Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Schirmgitter-Spannungsversorgung stabilisieren


von Ths S. (motorburner)


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Hallo zusammen,

ich versuche mal, mein Problem ohne Salamitaktik kurz und bündig zu 
beschreiben:
Ich benötige einen sinnvollen Ansatz (idealerweise Step-Down) für eine 
doppelte, massefreie Spannungsversorgung eines Schirmgitters (Strom 
10-50mA). Die Spannung soll 150V +- 2% bei 10-50mA betragen. Als 
Eingangsspannung steht eine schwankende Spannung von 450-550V mit max. 
2Vss Restwelligkeit zur Verfügung.

Hintergrund: Ich habe eine Circlotron-Endstufe mit einem Paar EL509 
geplant. Konzeptbedingt muss jeder Röhre eine eigene, massefreie Anoden- 
& Schirmgitterspannung zur Verfügung gestellt werden, wobei die 
Negativpole der 1. Anode und des 2. Schirmgitter sowie der 2. Anode und 
des 1. Schirmgitters verbunden sind.
Bedingt durch den großen Spannungsunterschied zwischen Anoden- (450V) & 
Schirmgitterspannung (150V) ist es nicht sinnvoll (bzw. nur unter 
massiven Verlusten) möglich, mittels RC-Glied die 150V aus der 
Anodenspannung zur Verfügung zu stellen. Weiterhin hat die EL509 einen 
sehr niedrigen Schirmgitterdurchgriff, weshalb eine unstabilisierte 
Schirmgitterspannung den Arbeitspunkt im Leerlauf merklich verschiebt 
(10V Ug1-Differenz). Somit ist eine Stabilisierung der 
Schirmgitterspannungen sinnvoll.

Für jede Anode & jedes Schirmgitter einzelne Trafoabgriffe zu nutzen war 
das erste Konzept. Das macht pro Endstufe allerdings 4 
Sekundärwicklungen alleine für die Endröhren. Für die 
Schirmgitter-Spannungsversorgungen habe ich dann jeweils einen diskreten 
Längsregler vorgesehen, der die Spannung auf 150V mehr oder weniger 
konstant regelt. Damit ließen sich die Verluste rechnerisch im Vergleich 
zur Lösung mittels Vorwiderständen schon min. halbieren, aber das würde 
dennoch getrennte Trafoabgriffe bedeuten.

Da mein Trafowickler allerdings für Stereo keine 10 Sekundärwicklungen 
(4+4x Endröhren, 1x Heizung, 1x Hilfsspannung) auf einen Kern bekommt 
und ich keine 2 Monoblöcke aufbauen möchte, bleibt im Grunde nur die 
Erzeugung der Schirmgitterspannungen aus den Anodenspannungen. Auch eine 
Standard-M2-Schaltung mit 400-130-0-130-400V-Abgriffen ist nicht so 
wirklich drin, somit fällt auch dies aus.

Die einzig für mich sinnvolle Lösung des Problems, ohne massiv Leistung 
in Hochlastwiderstände zu verbraten, wäre die Nutzung eines 
Step-Down-Wandlers, der aus der Anodenspannung von bis zu 550V (bei +10% 
Netzspannung) im Leerlauf bis 450V bei Volllast in stabilisierte 150V 
wandelt.

Konkret dachte ich an einen Minimalaufbau mit TL494 und IR2184 als 
High-Side-Treiber, die aus der negativen Hilfsspannung (es stehen -50V 
zur Verfügung) gespeist werden. Als Frequenz würde ich min. 250kHz 
ansetzen, um oberhalb der Streuspitze des AÜs zu liegen. Das Ganze 
müsste dann für Stereo insgesamt 4x aufgebaut werden.
Dazu folgende Fragen:
1. Gibt es irgendetwas, was gegen die Verwendung eines 
Step-Down-Wandlers für diesen Zweck spricht?
2. Gibt es irgendwelche zweifach-integrierten PWM-Regel-ICs als Ersatz 
für den TL494? Dann bräuchte man nur 2 anstatt 4 Regler-ICs.
3. Für die Trennung von massefreier Sekundärspannung zu massebezogener 
Regelmessung für den Regler einfach ein Optokoppler und TL431?
4. Unter der Verwendung eines IR2184 wäre die Möglichkeit einer 
Synchronsteuerung mittels Lowside-MOSFET anstatt der Diode möglich. 
Lohnt das?

Mir ist durch das Lesen anderer Threads zu Röhren bewusst, dass einige 
der Ansicht sind "ein Röhrenverstärker ist ohnehin ineffizient, da macht 
es das Verbraten über einen Widerstand auch nicht mehr aus" - ich sehe 
das aber anders. Bei Volllast würden über jeden Widerstand 15W verbraten 
werden, das wäre für Stereo eine Wärmeentwicklung von 60W - für mich 
nicht tolerierbar.

Ich hoffe, dass ich keine wichtigen Infos vergessen habe und auf Eure 
Hilfe, Tipps und Anregungen.

von B e r n d W. (smiley46)


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Falls eine Gleichspannung zwischen 12V und 32V zur Verfügung steht, gibt 
es diese DC/DC-Wandler:
https://www.ebay.de/itm/146570175841

Die Ausgangsspannung läßt sich über ein Poti einstellen und ist schon 
recht stabil.

von Ths S. (motorburner)


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Hallo Bernd,

B e r n d W. schrieb:
> Falls eine Gleichspannung zwischen 12V und 32V zur Verfügung steht, gibt
> es diese DC/DC-Wandler:
> https://www.ebay.de/itm/146570175841
>
> Die Ausgangsspannung läßt sich über ein Poti einstellen und ist schon
> recht stabil.

da sehe ich folgende Punkte:
- ich weiß nicht, ob die Ausgangsspannung massefrei ist
- die Schaltfrequenz von 75kHz ist m.E. zu nah an der Streuspitze des AÜ 
und allgemein zu niedrig (die Schleifenverstärkung ist in diesem Bereich 
noch recht hoch)

: Bearbeitet durch User
von Joachim B. (jar)


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Ths S. schrieb:
> massefreie Spannungsversorgung eines Schirmgitters

am Schirmgitter unmöglich, das ist kein 2pol

Wenn du einen galvanisch getrennte Versorgung haben möchtest das ist 
möglich, aber ein Pol muß dann auf eine dem Schirmgitter zugehörige 
Masse.

B e r n d W. schrieb:
> es diese DC/DC-Wandler:
> https://www.ebay.de/itm/146570175841

von galvanischer Trennung steht nichts in der Beschreibung und was nicht 
beschrieben wird wird auch nicht garantiert.

von Ths S. (motorburner)


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Hallo Joachim,

das Circlotron-Schaltungskonzept verlangt massefreie Spannungen. Die 
Kathoden der Endröhren liegen ebenfalls nicht auf Masse, somit zählt nur 
die Spannungsdifferenz zwischen Kathode und Schirmgitter.

Galvanische Trennung zwischen Ein- und Ausgangsspannung ist nicht 
unbedingt notwendig, Hauptsache kein Massebezug.

Da fällt mir aber auf.. die Ansteuerung (also Regelbaugruppe) müsste 
ebenfalls massefrei sein, ergo floating.

von Joachim B. (jar)


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Ths S. schrieb:
> somit zählt nur
> die Spannungsdifferenz zwischen Kathode und Schirmgitter

und das gibt es nur mit einem 2ten Pol egal ob es verstanden wird oder 
nicht.

Wer elektrische Eisenbahnen oder Carrerabahnen verkabelt hat weiß das. 
Der Phasenprüfer auch Lügenstift genannt funktioniert nur weil es dabei 
um Wechselspannung geht und man kapazitiv an Erde angebunden ist, also 
auch 2polig.

Eine Spannungsdifferenz kann nur zwischen 2 Polen existieren.

von Karl B. (gustav)


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So in etwa?
Dann muss Eingang auch symmetrisch sein.
Zeig mal Deine Schaltung als Schaltbild. Ein Schaltbild sagt mehr als 
tausend Worte.
Für mich hat Schirmgitter in einer Pentode immer Bezug auf irgendwas.
Schirmgitterstrom plus Anodenstrom Bezug auf Strom über Katode.

ciao
gustav

von Ths S. (motorburner)


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Hallo zusammen,

Joachim B. schrieb:
> Ths S. schrieb:
>> somit zählt nur
>> die Spannungsdifferenz zwischen Kathode und Schirmgitter
>
> und das gibt es nur mit einem 2ten Pol egal ob es verstanden wird oder
> nicht.
>
> Wer elektrische Eisenbahnen oder Carrerabahnen verkabelt hat weiß das.
> Der Phasenprüfer auch Lügenstift genannt funktioniert nur weil es dabei
> um Wechselspannung geht und man kapazitiv an Erde angebunden ist, also
> auch 2polig.
>
> Eine Spannungsdifferenz kann nur zwischen 2 Polen existieren.

Kennst Du das Schaltungskonzept?
Klar hat die Endstufe als solche Massebezug, aber über die 
Mittenanzapfung des AÜs. Die Versorgungsspannungen selbst sehen diese 
Masse zwar über Rcu der Primärwicklung, aber die eigentlichen 
Spannungsversorgungen jeder der Endröhrenzweige dürfen keinen 
gemeinsamen Pol haben.
Es scheint mir tatsächlich eher, als würde hier ein Verständnisproblem 
Deinerseits bestehen oder ich habe mich massiv falsch/unverständlich 
ausgedrückt (was mir leid tut, wenn es so ist).
Vielleicht hilft die angehängte Schaltung. Dort mit reiner C-Siebung und 
ohne G2-Spannungsstabilisierung (um die es eigentlich in diesem Thread 
gehen sollte).

Karl B. schrieb:
> So in etwa?
> Dann muss Eingang auch symmetrisch sein.
> Zeig mal Deine Schaltung als Schaltbild. Ein Schaltbild sagt mehr als
> tausend Worte.

Klar muss der Eingang symmetrisch sein, so wie es bei 
Gegentakt-Röhrenendstufen üblich ist. In meinem Fall erfolgt die 
Symmetrierung mittels Differenzverstärker, welcher, um den nötigen 
Spannungshub zu schaffen, über die (gegen Masse mit 
Wechselspannungsbelag ausgestatteten) Anodenspannungen der Endröhren 
versorgt wird. Das ist aber keine verrückte Schaltungstechnik, sondern 
üblich.

Ich bitte nochmals ausdrücklich darum, dass es mir hier nur um eine 
sinnvolle G2-Spannungsversorgung gehen soll, nicht um irgendwas Anderes. 
Ich kenne auch die Eigenheiten dieses Forums (inkl. straffem Umgangston 
usw.), aber ich weiß, dass hier viel Wissen, gerade im Bereich 
Schaltwandler vorhanden ist, weshalb ich um Hilfe bitte. Wenn das 
Ergebnis meiner Anfrage ist, dass sich ein Linearregler wahrscheinlich 
eher lohnt, dann ist das auch eine Aussage und dann baue ich einfach 
eine linear geregelte G2-Versorgung auf.

von Sandra (sdr_f169)


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Das hast du dir bei Jogi abgeschaut

https://www.jogis-roehrenbude.de/Leserbriefe/Dietmar_Ragoss-100W_PPP_Monobloecke_PL509/100W_PL509_Circlotron_2014.htm

Naja, wer in einem Audio-Amplifier mit Röhren Step-Down-Schaltwandler 
verwenden will, sollte es lieber gleich ganz bleiben lassen. Aber egal, 
mach mal.

Ansonsten ist es fragwürdig, warum man unbedingt die 
Circlotron-Schaltung mit ihren Problemen verwenden will. Außerdem ist 
die E/PL509 in Pentoden-Schaltung  nur mit Steuergitter Ansteuerung auch 
nicht gut bedient. Entweder ganz als Triode geschaltet verwenden 
(Schirmgitter über 100…200 Ohm Schutzwiderstand direkt mit der Anode 
verbunden) oder mit kombinierter G1/G2-Ansteuerung, wie es z.B. Alan 
Kimmel gemacht hat, bzw. auch reiner Schirmgitter-Ansteuerung.

Zur Schirmgitter-Ansteuerung und Circlotron-Schaltung gibt es da eine 
nette Idee, siehe Anhang. Das umgeht dann auch gleich das Problem mit 
der Erzeugung der gegenüber der Anodenspannung niedrigen 
Schirmgitterspannung.

Vorsicht vor den modernen EL509 mit Oktal-Sockel. Die von Swetlana 
entsprechen zwar von den Daten her den ursprünglichen EL509 mit 
Magnoval-Sockel, haben aber oftmals Glasprobleme wegen des 
Oktal-Sockels. Die EL509 von JJ sind gar keine echten EL508 sondern nur 
„aufgebohrte“ EL34, was man schon am System-Aufbau gut erkennt. Nehme 
die russische 6P45S, die eine echte EL509 ist, wenn man schon keine NOS 
EL509 bekommen kann.

Trotz allem, erfolgreiches basteln, auch wenn du da 10…20…30…40… Jahre 
zu spät kommst.

von Ths S. (motorburner)


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Hallo,

Sandra schrieb:
> Das hast du dir bei Jogi abgeschaut
>
> 
https://www.jogis-roehrenbude.de/Leserbriefe/Dietmar_Ragoss-100W_PPP_Monobloecke_PL509/100W_PL509_Circlotron_2014.htm

Falsch. Die von mir entwickelte Vorstufe ist gänzlich anders aufgebaut, 
auch die Endstufe fährt völlig andere Arbeitspunkte. Abgeschaut habe ich 
dort nichts.

> Naja, wer in einem Audio-Amplifier mit Röhren Step-Down-Schaltwandler
> verwenden will, sollte es lieber gleich ganz bleiben lassen. Aber egal,
> mach mal.

Das ist schonmal eine Aussage. Warum? Was spricht aus Deiner Perspektive 
dafür oder dagegen?

> Ansonsten ist es fragwürdig, warum man unbedingt die
> Circlotron-Schaltung mit ihren Problemen verwenden will. Außerdem ist
> die E/PL509 in Pentoden-Schaltung  nur mit Steuergitter Ansteuerung auch
> nicht gut bedient. Entweder ganz als Triode geschaltet verwenden
> (Schirmgitter über 100…200 Ohm Schutzwiderstand direkt mit der Anode
> verbunden) oder mit kombinierter G1/G2-Ansteuerung, wie es z.B. Alan
> Kimmel gemacht hat, bzw. auch reiner Schirmgitter-Ansteuerung.
>
> Zur Schirmgitter-Ansteuerung und Circlotron-Schaltung gibt es da eine
> nette Idee, siehe Anhang. Das umgeht dann auch gleich das Problem mit
> der Erzeugung der gegenüber der Anodenspannung niedrigen
> Schirmgitterspannung.

Der Grund für Circlotron: ich habe schon ein paar konventionelle 
Gegentaktendstufen berechnet und gebaut. Warum nicht mal was Neues 
versuchen?
Ich kenne die Probleme des Prinzips, beispielsweise die Neigung zu 
niederfrequenter Oszillation durch rel. niedrige Hauptinduktivität der 
AÜs. Ich will dennoch mein Glück versuchen - Andere haben es ja auch 
geschafft.

> Vorsicht vor den modernen EL509 mit Oktal-Sockel. Die von Swetlana
> entsprechen zwar von den Daten her den ursprünglichen EL509 mit
> Magnoval-Sockel, haben aber oftmals Glasprobleme wegen des
> Oktal-Sockels. Die EL509 von JJ sind gar keine echten EL508 sondern nur
> „aufgebohrte“ EL34, was man schon am System-Aufbau gut erkennt. Nehme
> die russische 6P45S, die eine echte EL509 ist, wenn man schon keine NOS
> EL509 bekommen kann.

Die Thematik kenne ich. Ich habe mich aber explizit auf die Kennlinien 
der JJ EL509S bei der Auslegung bezogen.

> Trotz allem, erfolgreiches basteln, auch wenn du da 10…20…30…40… Jahre
> zu spät kommst.

Danke.

von Klaus F. (klaus27f)


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Ths S. schrieb:
> nur um eine
> sinnvolle G2-Spannungsversorgung gehen soll

In einem anderen Thread wurden mehrere isolierte günstige DC/DC 
angeraten.
Am Eingang parallel (5V oder 12V), Ausgänge in Serie bis man die 
Spannung hat:
Beitrag "Re: 5V in 100V out"

Suche nach dem "B0524S-1WR3" findet Datenblatt
https://www.mornsun-power.com/html/pdf/B0524S-1WR3.html
und es gibt auch 3W Version
https://www.mornsun-power.com/html/pdf/WRA0524S-3WR2.html

von Ths S. (motorburner)


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Hallo Klaus,

Klaus F. schrieb:
> Am Eingang parallel (5V oder 12V), Ausgänge in Serie bis man die
> Spannung hat

Ich habe lediglich eine -6V Hilfsspannung für die Konstantstromsenke und 
kleinere Nebenverbraucher, wie etwa eine Einschaltstrombegrenzung, ein 
Motorpoti und die Betriebsleuchte vorgesehen.

Irgendwie fände ich es auch unsinnig, erst von 230V Netzspannung auf 5V 
herunterzutranformieren, nur um dann per Step-Up-Wandler wieder auf 150V 
zu kommen.

Ist meine Idee mit dem Step-Down-Wandler so abwegig?

von Klaus F. (klaus27f)


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Ths S. schrieb:
> Ist meine Idee mit dem Step-Down-Wandler so abwegig?


Dazu kann ich nichts sagen (schaue ich mir auch nicht näher an).

Andere Idee wäre:
(Kleinen) Trafo 230V auf 115V einbauen.
Dann mit simplem Brückengleichrichter + Elko ( ab 22 uF , 250 Volt Type 
; z.B. Pollin 210440 ) könnte annähernd passende Spannung rauskommen.
Notfalls noch Serienwiderstand und Z-Diode ( 3x von den  140581 Pollin 
).

von Sandra (sdr_f169)


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Ths S. schrieb:
> Hallo zusammen,
>
> …
>
> Ich bitte nochmals ausdrücklich darum, dass es mir hier nur um eine
> sinnvolle G2-Spannungsversorgung gehen soll, nicht um irgendwas Anderes.
> Ich kenne auch die Eigenheiten dieses Forums (inkl. straffem Umgangston
> usw.), aber ich weiß, dass hier viel Wissen, gerade im Bereich
> Schaltwandler vorhanden ist, weshalb ich um Hilfe bitte. Wenn das
> Ergebnis meiner Anfrage ist, dass sich ein Linearregler wahrscheinlich
> eher lohnt, dann ist das auch eine Aussage und dann baue ich einfach
> eine linear geregelte G2-Versorgung auf.

Nachdem ich nun deine Schaltung gesehen habe, frag mal deinen 
Trafowickler, ob er statt der extra Wicklungen für die G2-Spannungen die 
320V Wicklungen für die Anodenspannungen mit einer Mittenanzapfung 
wickeln kann. Dann hat man zwischen Mittenanzapfung zu den 
Kathodenanschlüssen der Greatz-Gleichrichter für die Anodenspannungen 
die jeweils halbe Gleichspannung zur Verfügung. Das verringert dann die 
notwendige Verlustleistung der Linearregler für die niedrige 
G2-Spannungen.

von Sandra (sdr_f169)


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Sandra schrieb:
> Dann hat man zwischen Mittenanzapfung zu den
> Kathodenanschlüssen der Greatz-Gleichrichter für die Anodenspannungen
> die jeweils halbe Gleichspannung zur Verfügung. Das verringert dann die
> notwendige Verlustleistung der Linearregler für die niedrige
> G2-Spannungen.

Die Formulierung ist mir ordentlich missglückt.

Gemeint ist der Spannungsanschluss für die jeweiligen Kathoden der 
EL509, was die Anodenanschlüsse der Graetz-Gleichrichter sind, als 
Bezugspunkt für die positive Gleichspannung an der Mittenanzapfung.

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Hallo,

hier noch etwas zu lesen zum Schaltungskonzept:
https://www.hifi-und-lebensart.de/threads/circlotron.6064/

da hat es schon mal jemand ordentlich aufgebaut:
https://www.jogis-roehrenbude.de/Leserbriefe/Dietmar_Ragoss-100W_PPP_Monobloecke_PL509/100W_PL509_Circlotron_2014.htm



Ths S. schrieb:
> 2. Gibt es irgendwelche zweifach-integrierten PWM-Regel-ICs als Ersatz
> für den TL494? Dann bräuchte man nur 2 anstatt 4 Regler-ICs.

Wichtig wenn irgend ein Schaltwandler aufgebaut werden soll: Die 
galvanische Trennung sollte kapazitätsarm sein und auftretende hohe 
Spannungen verkraften können, damit nichts durchschlägt, egal welche 
Schieflage die Röhrenendstufe gerade hat.

Und wenn man schon Platinen herstellt, kann man auch vier mal mit TL494 
mehrere Schaltwandler aufbauen, das kostet nicht viel mehr als nur 
einer.

Es bleibt noch zu überlegen, was bei Ausfall einer der Spannungen mit 
dem Lautsprecher am Ausgang passieren wird, wenn keine Billigteile dran 
sollen.

mfg

: Bearbeitet durch User
von Sandra (sdr_f169)


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Ein Bild sagt mehr, als Tausend Worte.

Die modifizierte Schaltung für die SG2-Spannungen im Anhang. Das 
ist/sollte ein bekanntes Schaltungs-Prinzip sein und hat z.B. Philips 
auch bei seiner Circlotron-Schaltung des AG9007 mit EL34 so realisiert.

von Ths S. (motorburner)


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Hallo zusammen,

Sandra - die Idee ist super. Da habe ich im schlimmsten Fall pro 
Schirmgitter etwa 4W Verlust über die Längsregler, das bekommt man 
weggekühlt.
Alternativ könnte man sogar überlegen, ob man Ug2 auf 200V anhebt oder 
die Mittenanzapfung mit L-Eingang versieht, dann würden ziemlich genau 
150V rauskommen.

Damit ist das Schaltwandler-Thema eigentlich vom Tisch. Vielen Dank für 
die Anregung! Das hatte ich wirklich nicht vor Augen.

Im Anhang ein Schaltbild für den von mir angedachten Längsregler. Gibt 
es da Optimierungspotential? Die dort noch eingezeichnete Graetzbrücke 
würde natürlich entfallen.

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