Symmetrisches linear Netzteil mit Trafo ohne Mittelanzapfung + Brückengleichrichter

[Markus (Gast)]

Hallo Zusammen

für ein hochempfindliches Audiogerät möchte ich ein lineares Netzteil 
mit mehreren Spannungen bauen.

Benötigt werden folgende Spannungen / Ströme:
 +12V 1A    für Relays / Leds
 +5V 0,1A   für Mikrocontroller / Steuerung
 +/- 12V 0,1A für analoge Signel / Preamp


Es wird ein externes 15V AC Netzgerät eingesetzt. Der darin verbaute 
Trafo hat keine Mittelanzapgung. Am einfachsten wäre es wohl, das 
Netzteil mit mehreren Einweggleichrichtern zu bauen. Allerdings werden 
dann die Werte der Siebkondensatoren ziemlich gross, besonders bei +12V 
1A für die Relays / Leds. Deshalb möchte ich für die einen 
Brückengleichrichter einsetzen. Leider lässt sich dann nicht so einfach 
eine negative Spannung generieren (Spannungsinverter alà 7660 ist keine 
Option).


In den tiefen des WWW bin ich auf folgende Schaltung gestossen, um mit 
einem Trafo ohne Mittelanzapfung + Brückengleichrichter eine negative 
Spannung zu generieren:
http://circuitsbook.com/symmetricalauxiliaryps.html

Im Anhang habe ich mal einen ersten Entwurf hochgeladen, wie ich das 
Netzteil ungefähr aufbauen möchte.

Nun meine Fragen:

1) Hat jemand Erfahrung mit einer solchen Schaltung? Funktioniert dies 
zuverlässig, was sind die Punkte die man beachten muss, was kann 
Probleme machen?

2) Der Brückengleichrichter wird ca. 10x mehr belastet als die negative 
Hilfsspannung. Wird diese Asymmetrie zu Problemen führen?

3) Wiegross sollten die beiden Elkos für die negative Hilfsspannung 
dimensioniert werden? (C21 und C19 in meinem Plan)

4) Wiegross sollten die "Grundlast-Widerstände" dimensioniert werden? 
(R1 und R2 in meinem Plan)


Wäre sehr dankbar um Feedback zu dieser Schaltung!

Gruss und vielen Dank im Voraus,
Markus

[Andrew T. (marsufant)]

Markus schrieb:
> für ein hochempfindliches Audiogerät möchte ich ein lineares Netzteil

C über den Dioden nicht vergessen (100nF) um HF-Störung zuverlässig aus 
Deiner empfindlichen Elektronik rauszuhalten.

Klären, ob ein Netzfilter in der Zuleitung zum 15V AC Trafo sitzt.
wenn keines dort ist: nachrüsten.

[Ringelpietz (Gast)]

Also, wär ich Dein Chef, würde ich sagen:

Gerade so macht man das nicht.

Ich würde einen Trafo für die Relais und den µC nehmen, und daraus evtl. 
auch mit DC-DC-Schaltwandler(n) je 12V und 5V zu gewinnen.

Und einen (ganz kleinen) für die Erzeugung von +/- 12V. (Für nur 2 x 12V 
0,1A könnte man diese zugegeben auch statt aus 2 Wicklungen aus einer, 
mit einer Delon Schaltung, machen.)

Sonst koppelt immer etwas von der posi auf die nega Seite.

Die maximale Entkopplung voneinander (auch, wenn beides recht nahe 
zusammen) wäre wohl drin, wenn beide Trafos separate Netzfilter bekämen 
(angepaßt an die untersch. Ströme).

[Ringelpietz (Gast)]

Ringelpietz schrieb:
> Die maximale Entkopplung voneinander (auch, wenn beides recht nahe
> zusammen) wäre wohl drin, wenn beide Trafos separate Netzfilter bekämen
> (angepaßt an die untersch. Ströme).

Viele Audio Schaltungen haben aber eh eine recht hohe PSRR 
(Unterdrückung der Einflüsse von Schwankungen, Brumm, Transienten auf 
der Betriebsspannung). Ich (Hobbyist) könnte Dir im Moment nicht sagen, 
was davon nötig, von Vorteil, oder unnötig ist - und ohne Deine 
(gesamte!) Schaltung (Plan + real) zu kennen, dürfte das auch einigen 
Profis hier nicht ganz leicht fallen.

[Ideengeber (Gast)]

Hallo Markus,

"Grundlast-Widerstände" setzt man ein, um nach dem Abschalten des 
Gerätes die Kapazitäten in vernünftiger Zeit zu entladen. Je nach 
Stromaufnahme des Gerätes kann sonst noch viel Zeit vergehen, bis das 
Gerät wirklich stromlos ist. R2 finde ich dafür aber falsch platziert, 
da er die großen C's nicht entladen kann. R2 müßte durch R's hinter den 
Dioden D2,D3,D7 ersetzt werden.

Überschlagsmäßig wäre man mit R1=1k bei t = 2*pi*R*C = ~1.3s und Du 
hättest 12mA Heizstrom (Verlust).
Für den R hinter D3 müßtest Du, um vergleichbar zu R1 zu sein, auf 
250Ohm gehen....noch mehr heizen.

Sicher dass Du 880uF am Eingang von IC3 brauchst? Kommt mir bei 1A etwas 
reichlich vor. Mach die Eingangskapazitäten nur so groß wie nötig, dann 
kann man Entladewiderstände wie R1/R2 auch weglassen.

Gruß,

[MaWin (Gast)]

Markus schrieb:
> Im Anhang habe ich mal einen ersten Entwurf

Ich finde den Plan im grossen und ganzen ok, der negative Zweig mit 
unter 100mA braucht jedoch nicht unbedingt eine 2-phasige Ladungspumpe, 
und die Trennung der positiv-Regler finde ich auch überzogen, als 
Rückstromdioden tun es normale Dioden, aber jeder wie er mag und Geld 
hat.

Elkogrösse kannst du in Spice genau berechnen, rechne dann aber mit -10% 
Netzspannung und -20% Elkotoleranz.

[Peter M. (r2d3)]

Ich hätte hinter dem 79L12 noch einen Widerstand als Mindestlast 
erwartet.
Ich meine, die negativen Spannungsregler zeigen doch sonst gerne mehr 
Spannung als ihre Nennspannung suggeriert.

[Andrew T. (marsufant)]

Peter M. schrieb:
> Ich hätte hinter dem 79L12 noch einen Widerstand als Mindestlast
> erwartet.
> Ich meine, die negativen Spannungsregler zeigen doch sonst gerne mehr
> Spannung als ihre Nennspannung suggeriert.

Nun, die 79Lxx scheine das nicht (mehr?) zu benötigen:
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm79l.pdf

Die 79xx : Ja, sehr empfehlenswert da die Minimum load zu haben. Wenn 
man die wegläßt: gibt es fast immer Probleme..


Die externen Dioden um gerade bei bipolarer Ausgangsspannung das 
richtige sequencing zu haben: Die sollten jedoch stets bei 79xx und 
79Lxx eingesetzt werden.

[Markus (Gast)]

vielen Dank für die vielen Antworten! :)

@ Andrew T.
C über allen Dioden, auch 4x am Gleichrichter?
Netzfilter gibt es keinen - es handelt sich beim externen Netzteil um 
eine einfaches Steckernetzteil.

@ Ideengeber
gemäss meinem Link dienen diese Widerstände dazu, dass sich die negative 
Spannung lädt, auch wenn die Spannungen nicht belastet werden.
http://circuitsbook.com/symmetricalauxiliaryps.html
ich weiss allerdings nicht, wie gross diese Grundlast sein muss, damit 
die negative Spannung generiert wird, auch wenn die positive Seite nicht 
oder nur sehr wenig belastet wird (z.b. alle Relais / Leds off)

Wiegross würdest du die Kapazitäten am Eingang von IC3 dimesionieren? 
die 880uF kommen von meinen Experimenten mit einem Einweggleichrichter. 
Halb so gross?

@ MaWin
danke! Kannst du mir etwas sagen zum Wert von C19/C21 und R1/R2?

@ Peter M. und Anderw T.
danke für den Hinweis mit Mindestlast an 79xx, dies war mir unbekannt. 
Werde dies beim verbauten Regler überprüfen.

[Andrew T. (marsufant)]

Markus schrieb:
> @ Andrew T.
> C über allen Dioden, auch 4x am Gleichrichter?

Ja, insbesondere dort.

> Netzfilter gibt es keinen - es handelt sich beim externen Netzteil um
> eine einfaches Steckernetzteil.

BOAAAAHHH!

Und warum ersetzt man ein derart simples billiges Etwas nicht durch ein 
anderes externes Netzteil mit 2 x 15V AC? Kostet keine 10Euro.

Statt hier so eine  Bauteilorgie aufzuziehen?

Man(n) kann sich auch ins Knie schießen mit dem was Du da veranstaltest.

[Peter D. (peda)]

Markus schrieb:
> 2) Der Brückengleichrichter wird ca. 10x mehr belastet als die negative
> Hilfsspannung. Wird diese Asymmetrie zu Problemen führen?

Nein, die ist sogar Bedingung. Ohne positive Last bricht die negative 
Spannung zusammen.

In meinen Projekten nehme ich eine +24V Hauptversorgung und erzeuge 
daraus alle nötigen Spannungen mit Schaltreglern.

https://assets.tracopower.com/20180823095605/TSRN1/documents/tsrn1-datasheet.pdf

[Csaba K. (hexfetamp)]

@Markus,
M-Audio Delta-1010 externe Soundkarte verwendet eine spezielle 
Ladungspumpe
als "Mehrspannungs"-Netzteil, das aus einem 10...12V Trafo gespeist 
wird.
Die Schaltung ist also funktionsfähig, audiotauglich und 
"produktionsreif" :-)

Es gibt ein Diskussionsforum über dieses Netzteil auf DayAudio;

http://www.diyaudio.com/forums/digital-line-level/277100-help-delta-1010-psu-regs-diodes.html

Möglicherweise müsstest Du so eine Schaltung erstmal experimentel 
aufbauen
und testen.....

[Achim B. (bobdylan)]

Markus schrieb:
> für ein hochempfindliches Audiogerät

> besonders bei +12V
> 1A für die Relays

Darf man näheres erfahren? Welcher Art ist dieses "hochempfindliche 
Audiogerät"? Ein Psophometer mit 30µV Empfindlichkeit? Oder doch nur ein 
schnöder Vorverstärker mit maximal audiophilen Goldohr-Eigenschaften? 
Und warum ziehen die Relais 1A? Gibt es solche Relais überhaupt? Klar, 
gibt es wohl. Aber was haben die in einem "hochempfindliche Audiogerät" 
statt in einem Umspannwerk zu suchen?

[Peter M. (r2d3)]

Hallo Andrew,

Andrew T. schrieb:
> Die externen Dioden um gerade bei bipolarer Ausgangsspannung das
> richtige sequencing zu haben: Die sollten jedoch stets bei 79xx und
> 79Lxx eingesetzt werden.

Worauf bezieht sich "sequencing" (Reihenfolge)?
Welche externen Dioden sind gemeint, die parallel zum Spannungsregler 
oder die anderen?

[Andrew T. (marsufant)]

Peter M. schrieb:
> Hallo Andrew,
>
> Andrew T. schrieb:
>> Die externen Dioden um gerade bei bipolarer Ausgangsspannung das
>> richtige sequencing zu haben: Die sollten jedoch stets bei 79xx und
>> 79Lxx eingesetzt werden.
>
> Worauf bezieht sich "sequencing" (Reihenfolge)?
> Welche externen Dioden sind gemeint, die parallel zum Spannungsregler
> oder die anderen?


Beispiel: D1 in Fig.11 von

http://www.onsemi.com/pub/Collateral/MC7900-D.PDF

Du hast den Effekt bei sym. Netzteilen die belastet eingeschaltet 
werden, z.b. mit 7812/7912 aufgebaut,

das, wenn die +12V zuerst hochkommen und die neg. Rail versuchen 
hochzuziehen,
das dann der 7912 in Latch up gehen kann (nicht muss).

Dann startet die neg. Rail nicht.

die jeweils antiparallelen Dioden (Mehrzahl, da man sinnigerweise dem 
7812 und dem 7912 je eine spendiert) verhindern dies zuverlässig.


Wenn Du mal 15% Rückläufer aus dem Feld hast, weil Dein Vorgänger sowas 
"vergessen" hat einzudesignen: Dann weißt du was Kundenärger bedeutet.

[Peter M. (r2d3)]

Andrew T. schrieb:
> Peter M. schrieb:
>> Hallo Andrew,
>>
>> Andrew T. schrieb:
>>> Die externen Dioden um gerade bei bipolarer Ausgangsspannung das
>>> richtige sequencing zu haben: Die sollten jedoch stets bei 79xx und
>>> 79Lxx eingesetzt werden.
>>
>> Worauf bezieht sich "sequencing" (Reihenfolge)?
>> Welche externen Dioden sind gemeint, die parallel zum Spannungsregler
>> oder die anderen?
>
> Beispiel: D1 in Fig.11 von
>
> http://www.onsemi.com/pub/Collateral/MC7900-D.PDF
>
> Du hast den Effekt bei sym. Netzteilen die belastet eingeschaltet
> werden, z.b. mit 7812/7912 aufgebaut,
>
> das, wenn die +12V zuerst hochkommen und die neg. Rail versuchen
> hochzuziehen,
> das dann der 7912 in Latch up gehen kann (nicht muss).
>
> Dann startet die neg. Rail nicht.
>
> die jeweils antiparallelen Dioden (Mehrzahl, da man sinnigerweise dem
> 7812 und dem 7912 je eine spendiert) verhindern dies zuverlässig.

Vielen Dank! Ich habe nämlich genau so ein Mininetzteil gebaut, das 
immer noch funktioniert, aber diese Dioden werde ich nachrüsten.

Ich kannte bisher aus einem Artikel im Elektronik-Kompendium nur die 
Schutzdiode (D2 in Fig.11), die verhindern soll, dass bei Kurzschluss 
auf der "Primärseite", eine sekundärseitige Kapazität den Regler 
zerstört.
Wieder eine Wissenslücke geschlossen!

> Wenn Du mal 15% Rückläufer aus dem Feld hast, weil Dein Vorgänger sowas
> "vergessen" hat einzudesignen: Dann weißt du was Kundenärger bedeutet.

Wahrscheinlich bedeutete das für Dich auch immenser Zeitdiebstahl. :(
Gottlob befasse ich mich nur hobbymäßig mit Elektronik. :)

[Ideengeber (Gast)]

Hi Markus,

das mit der Ladungspumpe habe ich übersehen.
Die Widerstände R1/R2 würde ich  im Bereich von 10k-20k wählen und R2 
layouttechnisch eher auf AGND als auf GND legen. So wie in Deinem Link 
gezeigt.

So wie ich das sehe, werden letztendlich C21/C19 zu je einer Halbwelle 
aufgeladen und über B1S/R2/R1/D8 bzw. B2/R1/R2/D9 wieder entladen. Wären 
R1/R2 nicht vorhanden, hättest Du zwar zwischen (+) und (-) Deine 
doppelte Spannung, aber nicht zwischen (-) und GND Deine negative 
Spannung. Wenn auf beiden Zweigen je eine Last vorhanden ist, übernehmen 
diese die Funktion von R1 bzw. R2.

Gruß,

[oxidator (Gast)]

Achim B. schrieb:
> Und warum ziehen die Relais 1A? Gibt es solche Relais überhaupt? Klar,
> gibt es wohl. Aber was haben die in einem "hochempfindliche Audiogerät"
> statt in einem Umspannwerk zu suchen?

Steht doch dran, Relais und LEDs - Mehrzahl, für dich Nullinger "in 
Summe". Hauptsache blöde "Anführungszeichen" setzen und sticheln, 
anstatt was konstruktives beizutragen.

[Harald W. (wilhelms)]

Markus schrieb:

> Am einfachsten wäre es wohl, das
> Netzteil mit mehreren Einweggleichrichtern zu bauen.

Damit killst Du Deinen Trafo.

> Leider lässt sich dann nicht so einfach
> eine negative Spannung generieren.

Wie bereits gesagt, für Deine empfindliche Audioschaltung würde
ich einen zweiten Trafo 2x15V AC nehmen. Durch die geringe
Belastung kann der ja recht klein sein.

[Andrew T. (marsufant)]

Harald W. schrieb:
> Markus schrieb:
>
>> Am einfachsten wäre es wohl, das
>> Netzteil mit mehreren Einweggleichrichtern zu bauen.
>
> Damit killst Du Deinen Trafo.
>
>> Leider lässt sich dann nicht so einfach
>> eine negative Spannung generieren.
>
> Wie bereits gesagt, für Deine empfindliche Audioschaltung würde
> ich einen zweiten Trafo 2x15V AC nehmen. Durch die geringe
> Belastung kann der ja recht klein sein.

s.o.:

"Und warum ersetzt man ein derart simples billiges Etwas nicht durch ein
anderes externes Netzteil mit 2 x 15V AC? Kostet keine 10Euro."

[markus (Gast)]

sorry für die verspätete Antwort, war das Wochenende am geniessen :)

@ Andrew T.
kannst du mir ein Link zu einem solchen externen Netzteil schicken? 
Finde irgendwie nichts passendes, besonders mit 2x15Vac... evtl. suche 
ich falsch? vielen dank schonmal!

@ Csaba K.
vielen Dank, schaue ich mir an den Thread :)

@ Ideengeber
vielen Dank für die Erklärung!

@ oxidator
danke ;)

@ Harald W.
hmm, inwiefern würden Einweggleichrichter den Trafo beschädigen? Danke 
für eine kurze Erklärung (oder Stichworte zum googeln).

[Harald W. (wilhelms)]

markus schrieb:

> hmm, inwiefern würden Einweggleichrichter den Trafo beschädigen? Danke
> für eine kurze Erklärung (oder Stichworte zum googeln).

Trafos werden durch Gleichstrom in die Sättigung getrieben,
was deren Verlustleistun stark ansteigen lässt.