15V Festspannungsnetzteilbau

[Barthimaeus]

Hi zusammen!

Ich möchte mir einen kleinen 2x6 Watt Audioverstärker mit einem TDA1519B IC von Reichelt bauen. Ich habe ein ähnliches, stärkeres IC bereits verwendet. Für meinen alten Verstärker verwende ich einfach mein externes, stabilisiertes 13,8V Festsspannungsnetzteil. Für den neuen Verstärker möchte ich die Stromversorgung jedoch intern realisieren. Dafür habe ich mir einen 15V 16VA (12VA sollte ja der Verstärker haben) Printtrafo gekauft und diesen mit einem KBU6J gleichgerichtet - dahinter einen 1000mF /16V Elko zum Puffern/Sieben. Die generierte Gleichspannung wird danach mit einem 78S15 (2A) geregelt, um damit das Verstärker IC zu betreiben. Nun allerdings zwei Probleme aufgetreten:

1. Der 78er wird sehr heiß
2. Der 1000mF Elko zur Siebung wurde zerstört.

Wenn das Verstärker IC 12VA hat bedeutet das doch bei 15V das der 78er maximal 12VA/15V = 0,8A liefern muss - möglich wären doch 2A. Warum wird er dann so extrem heiss - trotz Kühlkörper?

2. Warum stirbt ein 16V Elko bei 15V ?

Vielleicht könnt ihr mir ja helfen... Mit meinem Festspannungsnetzteil funktioniert auchd as neue Verstärker IC problemlos...

Danke

[Artur]

Hi,
die Elkos müssen min. die Trafo-Spannung mal 1,414 aushalten, also bei 16V Trafo sind es dann rund 25 V !
Der 78xy muss 100nF Kondensatoren (KEINE ELKOS) direkt an den Pins haben , sonst schwingen die Viecher.
Und nicht beim Kühler sparen

Gruss
Artur

[ranke]

Wenn der ausgang nicht belastet ist, wirkt auf den Elko die Spitzenspannung des Sinus, die ist um 1,4 (genau: Wurzel aus 2) höher als die Effektivspannung. Abziehen darf man eventuell noch die 1,3 Volt, die in den Gleichrichterdioden asl Schwellspannung hängen bleiben. Allerdings wird die unbelastete Sekundärspannung am Trafo typischerweise 10% über den Nennspannung liegen.
Insgesamt also: sekundär 16,5V Wechselspannung * 1.4 - 1,3V = 21,8Volt.
Das dürfte wahrscheinlich beide Effekte erstmal erklären.

[BASTIUniversal]

Hi!
Im Normalfall ist ein Spannungsregler vor einem Audioverstärker quatsch. Das verheizt nur einen haufen Leistung und bringt nicht viel (wenn gut gesiebt wird).
Leider hast du hier das Problem, dass du den Trafo falsch gewählt hast. Da dein TDA maximal 18V verträgt, musst du die übrigen 4 Volt tatsächlich irgendwie wegbringen.
Der Verstärker arbeitet im B-Betrieb (http://de.wikipedia.org/wiki/Endstufe_%28Elektrotechnik%29#AB-Betrieb_und_B-Betrieb) und hat daher etwa 50% Wirkungsgrad. Bei 12W Output ergibt das an 15V:
P = U * I
I = P / U = 24W / 15V = 1,6A
Dein Spannungsregler muss im schlimmsten Fall 22V - 15V = 7V "abbauen". Das ergibt dann eine Verlustleistung von 7V * 1,6A = 11,2W.
Da brauchst du einen richtig ordentlichen Kühlkörper! Und am Verstärker selbst natürlich auch.

Gruß
Basti

[s.frings]

Der Elko hinterm Gleichrichter mus noch viel mehr aushalten, als 1,4 mal 15 Volt. Schau Dir mal ein Schaltnetzteil an, z.B. aus einem Computer oder DVD Player. Die haben am 5V Ausgang normalerweise 10V oder 16V Elkos. Und zwar musst Du den AC-Anteil zum DC-Anteil addieren. Ein Schaltnetzteil wird am 5V AUsgang niemals mehr als 5V liefern, denoch muss der Kondensator für mindestens 10V ausgelegt sein, weil die pulsierende Spannung vom Transformator zwischen 0V und 5V wechselt. Du hast also 5V Gleichspannung (aufgrund der Regelung) plus etwa 2,5V Wechselspannung, macht zusammen 7,5 Volt.

Um auf Dein "herkömmliches" Netzteil zurück zu kommen: Wenn der Travo eine Nennspannung von 15V hat, dann wird die Spitzenspannung wie ranke geschrieben hat, etwa 22 Volt betragen. Aufgrund der Last, wird die Spannung aber schätzungsweise im Bereich 14V-22V pulsieren, was einem AC-Anteil von 4V entspricht. Der Kondensator muß also 26 Volt vertragen. Der nächste passende wird wohl einer für 35V sein.

Wenn die minimale Spannung aber 14V ist, und Dein Spannungsregler selbst 2V für sich braucht (was im Rahmen des Üblichen liegt), dann kannst Du nur einen 12V Spannungsregler verwenden. Ansonsten brummt die Spannung doch, trotz Spannungsregler.

Abgesehen davon kann man anständige Audio-Endstufen durchaus an einer ungeregelten Spannungsversorgung betreiben, insofern würde ich versuchen, den Spannungsregler ganz weg zu lassen. Falls es nicht klappt, nimm lieber einen anderen Chip (z.B. TDA2030) anstatt das Problem durch Spannungsregelung zu umgehen. Damit verheizt Du nur unnötig Energie.

[BASTIUniversal]

@s.frings: Was soll denn das bitte für ein Regler sein, der 50% Ripple zulässt? Sowas war glaube ich noch nie Stand der Technik.

Auch die Regel, den AC Anteil mit dem DC Anteil zu addieren ist mir neu. Bei Kondensatoren gilt die angegebene Spitzenspannung (und die ist bei 15V AC halt 22V -> nächsthöherer Wert ist trotzdem 35V).

Gruß
Basti

[Barthimaeus]

Vielen dank für die vielen Antworten, die trotzdem in eine Richtung führen ;) Wenn ich also einen 35V 1000mF Elko hinter den Gleichrichter setze dürfte das Problem ja schon zur Hälfte gelöst sein. Die andere Hälfte derLösung wäre ein größerer Kühlkörper ca. 7VA Verlustleistung für den 78S15 - gibt es einen solchen Kühlkörper, der auf ein to-220 Gehäuse passt?
Die Kondensatoren am Spannungsregler sind laut Datenblatt 1x330nF und 1x100nF. DIe Kondensatoren am TDA können doch ruhig weiterhin 16V haben, denn der 78er sorgt doch - bei korrekter Beschaltung - dafür, dass diese nicht überschritten werden.

Setzt eigentlich ein Spannungsregler die komplette überschüssige Spannung in Wärme um?

Danke nochmal

/edit: Ich habe zZ. einen 20K/W Kühlkörper am 78er, reicht das? Wie berechne ich, wie heiss der IC würde, wenn er 7 V abbauen müsste?

[Besserwessi]

Die Linearregeler wie 78S15 setzen die ganze Spannungsdifferenz in Wärme um, und noch ein bischen mehr vom Eigenverbraucht.

Bei einem Schaltregler (z.B. LM2576) hat man da wenige Verlustwärme, aber mehr Teile, und ggf. etwas HF Störungen.

Bei den Elkos lieber etwas Reserve bei der Spannung lassen. Ein 16 V Elko bei 15 V Spannung ist schon recht knapp.

[Barthimaeus]

Auf die paar Cent kommt es dann auch nicht mehr an ;)

Wie sieht es denn nun mit dem Kühlkörper aus? Laut Datenblatt ist für den 78S15 alles <150°C ok. Wie berechne ich denn, wie heiss er werden würde, wenn er 7V "verbrennen" muss? Vermutlich hat der 20W/K Kühler dann schon gereicht, denn ich glaube sooo heiß wurde er auch nicht.

Wenn ihr mir diese Fragen noch beantworten könnet wäre ich sehr zu dank verpflichet ;)

p.s.: Wäre die Dimensionierung von Kühlern nicht auch einen Wiki-Eintrag wert? Wenn ichs verstanden habe schreib ich ihn auch gern ;)

/edit: ich hab mal ein wernig nachgedacht - korrigiert mich, wenn ich falsch liege:

Da der Verstärker eine Leistung von 12VA hat bedeutet dies doch, dass 12VA/15V = 0,8A fliessen, die der 78S15 bereitstellen muss. Wenn der Spannungsregler nun 7V verbrennen soll, bedeutet dies doch, dass die umzusetztende Leistung 7V*0,8A =5,6VA beträgt. Wenn der Kühler nun 20K/W hat bedeutet dies, dass er um 5,6*20K/W = 112K heißer als die Umgebungstemperatur werden wird. Bei einer Zimmertemperatur von 20°C bedeutet dies, dass er ca. 132°C erreichen wird. Dies hält der Spannungsregler zwar aus, aber optimal ist das nicht - Hätte ich stattdessen einen 9K/W Kühlkörper würde die Temperatur "bloß" auf (20+5,6*9)C = 70,4°C ansteigen. Schon erheblich besser... Ist das zu verkraften ? Das Haus brennt mir da jedenfalls nicht mehr ab.

Kann man das so rechnen, oder ist das Quatsch?

[oberallgeier]

... habe ich mir einen 15V 16VA (12VA sollte ja der Verstärker haben) Printtrafo gekauft ...Ich weiß ja nicht, wieviel Rippel ein (altes) Notebook-Netzteil hat. Die sind meist in diesem Bereich angesiedelt: 14V bis 19V, je nach Hersteller, Leistung üblicherweise 4 bis 5A. Beispiel: Toshibanetzteil, ca. 10 Jahre alt von einem sehr hochpreisigen Notebook: 15V, 5A.

[Barthimaeus]

Danke oberallgeier, das Notebooknetzteil beziehe ich jetzt auch mit ein ;)

Aber stimmen denn meine obrigen Berechnungen?

[s.frings]

Ich berechnet Kühlkörper immer genau so, die Barthimaeus es oben beschrieben hat. Ich rechne immer mit 100°C maximale Temperatur, und 40°C Raumtemperatur, denn um den Kühlkörper herum ist es immer ziemlich warm.

Wenn der Kühlkörper nicht außem am Gehäuse moniert ist, muss die Luft durch irgendwelche Löcher oder Schlitze zirkulieren. Das geht nur bei geringen leistungen und ich rechne in diesem Fall immer mit 60°C Raumtemperatur (der Raum ist dann ja das Gehäuse von Gerät selbst).

Manche HIFI Anlagen haben einen innen liegenden Kühlkörper mit Lüfter, der die Effizienz des Kühlkörper logischerweise erhebnlich erhöhrt, denn dann kannst Du mit 25°C statt 60°C rechnen.

[Barthimaeus]

Da ich mein gehäuse wohl aus Holz bauen werde - mangels Alternativen - muss ich auf die Lüftungslöcher zurückgreifen... Hab die bei meinen alten Verstärker schön kreisförmig angeordnet ;) oder wie würdet ihr ein solches Gehäuse bauen?

[s.frings]

Ich würde ein große Loch (30mm) bohren, davor von außen den Kühlkörper schrauben und von innen den Spannungsregler. Ebenso würde ich mit den Ausgangs-Transitoren (bzw. Chips) der Endstufe vorgehen.

Wird der Kühlkörper nicht viel größer, als ein handelsübliches Notebook Netzteil? Bei Pollin gibt es so viele schön billige Schaltnetzteile - ich habe schon sehr lange kein eigenes mehr gebaut.

[PICture]

Hallo!

Barthimaeus

Ohne Kühlung mit Lüfter würde ich den Kühlkörper möglichst hoch und mit Abstand zum Gehäuse montieren, damit die umflüssende Umgebungsluft die höchstmögliche Menge von Wärme abtransportieren kann. Es betrifft aber nur ein freistehendes Gehäuse, also nicht z.B. im Regal, wo sich die Umgebungsluft kaum bewegen kann.

MfG

[BASTIUniversal]

@Barthimaeus: Deine Rechnung ist vom Prinzip her richtig...nur braucht dein Verstärker IC nicht 12W sondern über 24W (warum steht in meinem Beitrag weiter oben).

[Coop]

Hallo.
Muss mich auch mal reinhängen.

Nur zu meinem Verständnis:
Lese ich das richtig raus - du hast einen Trafo, welcher dir 15VAC liefert und gibst diese Spannung über einen Gleichrichter auf einen linearen Spannungsregler für 15VDC?

Lese ich das nun nur falsch raus oder sehe ich das schon richtig?

Grüße

[Barthimaeus]

@coop: genau

So mit den neuen Kondensatoren klappts. Zur Kühlung habe ich jetzt den passivkühler einer alten Grafikkarte in drei Kühler zerteilt. Diese haben viel viel Mehr Rippen als mein bisheriger Kühler und werden auch nach einer halben stunde kaum wärmer als handwarm. Ich denke, ich werde für die Zirkulation der Luft am besten einen mini Pc Lüfter ins Gehäuse bauen, dann dürfte doch alles bestens sein, oder?

Danke an alle

[Coop]

Also meiner Meinung nach ist die Sekundärspannung zu knapp bemessen.
Eigentlich wählt man diese doch um einige Volt höher, als die zu erreichende Spannung.
Soll heißen, wenn ich 15VDC aus meinem lin.FSR heraus bekommen will, lege ich (und benötigt doch eigentlich auch der Regler) eine höhere Spannung an den Eingang an.
15VAC aus dem Trafo noch über einen Gleichrichter + verschiedene Sieb / Glättungselkos vor dem Spannungsregler sind meiner Meinung nach zu gering bemessen.

Ich denke auch dadurch könnte die schlechte Regelung resultieren.

Hast du mal die Spannung hinter dem GR gemessen?

Grüße

P.S.: Ich lasse mich da gerne verbessern.

[BASTIUniversal]

@Coop: Lies dir am besten nochmal die Beiträge weiter oben durch. Dann wirst du merken das es hier nicht um eine "schlechte Regelung" dreht und die Sekundärspannung sogar noch zu hoch ist!
Hinter dem Gleichrichter müssten um die 22V anliegen.

Gruß
Basti

[Coop]

Hallo.
Ich kann mich nicht so recht damit abfinden.
Mag sein, dass ich mich ja irre - aber was solls. Falls ich einem Denkfehler unterliege, wirds dadurch wenigstens geklärt.

Also:
Ein Trafo liefert mir ausgangsseitig eine Effektivspannung von 15VAC. Der Spitzenwert ist 1,414x15VAC =21,21V.
Für eine B2-Brückenschaltung erhalte ich rechnerisch mit diesen Werten einen aritmetischen Mittelwert von 13,5V - dies entspricht doch eigentlich der maximal erreichbaren Ausgangsspannung.
Der Effektivwert müsste rechnerisch wieder 15V betragen.

Somit würde ich sagen, ob nun 13,5V oder 15V, für einen sicheren Betrieb eines 15VDC-Festspannungsreglers zu wenig.
Im übrigen meinte ich mit schlechter Regelung die auftretenden Wärmeprobleme, welche dann auch evtl. auf internes Schwingen zurückzuführen wären.

Alles in allem, wäre immer noch der tatsächlich gemessene Wert nach dem GR von Barthimaeus interessant zu erfahren.
Hoffe er hat sich nicht ausgeklingt und kann diesen noch nachliefern.

Ich hoffe das jemand meine Werte bestätigen kann oder meinen Denkfehler beseitigt.

Bis dahin

[RoboHolIC]

Hallo Coop.

Deine Berechnung stimmt vermutlich, wenn du den Lade-Elko wegläßt - dann kriegst du aber pulsierende Gleichspannung mit dem genannten arithmetischen Mittelwert. Da steckt dein Denkfehler.
Wenn du nun den allseits anerkannten, obligatorischen Ladeelko dazuschaltest, dann stellt sich an diesem die oben bezifferte rippelige Spannung von etwa 20V ein und Maxwell ist wieder rehabilitiert.

Gruß
Christian.

[Coop]

Hallo.
Achso das meint ihr - ja das ist natürlich völlig richtig. Der nachgeschaltete Elko lädt sich auf den Spitzenwert der pulsierenden Gleichspannung auf.
Manchmal will man einfach ](*,)