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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Trafo, symmetrische Spannung


Autor: Thomas B. (thomasb)
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Hallo !

Bei einer Schaltung brauche ich für einen Analogteil eine symmetrische 
Spannung. An sich kein Problem, da ich einen Trafo mit Mittelanzapfung 
verwende.
Jetzt kenne ich aber zwei mögliche Varianten um diese Spannungen zu 
erzeugen (siehe Anhang, bitte nicht über fehlende Kondensatoren 
schimpfen, es ist nur eine Prinzipschaltung ;)).

Was vielleicht noch zu erwähnen ist: Der Transformator wird 
wahrscheinlich sehr knapp dimensioniert werden, wobei die Seite mit der 
positiven Spannung auch für die Versorgung eines Digitalteils (ungefähr 
200mA - 500mA, allerdings über einen eigenen DCDC-Wandler) dient, die 
negative Spannung aber nur sehr wenig belastet wird (ein OPV).

Gibt es Vor/Nachteile dieser beiden Varianten ? Wann sollte man welche 
einsetzen ? Oder ist das komplett egal ?

Schöne Grüße,
Thomas

Autor: JÜrgen Grieshofer (Firma: 4CKnowLedge) (psicom) Benutzerseite
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Ich sag mal von der Wirkweise her sind beide Schaltungen identisch... 
wenn du eben mehr Geld ausgeben willst kannst du die untere Version 
bauen xP

Autor: Tcf Kat (tcfkat)
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So ganz identisch sind die nicht...
Die Mittelpunktschaltung ist von der Trafoauslastung schlechter, also 
bei knapper (Leistungs)Dimensionierung die schlechtere Wahl. Dafür hat 
man bei
dieser Schaltung nur einen Diodendrop, also bei knapper 
Spannungsdimensionierung die bessere Wahl.

Für diesen Fall hier noch besser: Beide Wicklungen (phasengleich) 
parallel schalten, und damit die positive Spannung erzeugen, da hier die 
Hauptlast liegt.
Die negative Spannung lässt sich dann mittels Einweggleichrichtung und 
Spannungsverdoppler erzeugen.
Guck Dir mal an, wie ich das in der anhängenden Schaltung mit 
D7/D8/C1/C2 gemacht habe. Das funktioniert, solange die Hauptlast auf 
Plus höher ist als die Last auf Minus (die Gründe spare mir mal). 
Außerdem ist es eine Einweggleichrichtung, der höhere Ripple spielt aber 
(hier) keine Rolle.

Autor: Thomas Otto (tarzanwiejane)
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@thomas B.
ich mag mich irren, aber die untere der beiden Schaltungen schmeisst dir 
bestimmt keine negative Spannung raus. Ich denke du hast am 
Gleichrichter GND am niedrigeren Potential abgegriffen.

Prinzipiell gefaellt mir bei hoeheren Stroemen die 2. Variante besser 
weil sich die Verluste auf mehr Dioden/Gleichrichter verteilen.

cu Tarzanwiejane

Autor: Tcf Kat (tcfkat)
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@Tarzanwiejane: Du irrst - guck mal genau hin! ;)

Autor: Thomas Otto (tarzanwiejane)
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aaahhh du hast recht. Der obere Gleichrichter ist anders als der 
untere...
Wie auch immer benutze ich des oefteren die untere Variante. Hat auch 
beim Leiterplatten erstellen so ein zwei Vorteile. Wenn man die 
Massebruecke zwischen oberen und unterem Teil "jumperbar" macht, dann 
kann man den unteren Teil auch als 2. Spannung aufbauen.

cu Tarzanwiejane

Autor: Thomas B. (thomasb)
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Besten Dank für eure Antworten ! Das hilft mir jetzt schon weiter.
Werde also voraussichtlich die zweite Variante verwenden.

Die Variante von Tcf Kat schaut auch sehr interessant aus, muss ich mir 
aber mal durchdenken.

Autor: Marc (Gast)
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Ich würde über einen Trafo nur eine Spannung erzeugen (z.B. 5V, oder 
12V). Um eine neg. Hilfsspannung zu erzeugen, die wenig belastet wird 
(OPV) würde ich eine Ladungspumpe hernehmen (Max 232 z.B.).
Wenn die neg. Spannung höher belastet wird (z.B. <750mA), dann z.B. 
einen MC34063 (ca. 0,25 EUR bei Angelika) schaltregler, der aus Deinen 
z.B. 5V, -10V (oder was auch immer) macht.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Thomas B. wrote:

> Die Variante von Tcf Kat schaut auch sehr interessant aus, muss ich mir
> aber mal durchdenken.

Angesichts deiner anderen Randbedingungen (Trafo schon gut ausgelastet,
die negative Spannung wird nur wenig belastet) finde ich diese Variante
auch sinnvoller.  Ich wollte dir etwas Ähnliches vorschlagen.  Ich
hätte sogar zu einem einfachen DC-DC-Wandler geraten (ICL7660 oder so),
aber natürlich ist das Ableiten der negativen Spannung aus der
Grätz-Brücke sinnvoller.

Autor: Thomas B. (thomasb)
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Hier mal ein paar konkrete Bauteile und Werte wie ich sie zur Zeit 
plane:

Als Trafo wird ein FL14/15 mit 2*15V Ausgangsspannung und 7VA Leistung 
verwendet. Mittels der Linearregler LM79L15 und LM78L15 werden +/-15V 
für den OPV und einen Sensor erzeugt. Dieser Analogteil der Schaltung 
wird wohl also nicht mehr als 30mA brauchen.

Von der positiven Spannung (ebenfalls direkt nach der Gleichrichtung) 
wird weiters über einen DCDC-Wandler 5V für den Digitalteil erzeugt. 
Diesen muss ich mit so ungefähr 200mA bis 400mA veranschlagen.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Eine Alternative, falls es der DC-DC-Wandler hergibt (genügend
Eingangsspannungsbereich, galvanische Trennung zwischen Primär-
und Sekundärseite): du nimmst Variante 1, aber klemmst den
DC-DC-Wandler an die äußeren Klemmen der beiden Analogspannungen,
also an reichlich 30 V.  Dann belastet er ebenfalls beide
Trafowicklungen gleichmäßig.  Aber er muss natürlich so an die
50 V am Eingang abkönnen dafür (42 Vss bei Nennspannung des
Trafos, Reserve für das Hochlaufen der Spannung bei wenig Last).

Autor: Tcf Kat (tcfkat)
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Hm, das wird spannungsmässig etwas knapp. 15V*sqrt(2)-2*Uf=19,8V. Bei 
90% Netzspannung = 17,7V; das ist selbst ohne Ripple knapp an der 
benötigten Längsspannung der 78xx/79xx. Außerdem sind diese kleinen 
Trafos recht "weich" am Ausgang. Ich würde Parallelschaltung der 
Wicklungen empfehlen (steifer), für die Dioden Schottky (1N5819) 
verwenden, den Glättungselko für die positive Spannung satt 
dimensionieren, und LDOs für die Längsregler verwenden. Sonst kann es 
sein, dass Du Dir die +/-15V für die OPs verbrummst.
Müssen die OPs mit +/-15V laufen, oder würden auch +/-12V reichen? Dann 
hättest Du satt Reserve.

Autor: Thomas B. (thomasb)
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@Tcf Kat
Ja ich bin auch grad am Durchrechnen ;) Wenn ich deine Variante mit 
Einweggleichrichtung für die negative Spannung verwende, wirds selbst 
ideal bissal knapp um eine genügend hohe Spannung für den negativen Teil 
zu erhalten.

Ja, die 15V brauche ich (wahrscheinlich), denn ich verwendet auch einen 
Stromsensor der +/- 15V benötigt für den vollen Bereich benötigt. D.h. 
bei 15V der OPVs verliere ich bei normalen OPVs (kein Rail-to-Rail) eh 
auch schon bissal was am Messbereich, was aber nicht schlimm ist, weil 
es sich normal eh im unteren Bereich abspielt. Werde mir aber nochmal 
genau überlegen ob nicht 12V für den Messbereich auch reichen würde.

Aber ich könnte doch LowDrop-Spannungsregler verwendet, müssen ja keine 
78/79er sein, oder ?

Danke dass du mich auf die 90% Netzspannung aufmerksam machst, an diesen 
Fall hätte ich gar nicht mehr gedacht ...

@Jörg Wunsch
Der verwendete DCDC-Wandler wird ein LM2595 (weil ich den für meine 
sonstigen  Projekte auch verwende), also nicht galvanisch getrennt.

Autor: Tcf Kat (tcfkat)
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@Thomas B.: An Netzunterspannung wird oft nicht gedacht, gute Designs 
können auch das ab... ;)

Mit diesem Trafo ist das aber alles arg knapp... 7VA/15V=466mA bei 
resistiver Last. Mit Gegenspannung kann man nur weniger Strom entnehmen, 
die 400mA für den DC/DC sind da eigentlich schon zuviel... hast Du nicht 
Platz für einen etwas größeren Trafo?

Wie meinst Du:
>Aber ich könnte doch LowDrop-Spannungsregler verwendet, müssen ja keine
>78/79er sein, oder ?
Die LDO brauchst Du nur bei der aktuellen Konfiguration; wenn Du auf 
+/-12V gehst, oder größerer Trafo, reichen wieder die 78xx/79xx.
Bei den L-Typen auch mit Netzüberspannung rechnen, die Teile können nur 
sehr wenig Leistung ab, und ich kenne Deine Belastung auf den +/-15V 
nicht... sonst gibt es einen thermal shutdown. Besser dann die TO220 
free air, oder als D²PAK.

Was anderes: Bist Du auch der User "Thomas.B" aus RepData?

Autor: Thomas B. (thomasb)
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Ja größerer Trafo ist so ne Sache, da hab ich heute selber schon bei RS 
und Farnell gesucht. Die Platine ist nämlich von Form und Größe 
vorgegeben, d.h. ich hab maximal noch von der Trafohöhe her etwas 
Spielraum, aber auch da nicht allzuviel. Die FL18/15 (9VA) und FL24/15 
(12VA)  sollten aber auch noch passen. Auf die 18V Typen wollte ich 
eigentlich nicht gehen, weil ich dann bei den Linearreglern zuviel in 
Wärme umwandeln muss - und das ganze soll ja so klein/kompakt wie 
möglich werden. (http://www.farnell.com/datasheets/74524.pdf)

Belastung der Linearregler wohl um die 20 bis 30mA. (10mA braucht der 
Sensor bei 15V, OPV muss ich erst auswählen)

Diese 400mA brauch ich auf der 5V Seite; bei einem angenommen 
Wirkungsgrad von 80% vom DCDC-Wandler sollte sich das aber ausgehn oder 
nicht ?

RepData sagt mir nichts, also werde ich das wohl nicht sein ;)

Autor: Tcf Kat (tcfkat)
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Die 400mA auf der 5V Seite? Argl, sag das doch gleich!!!
5V * 0,4A / 17V = 118mA. Selbst bei nur 70% Wirkungsgrad nur 168mA.
Das ist satt im grünen Bereich, der 7VA-Trafo reicht dicke aus!
Positive Spannung mit den parallelgeschalteten Wicklungen erzeugen, 
negative mit der Verdoppleschaltung. Spannungsmässig ist bei der 
geringen Belastung genügend Reserve für normale Dioden und normale 
Regler.

Autor: Thomas B. (thomasb)
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Ok sorry, dass die 400mA auf der 5V Seite benötigt werden ist dann in 
meiner Beschreibung wohl nicht so gut hervorgekommen.

Wenn ich deine Vorschläge richtig verstanden habe, sollte meine 
Schaltung dann wohl so wie im Anhang aussehen ? (Hoffe ich habe da keine 
Fehler beim Zeichnen gemacht, für den wirklichen Schaltplan und Layout 
kommt ein anderes Programm zum Einsatz).

Autor: peter-neu-ulm (Gast)
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Die erste Schaltung besteht aus zwei Zweiweggleichrichtern, bei der in 
Durchlassrichtung ein Spannungsverlust von einer Diodenspannung besteht.
Bei der zweiten Schaltung (Zwei getrennte Brückenschaltungen) beträgt 
der Spannungsverlust im Gleichrichter zweimal die Durchlassspannung der 
Diode.
Dafür belastet die Brückenschaltung den Trafo mit etwa 110% der 
DC-Leistung, die Zweiwegschaltung den Trafo mit etwa 120% der 
DC-Leistung.
Wenn der Trafo hoch belastet ist, sollte man die Brückenschaltung 
nehmen.

Autor: peter-neu-ulm (Gast)
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Ja, die Schaltung in Trafo2.gif wäre die beste Lösung für den 
beschriebenen Fall: Für den gegebenen Trafo die maximal mögliche +U 
-Leistung und die geringe -U - Leistung dazu. Allerdings würde ich für 
D1 und D2 Schottky-Dioden nehmen. Die Klimmzüge im Vergleich zu 
trafo.gif bringen aber nur einen marginalen Vorteil

Autor: Thomas B. (thomasb)
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@tcf kat
Ein kleines Anliegen hätte ich noch ;)

Auch auf die Gefahr hin, dass das es eine blöde Frage ist: Wozu dient 
eigentlich R5 parallel zum Kondensator C2 bei deiner SolidStatePSU ? 
Habe da zwar meine Vermutungen, aber glauben heißt nicht wissen ;)

Autor: Tcf Kat (tcfkat)
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Ist keine blöde Frage, wollte ich noch geschrieben haben. Ist bloß ein 
Entladewiderstand, den ich in meiner Schaltung brauchte (soll u.a. zu 
einer sauberen Abschaltung des Ausganges beim Ausschalten der PSU 
führen), ist hier bei Dir überflüssig. Die SolidStatePSU hatte ich mal 
für ein anderes Board gemacht, und war eine reine Fingerübung, wie man 
im 1970er-Retrolook eine PSU vollständig diskret aufbauen würde - würde 
kein vernünftiger Mensch heute noch so machen. ;)

Deine Schaltung sieht vernünftig aus. Für D1/D2 brauchst Du keine 
Schottky. So unglaublich das auch klingen mag, aber im negativen Zweig 
hat man nur einmal den Verlust einer Diodenspannung gegenüber dem 
Scheitelwert der Sekundärwicklung (zwei Diodenspannungen kompensieren 
sich).

Bevor Du aber was lötest, oder eine PCB machst, bitte die Schaltung mal 
fliegend aufbauen. Meine (Internet)Schaltungen sind grundsätzlich ohne 
Gewähr... ;)

Miss dann mal die Spannung an den Elkos nach, ob Du wirklich genügend 
Reserve für die Regler hast (hängt halt stark vom Trafo ab).

Autor: Thomas B. (thomasb)
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Ok, danke für die Erklärung, macht Sinn :)

Lernen kann man durch den Aufbau so einer Schaltung aber sicher 
reichlich; ich sollte mich auch mal wieder etwas intensiver mit analoger 
Schaltungstechnik beschäftigen. Habe aber bei meinen Projekten 
hauptsächlich nur mehr mit digitaler Elektronik zu tun (+ Programmierung 
der Controller).
Gerade die analoge Elektronik erfordert meiner Meinung nach viel 
Erfahrung -    Tietze-Schenk/Horowitz hab ich, könnte aber so eine 
Schaltung in ihrer Gesamtheit trotzdem nicht ohne weiters zusammenbauen 
(obwohl ich natürlich die einzelnen Funktionsteile in deiner Schaltung 
durchaus erkenne, aber wie beim Kochen machen die Zutaten alleine noch 
kein gutes Gericht ;) ).

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