraet ... CLE=135689
Ein Bastlernetzteil, welches diese Specs in Preis/Leistung schlägt wäre super genial oder nicht?

Wie wird das nun ein Gemeinschaftsprojekt?
Nun zu allererst kann hier jeder seinen Senf dazu geben, etwas an den Specs anmerken und allgemein das ganze Projekt diskutieren.
Für das Projekt braucht es aber noch viel mehr:
Insbesondere Kostenfaktoren oder schlicht Erfahrungen mit ICs und Schaltungstopologien sind goldwert und sollen hier mit einfließen.
Darüber hinaus braucht es Menschen, die Schaltungen designen, testen ätzen etc, vom Gehäusedesign mal ganz zu schweigen.
Genauso hat der ein oder andere sicherlich gutes Messequipment daheim, womit Fehler gesucht und realSpecs aufgenommen werden können.
Zusammengefasst(diese Liste hat keinen Anspruch auf Vollständigkeit) könnten das folgende Aufgaben sein:
- Design Vorregelung(Topologie / Platine)
- Design Feinregelung(Topologie / Platine)
- Design Digitalteil(Topologie / Platine)
- Netzfilterdesign
- Programmierung der Boardsoftware(Gerne auch in Teilaufgaben)
- Evtl Programmierung der Clientsoftware
- Komponenten-und Modultesting
- Gesamttest
- Bauteilaquise
- Gehäuse- und Frontplattendesign

So das erstmal dazu. Nun seid ihr gefragt:
Was haltet ihr von der Idee und dem Design?
Wer wäre mit am Start?
Sind die Specs wirklich gut so?

Beste Grüße
SeriousD

[ferrum]

A) Ich bin dabei aber erst in 5 Wochen weil ich bis dahin noch einen Quadrocopter zu bauen habe und im Urlaub bin.
B) Erstmal anfangen Schnittstellen zu definieren. Und dann in kleinere Teile Unterteilen. Und auf einzelne Personen Verteilen. Ich würde mich mal für eine Thyristor Vorregelung melden ich hab sowas ähnliches schon mal für meine Endstufe entworfen.
C)Als allererstes mal um Leute kümmern ich schätzte mal dass wir ca. 10-20 Leute brauchen sonst wird das nichts. Also möglichst alle Mitmachen!!!!
lg Flo

[SeriousD]

Moin Flo,

danke für die schnelle Antwort.
ad A) Kein Stress, ich denke es wird noch mindestens 1 Woche brauchen bis die Idee im Forum angekommen ist und dann nochmal 1 bis 3 Wochen bis Specs klar und Aufgaben verteilt sind sowie Planung vorhanden ist.
ad B) Cool, dass Du am Start bist. Ich denke Schnittstellen können wir im Kollektiv nach Erfahrungswerten verteilen.Erstmal schauen ob wir eine "kritische Masse" an Leuten, die mitwirken wollen erreichen.
ad C) 10-20 Leute ... uiuiui. Soviele Leute wären klasse, ich denke aber dass wir Kompetenzen auf Teilkomponenten verschieben sollten und es damit belassen sollten. Wir dürfen uns nicht in Details verlieren. Blöd und überspitzt gesagt: Extra eine Person um eine Overheat-LED zu dimensionieren wäre kontraproduktiv Nicht vergessen: Zuviele Köche verderben den Brei Das heißt nicht, dass nicht jeder mitwirken kann, immerhin sind Schaltungs- und Layoutreviews sowie Verbesserungsvorschläge mehr als Gold wert. Nicht umsonst werden in der Qualitätssicherung oftmals Leute dazu eingestellt nur um dies zu tun. Einfach weil "externe" nicht in der Betriebsblindheit des Entwicklers stecken.

Allgemein:
Denkt ihr, dass die Auflösung bei der Dynamik realistisch ist?

Beste Grüße
SeriousD

[Thunderbolt]

- Preis <= 150€ (an sich lieber 100..)
- Pmax ~ 240W
- Vmax ~ 40V
- Imax ~ 35A

sind die 35A 'n schreibfehler? wenn nein passt da irgendwas nicht...

[SeriousD]

Moin Thunderbolt,

stimmt. Danke. Sollen 20A sein.

Beste Grüße
SeriousD

[Röhrentechniker]

Soll die maximale Spannung bei maximalem Strom erreicht werden können ?

[Elektro-Bastler]

Mahlzeit,

bei der Elektronik kann ich wohl nicht großartig mitwirken, aber was das Gehäuse usw.
angeht, kann ich wohl behilflich sein.

Gruß Julian

[MaxZ]

Hallo!


Klasse Idee!

Wenn ich irgentwie kann, helfe ich gerne, aber ich fürchte meine Erfahrung ist hierfür nicht ausreichend. Das einzige was ich im Moment beisteuern könnte ist folgendes: Voltcraft stellt die Schaltpläne seiner Netzteile zur Verfügung: Gerät und Schaltplan
Er könnte vielleicht als Basis, bzw. Orientierung dienen.


Liebe Grüße und viel Erfolg!
Max

[EL12]

Ich bin auch dabei, bin allerdings diese und nächste Woche noch auf Klassenfahrt. Ich könnte Platinen Layout zeichnen bzw. Prototypen ätzen.

mfG
EL12

[SeriousD]

Moin moin,

Soll die maximale Spannung bei maximalem Strom erreicht werden können ?

Nein. Ich hab mir überlegt, dass die Specs durch verschiedene Zusammenschaltung der RKTs erreicht werden. So können bis 12V nur 20A, bis 24V nur 10A und bis 48V nur 5A entnommen werden.
Das wird doch wohl reichen oder?

Mahlzeit,
bei der Elektronik kann ich wohl nicht großartig mitwirken, aber was das Gehäuse usw.
angeht, kann ich wohl behilflich sein.
Gruß Julian

Nice! Hast Du da schon irgendwelche Ideen?

Hallo!


Klasse Idee!

Wenn ich irgentwie kann, helfe ich gerne, aber ich fürchte meine Erfahrung ist hierfür nicht ausreichend. Das einzige was ich im Moment beisteuern könnte ist folgendes: Voltcraft stellt die Schaltpläne seiner Netzteile zur Verfügung: Gerät und Schaltplan
Er könnte vielleicht als Basis, bzw. Orientierung dienen.


Liebe Grüße und viel Erfolg!
Max

Was hast Du denn bisher gebastelt?
Der Schaltplan ist sehr gut, ich hab auch mal ein wenig geschaut.... ich glaube das NT hier von einem sehr guten Ex-Member könnte als Arbeitsgrundlage dienen: http://fritzler-avr.de/HP/NT800W/first.php

Ich bin auch dabei, bin allerdings diese und nächste Woche noch auf Klassenfahrt. Ich könnte Platinen Layout zeichnen bzw. Prototypen ätzen.

mfG
EL12

Ah das ist ja schonmal sehr gut, mit welchem Programm machst Du denn das Layout und wie ist das Ätzverfahren?

So ich hab mal ein wenig nachgedacht - da das hier ein Gemeinschaftsprojekt werden soll, möchte ich nicht allzusehr vorpreschen. Aber was haltet ihr von folgendem prinzipiellem Aufbau:

Prinzip.png (13.11 KiB) 2498 mal betrachtet

Das wäre eine Variante für ein 2 Kanal Aufbau.
Interessant wird die Vorstufenweiche ... in dieser werden die RKT Vorstufen entsprechend verschaltet so dass die jeweiligen Abstufungen erreichbar sind. Diese Variante hier ist für 2 Kanäle ausgelegt.
Diese Grafik zeigt auch nur den Prinzipaufbau des Netzteils, da kommen sicher noch Dinge wie Displaycontroller, IO Controller, Hauptsteuerung dazu...

Beste Grüße
Dennis

[ferrum]

Das wo ich mir sorgen mache ist das paralellschalten von den Vorstufen. Ich sehe da 3 Möglichkeiten.
A) Reines Phasenmultiplexing
es wird pro Phase immer nur ein Trafo gezündet.
Vorteile keine evtl instabiles aufwändiges balancing notwendig.
Nachteil Trafo wird im schlechtesten fall in einer Phase mit 20A belastet
B) Reines Balancing
In jeder Phase werden alle Trafos gezündet der exakte Schaltzeitpunkt wrd durch Stromregelung bestimmt
Vorteil wenn alles optimal läuft nur 5A auf dem trafo was Nennleistung entspricht.
Nachteil evtl. instabile regelung.
C) Gemischtes balancing und multipelexing
Es werden immer 2 oder 3 Trafos gezündet Durchwechseln der parallel gezündeten trafos.
Vorteil keine extreme Überbelastung der Trafos(6,6A bzw. 10A), einfacheres balancing
Nachteil insgesamt aufwändigeres verfahren und leichtere Überbelastung.
lg Flo

[Elektro-Bastler]

Nice! Hast Du da schon irgendwelche Ideen?

Die Elektronik sollte so klein wie möglich werden, denn große Gehäuse sind recht teuer. Kleinst
mögliches Gehäuse und ein gutes Konzept um die Abwärme der Leistungselektronik (passiv? aktiv?)
herauszuleiten.

Die bequemste Lösung wird vermutlich ein fertiges Gehäuse sein, bei dem man einfach nur noch eine
passende Frontblende einsetzt. Sobald die Anzahl und genauen Typen von Potis, Einbauinstrumenten,
Schaltern usw. feststehen, würde ich mich mal auf die Suche nach Gehäusen in passender Größe
machen und die Frontblende dafür im CAD (oder Frontplatten-Designer von Schaeffer) entwerfen. Dann
können die Daten irgendwo hier hinterlegt werden, sodass sich jeder Gehäuse + Platte bestellen kann,
oder wir machen hin und wieder mal eine Sammelbestellung, falls es Mengenrabatte gibt, ab einer gewissen
Stückzahl.

Alternativ das gesamte Gehäuse selber Designen und aus Edelstahl oder Alublech lasern lassen. Dann
könnte man die Löcher für die Befestigung von Trafos, Platinen usw. gleich mit in die Bodenplatte lasern
lassen. Ist halt eine Frage des Preises, muss ich dann kalkulieren, sobald die benötigte Größe abschätzbar
ist


Gruß

[ferrum]

Blöde Idee wegen Trafo Montierung was wäre mit einer Gewindestange die waagrecht im Gehäuse läuft und wo alle darauf montiert sind. Trafos ganz nach hinten und die Thyristoren gleich an die Rückwand schrauben zur Kühlung. Die restlichen Platinen alle waagrecht stellen und vor die Trafos. Kühlung von den Linearreglern dann nach oben. Dürfte geschätzt am raumsparendsten sein evtl. kann man dann die Busverbindungen und Steuerleitungen so realisieren dass man nur die Platinen zusammenstecken braucht.
Platinen ätzen kann ich auch. Ich verwende Belichtungsfilme aus der Druckervorstufe mit bis zu 6400DPI wobei das größte was ich auf meinem Computer sinnvoll exportiert bekomme sind 1270DPI (20um) 10millis sind damit kein Problem. Zum belichten hab ich 6*20W UV röhren da (Nagelstudioteil). Entwickeln mit NAOH und ätzen mit FeCl3 bei 60 - 80°C.
lg Flo

[Elektro-Bastler]

Hallo Flo,

könnte man so machen, zwei Winkel auf die Bodenplatte genietet und die Trafos da dran geschraubt.
Platinen hochkant geht natürlich auch, nur sollte das ganze halt vor allem so niedrig wie möglich werden.
Muss man halt wirklich im Laufe der Entwicklung schauen, wie klein man die Sachen gestaltet, ob SMD
eingesetzt werden kann, usw.
Wenn ich die Preise von Platinen made in China sehe, dann ist die Frage ob es nicht einfacher ist einen
Satz dort zu bestellen? Aber das ist ja noch Zukunftsmusik. Ich behalt den Thread im Auge und wenn es
etwas konkreter wird und Abmessungen festgelegt werden könnten, spreche ich das Thema Gehäuse
noch mal an

Gruß Julian

[MaxZ]

Hallo!

Was hast Du denn bisher gebastelt?
Der Schaltplan ist sehr gut, ich hab auch mal ein wenig geschaut.... ich glaube das NT hier von einem sehr guten Ex-Member könnte als Arbeitsgrundlage dienen: http://fritzler-avr.de/HP/NT800W/first.php

Eigentlich nicht sooo viel. Eine kleine SSTC und aktuell eine größere DRSSTC sind meine letzten Projekte. Ich habe auch Erfahrung mit Arduino, aber das ist hier ja nicht gewünscht. Ich bin dabei, mich mit "richtiger" AVR Programmierung vertraut zu machen, da ich dies bei meiner DRSSTC benötige. Beim Controller könnte ich also u.U. mithelfen, zumal mir sehr viel daran liegt Software so intuitiv und benutzerfreundlich wie möglich zu gestalten.

RKTs mögen vielleicht bequem sein für den Schaltungsaufbau, allerdings hat sicherlich nicht jeder Bastler passende RKTs zuhause rumliegen. Das Problem ist, dass die neu ziemlich teuer sind, siehe z.B. dieses Exemplar. Der wäre von der Leistung her perfekt (wahlweise 30V 16A oder 60V 8A) aber frisst schon die Hälfte des Budget. Etwas günstigere RKTs habe ich auf die Schnelle hier gefunden, aber damit nimmt ein einziger immer noch mindestens einen Drittel der gesetzten 150€ ein - ohne Versand.
Wenn jetzt auch noch zwei davon ins Netzteil kommen sollen, brauchen wir entweder eine weitaus günstigere Bezugsquelle oder wir müssen das Konzept überarbeiten um z.B. ohne 50Hz Trafo auszukommen (außer ev. zur Versorgung der Netzteil-Elektronik). Das ist z.B. bei dem von mir verlinkten Schaltplan der Fall, wenn ich mich nicht irre. Allerdings würde ich bei dem unbedingt einen Linearregler an den Ausgängen hinzufügen. Zum einen um die Restwelligkeit besser zu beseitigen, zum anderen für eine sinnvolle Strombegrenzung (die Glättungselkos können für zerstörerische Ströme sorgen...)

Edit: Ich Dummkopf sehe gerade, dass die billigere Quelle für RKTs schon längst gefunden ist... Wobei Pollin regelmäßig Produkte aus dem Angebot nimmt, auch wenn ich nicht glaube, dass ihr RKT Angebot davon betroffen ist (meist nur B-Ware). Nichtsdestotrotz frage ich mich, ob ein Aufbau ohne die 4 RKTs nicht doch billiger (und vielleicht auch kompakter) wird.


Liebe Grüße,
Max