Stromversorgung 12 VDC

Für vielerlei Steuer- und Regelfunktionen auf der Modellbahn wird eine saubere Stromversorgung von 12VDC benötigt. Kein Problem: Machen wir selber aus 16VAC, welche wir meist bereits haben (Wechselstromausgang vom Fahrtrafo; zentrale Stromversorgung o.ä.).

Spezifikationen

Eingang = 14...16V AC oder DC
Ausgang = 12V DC geregelt, max. 1.5A, kurzschlussfest

Die Stromversorgung ist völlig simpel:
16VAC -> Gleichrichter -> Elko -> Spannungsregler -> 12VDC
(und eine LED mit integriertem Vorwiderstand für die Funktionsanzeige.)
Die Kunst liegt eher bei der Dimensionierung der Bauteile.

Dimensionierung

Meine Stromversorgungsbaugruppe ist so dimensioniert, dass sie bis zu 1.5 A permanent liefern kann. Die Baugruppe findet auf 1/4 Europakarte platz. Der Kühlkörper ist mit Abstand das grösste Bauteil. Er muss die Verlustleistung abführen, welche im Spannungsregler verheizt wird:

Pv = (Uin - Uout) * I

Wenn 16VAC gleichgerichtet und geglättet werden, erhalten wir 21V. Bei 1.5A Maximalstrom ergibt sich somit eine Verlustleistung von (21V - 12V) * 1.5A = 13.5W !

Damit 1.5A sicher abgegeben werden können, habe ich einen Trick angewendet: Der Elko ist so dimensioniert, dass er bei einer Belastung mit 1.5A eine Restwelligkeit von 6V stehen lässt, d.h. bei 1.5A sinkt die Spannung nach jeder Halbwelle von 21V auf 15V ab. (14V ist die minimale Eingangsspannung des Spannungsreglers.) Damit sinkt die durchschnittliche Eingangsspannung am Spannungsregler auf ca. 18V und damit ergibt sich eine kleinere Verlustleistung von (18V - 12V) * 1.5A = 9.0W.

Mit dem verwendeten Kühlkörper (7K/W) und dem thermischen Widerstand des Spannungsreglers (3K/W) ergeben sich folgende Temperaturen:

Temp = 20°C + (3K/W + 7K/W) * Pv

I	mittl.Uein	Uaus	Pv	Temp
0.3A	20.5V	12V	2.6W	46°C
0.5A	20V	12V	4.0W	60°C
0.7A	19.5V	12V	5.3W	73°C
1.0A	19V	12V	7.0W	90°C
1.5A	18V	12V	9.0W	110°C

Der verwendete Spannungsregler L7812CV ist eine integrierte Schaltung, welche einen eingebauten Kurzschluss- und Übertemperaturschutz aufweist. Bei einem Strom > 2.2A oder einer Temperatur > 150°C schaltet sich der Spannungsregler automatisch ab.
Der verwendete Kühlkörper ist ein guter Kompromiss aus Wärmeabfuhrvermögen, Baugrösse und Preis.

Die Temperaturen sinken mit kleinerer Eingangsspannung (z.B. 14VAC); sie steigen mit grösserer Eingangsspannung. Die Stromversorgungs-Baugruppe kann auch mit Gleichstrom betrieben werden; bei geglätteten 21V am Eingang erzeugt die Verlustleistung jedoch eine Temperatur von 155°C und dann geht es nicht mehr!

Und noch etwas...

Es ist eine gute Idee, die leistungsführenden Leiterbahnen (dort, wo bis 1.5A fliessen) massiv zu verzinnen, sodass der nutzbare Querschnitt vergrössert wird!

Schema

Layout (pdf, 44kB)

Materialliste

Alle Artikelnummern sind von Distrelec. Stückzahlen gemäss Schema.

60 20 02	Brückengleichrichter, Belastbarkeit 2A
80 18 54	Elko 470uF, 50V, 2000mA
64 70 76	Spannungsregler L7812CV, 12V, 1.5A
65 03 24	Kühlkörper, 7K/W
25 32 82	LED grün mit integriertem Vorwiderstand für 12VDC
45 00 89	Laborkarte mit Leiterbahnen (1/4 pro Stromversorgung)
45 02 00	Lötstützpunkte

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