Schaltnetzteil mit L4960

Das Netzteil baut auf dem Schaltregler L4960 auf. Dieser Baustein kann eine Eingangsspannung von 9-46V in eine Ausgangsspannung von 5-40V (abhängig von der Eingangsspannung) verwandeln. Die maximale Stromstärke beträgt dabei 2,5 A.

L4960 Schaltnetzteil Ein Schaltnetzteil bietet gegenüber Linearspannungsreglern viele Vorteile. Es hat eine geringere Verlustleistung da die überschüssige Energie nicht in Wärme umgewandelt, sondern einfach abgeschaltet wird. Das heißt zum einen das es sich nicht so stark erwärmt, da es eine viel geringere Verlustleistung abführen muss und zum anderen, dass dadurch ein größerer Teil der Kapazität von Akkus sinnvoll genutzt werden kann. Allerdings fällt dann die Heizungsfunktion weg :-D. Das sich der IC weniger erwärmt macht sich vor allem bei höheren Spannungsdifferenzen zwischen Ein- und Ausgangsspannung bemerkbar. Bei mir war es zum Beispiel so, dass mein Linearspannungsregler nach einer Stunde Betrieb auf meinen Roboter schon sehr heiß wurde. Am Schaltnetzteil ließ sich hingegen keine spürbare Erwärmung festzustellen.

Allerdings sollen auch die Nachteile nicht unerwähnt bleiben:
Gegenüber einem Linearspannungsregler ist die Schaltung deutlich aufwendiger und größer, da neben dem IC noch diverse andere Bauteile benötigt werden. Insbesondere die Spule nimmt eine ganze Menge Platz.
Außerdem ist die Ausgangsspannung eines Schaltnetzteils nicht so “sauber” wie die eines Linearspannungsreglers. Bedingt durch das an- und abschalten entstehen geringe Schwankungen in der Ausgangsspannung (diese sollten allerdings nur im Millivolt-Bereich liegen). Daher kann es durchaus sinnvoll sein eine hohe Eingangsspannung zuerst mit einem Schaltnetzteil zu “reduzieren” und dann noch einen Linearspannungsregler nach zuschalten um eine möglichst saubere Ausgangsspannung zu bekommen.
Ein weiterer Punkt wäre noch die Minimale Eingangs-/Ausgangsspannungsdifferenz, auch als “Dropout Voltage” bezeichnet. Es gibt so genannte “Low-Drop” Linearspannungsregler, die mit 0,6 Volt auskommen, der L4960 braucht hingegen fast 3 Volt um sicher regeln zu können, lässt sich also erst ab einer Eingangsspannung von ungefähr 8 Volt einsetzten.

Schaltung

Die Schaltung stammt aus dem Originaldatenblatt zu dem L4960. Wenn man eine Ausgangsspannung von konstanten 5,1 Volt haben will muss man bei der Originalschaltung die Widerstände R4 und R3 weglassen und statt dessen Pin2 direkt mit der Ausgangsspannung verbinden. Das Ganze sieht dann so aus:

Warum funktioniert das Ganze?

Im Datenblatt findet man folgende Blockschaltung:

Funktionsschema

Grob betrachtet sieht die Funktion folgendermaßen aus: Bei wird die Ausgangsspannung mit einer internen 5,1 Volt Referenz verglichen. Ist die Spannung dort zu niedrig wird ein Signal zu dem Leistungstreiber geschickt. Dieses ist getaktet und zwar mit einer Frequenz die über den Oszillator bei festgelegt wird. Die ganzen anderen Bauteile bei bilden die zahlreichen Schutzfunktionen wie Übertemperaturschutz oder Strombegrenzung. Das Ausgangssignal der Schaltung (Pin 7) wird dann noch über die Spule von hochfrequenten Anteilen befreit und über den Kondensator geglättet.

Bestellliste

Alle Bauteile bekommt man zum Beispiel bei Reichelt:

Bauteil	Best.-Nr.	Preis [Euro]
L4960	4960	2.65
Spule	77A 150µ	0.9
Diode	BYW29/100	0.4
1000µF/35V	rad 1.000/35	0.3
2,2µF	rad 2,2/63	0.04
2 x 220µF	2 x rad 220/35	0.2
4,3K	1/4 Watt 4,3K	0.033
15K	1/4 Watt 15K	0.033
2,2 nF	X7R-2,5 2,2n	0.08
33 nF	X7R-2,5 33n	0.09
100 nF	X7R-2,5 100n	0.12

Insgesamt belaufen sich die Kosten auf fast 5 Euro. Das ist zwar ein ganzes Stück teurer als ein Linearspannungsregler (ein 78S05 kostet 40 Cent) aber noch akzeptabel.

Bilder der fertigen Schaltung

Downloads:

schaltnetzteil.zip [99.11 kB]

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Kommentare

# Werner meinte am 23. November 2006, 17:46 dazu:

Hallo Sehr schöne Seite. Eine Kleinigkeit ist mir aufgefallen: Auf der Seite ‘Schaltnetzteil mit L4960’ stimmt der Link zu Reichelt nicht (es fehlt: ‘.de’)

# Fabian Greif meinte am 23. November 2006, 19:50 dazu:

Ist korrigiert.

# Bernd meinte am 8. Dezember 2006, 20:36 dazu:

Danke für die Schaltung, in der Bauteilliste fehlt, wenn ich das richtig sehe, die Diode 1N4004. Egal, ich hab ne BYV27-200 genommen. Scheint auch zu laufen.

# gui meinte am 12. Februar 2007, 01:49 dazu:

Hi Ist die Drossel nicht ein wenig zu schwach was die Stromstärke anbelangt, bei maximal 2,5A ?

# Jan meinte am 11. März 2007, 15:56 dazu:

Für alle die auch nachbauen wollen und bei Reichelt bestellen: Hier hab ich den Warenkorb gespeichert; der neue Reichelt-Shop machts möglich :-)

# Bernd meinte am 19. März 2007, 13:51 dazu:

Die Fotos machen den Eindruck, als wären die beiden kleineren Elkos verkehrt herum eingelötet. Kann das sein? Im übrigen beschäftigt man sich derzeit im Forum von www.elektronik-kompendium.de mit dieser Schaltung.

# Fabian Greif meinte am 19. März 2007, 14:14 dazu:

Die sind schon richtig herum, allerdings zeigt das Bild eine ältere Version des Layouts bei dem die Elkos noch gedreht waren.
Ich muss mal schauen ob ich irgendwo noch akutelleres Bild habe.

# Edmund meinte am 13. April 2007, 19:42 dazu:

Also so wie ich das lese wäre es durchaus möglich folgendes Ergebnis zu erzielen:

Uin: 13,8V Uout: 7,5V Iout: 2,5A (max.)

Auf was müsste ich denn achten und welche Bauteile müsste ich denn da noch neu Dimensionieren?

# kundiet meinte am 17. April 2007, 14:25 dazu:

wie kann ich den strom erhöhen?

so etwa 10 AMP ?! Grüße kundiet

# Schwipp meinte am 28. Juni 2007, 16:06 dazu:

Wodurch ist die maximale Eingangsspannung bestimmt? Gruß Schwipp

# Schwipp meinte am 28. Juni 2007, 16:38 dazu:

Werde Trafo mit Mittelanzapfung und zwei Bausteine nehmen, um die Gesamtspannung zu erhöhen.

Der 10 A schaltkreis muss wesentlich aufwändiger beschaltet werden, nicht trivial: http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/1361.htm

# Schwipp meinte am 29. Juni 2007, 18:26 dazu:

.. mit Mittelanzapfung ginge das natürlich nicht, nur mit zwei separaten Wicklungen.

Ich habe aber doch etwas Bedenken bekommen, was die GRENZEN der Schaltleistung der hier beschriebenen Schaltung angeht, weil: Klickt mal hier diesen Simulator - Link an und experimentiert mal mit Strom und Spannung am Ausgang. Der Simulator macht Euch dann einen Baustein - Vorschlag ODER er sagt, dass es keine Lösung gibt und warum es sie nicht gibt:

http://preview.tinyurl.com/2ldcqx

Da sieht man schnell, dass man ENTWEDER viel Spannung und wenig Strom ODER wenig Spannung und viel Strom machen kann, und welche Eingangsspannung ihr benötigt dafür, obgleich das alles mit anderen Bausteinen läuft, aber die abzuführende Wärmeleistung dürfte ähnlich sein.

# Lorenz meinte am 18. Februar 2008, 20:20 dazu:

Hallo,

hat schon mal jemand von euch die Schaltung an einem Oszi geprüft? Also mit dem default-setup sieht das wirklich nicht gut aus. Ich denke es liegt an der Spule, welche nicht ausreichend dimensioniert und vom Typ her ungeeignet ist. Die angegebene Spule von Reichelt ist eine Funkenstörspule und hat einen schlechten Wirkungsgrad.
Das Problem eine passende Spule zu finden ist leider noch größer, da ich keinen Distributor für die im Datenblatt angegebene Spule finde. Nicht mal einen wirklich gut passenden Kern zum selber wickeln.
Hat da jemand eine Idee?
Ansonsten prima Ideenpool hier :-)
Gruß Lorenz

# Dinis67 meinte am 6. April 2008, 00:53 dazu:

mit der Spule hast du völlig recht. Je nach Leistung ist die Spule überfordert? sprich der Spulenkern geht in sättigung die Induktivität sinkt (quasi richtung luftspule). Eine Spule mit 150uH bei 5A sollte es schon sein. Also ca. ein T106-26 Kern (kleiner Ringkern) mit ca. 40-50 Windungen Cul 0,6-0,8mm -1mm geht auch.
passend z.b bei Reichelt RIK 20 :: Ringkern aus Ferroxube, N30 für nen Euro 20cent

übrigens Spule wickeln macht doch spass, wenns nacher läuft :-)

# Paul meinte am 13. Februar 2009, 17:35 dazu:

Hallo,

ich möchte diese Schaltung nachbauen, um einen Microcontroller damit zu versorgen. Ist die Spannung, die der Regler leifert dafür ausreichend sauber?

Vielen Dank

Gruß Paul

# Pfisi meinte am 27. März 2009, 11:52 dazu:

Sollte für ein Schulprojekt ein Schaltnetzteil bauen und bin auf dieses hir gekommen. Habe eine Eingangsspannung von 9.4V und sollte eine Ausgagspannung von 5V haben. Der Strom beträgt 150mA und jetzt würde ich gerne wissen ob ich dieses Schaltnetzteil für mein Projekt verwenden könnte?

Danke mfg Pfisi

# Christopher meinte am 15. Mai 2009, 08:48 dazu:

Hallo, hat jemand Erfahrung die warm/heiß der IC wird bei ca.13V in und 5V 1A out??? Braucht der da einen Kühlkörper oder packt er das ohne.

Grüße Christopher

# Peter meinte am 3. Juli 2009, 08:17 dazu:

Hallo Christopher,

die Frage mit den gleichen Daten würde mich auch brennend interessieren (13Vin und 5Vout bei 1A). Hast Du Erfahrung mit obiger Schaltung gesammelt?

Danke, Peter

# Jens meinte am 4. März 2011, 12:21 dazu:

Hallo, Christopher und Peter. Ja, zwingend erforderlich. Betreibe an dem SN 9 LED`s mit 15mA. Das Teil wird dann so heiß, dass es gerade an der Schmerzgrenze (heiß)ist. Grüße, Jens

# Roland meinte am 1. Dezember 2011, 10:00 dazu:

Hallo!

Vielen Dank für die Schaltung. Ich habe sie gestern auf einer Rasterplatine nachgebaut und hat alles auf anhieb funktioniert. begeistert Die Diode BYW29/100 war nicht lieferbar, durch die 200 ersetzt. Die Schutzdiode am Eingang (4Nxxx) hatte ich noch hier, aber ggf. im Reichelt-Bestellkorb erweitern. Dennoch: Das sind ganz kleine Kritikpunkte, bei einer super Schaltung, die sofort funktioniert hat! :-)

Vielen Dank, viele Grüße ;o)

# Mario meinte am 20. September 2012, 20:40 dazu:

Hallo ,

ich habe auch mal diese Schaltung nachgebaut, und funktioniert. Aber die Spannung und Stromstärke ist nicht stabil wie bei einer Schaltung mit 78xx . Die Bauteile sind nicht 100%ig gleich, und nutze ein 24V 3,2VA Printtrafo. Was habe ich falsch?

# flix meinte am 9. November 2012, 10:38 dazu:

Als Diode kann man auch den MBR1645 nehmen.

# Hanno meinte am 23. November 2014, 19:04 dazu:

Die Funktion der Spule ist ganz oben schlecht gedeutet. Das ist eine Speicherdrossel , d.h. die Spule speichert die Energie, die beim Anschalten der Spannung durch das IC dort hineingegeben wird und gibt sie beim Abschalten wieder raus, dadurch kommt der Stromfluss zu Stande. Die hochfrequenten Anteile (spikes, ripple) kommen durch diese schnellen An- und Abschaltevorgänge zu Stande und werden nicht durch die Spule gefiltert, sondern müssen durch andere Maßnahmen verringert werden. U.a. spielt dabei auch das Leiterbahndesign eine Rolle, aber auch andere Kondensatoren, die den Ripple begrenzen. Dazu immer das Original-Datenblatt studieren, da kann man viel lernen. (Besserwiss aus)

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