12V Schaltnetzteil Version 1.0

HIGH-AMP macht mobil! Auf dieser Seite findet ihr eine Anleitung zum Bau eines Schaltnetzteils für den Transistoramp um diesen an einer 12V-Stromquelle zu betreiben. Das Netzteil liefert stabilisierte +/-350V, +15V  und eine zusätzliche, frei wählbare  Spannung zum Anschluß eines Walkman, Discman, MP3-Player, etc.

Die Schaltung

Kernstück der Schaltung ist der Impuls-Breite Modulator SG3525. Er ist so beschaltet um den in Push-Pull-Topologie arbeitenden Übertrager X101 symmetrisch anzusteuern. Da sich Gleichspannung nicht hochtransformieren lässt muß daraus eine Wechselspannung gemacht werden, oder man muß dem Übertrager sozusagen vorgaukeln daß er mit Wechselspannung angesteuert wird. Hierzu werden die zwei Primär-Wicklungen abwechselnd über die MOSFETs gegen Masse durchgeschaltet. Die Wicklungen sind so beschaltet daß die Ströme abwechselnd in entgegengesetzter Richtung fliesen. Somit hat man den selben Effekt als würde man einen Übertrager mit nur einer Primärwicklung mit einer Wechselspannung Vss =2Ub ansteuern. Die symmetrischen Ansteuersignale für die MOSFETs liefert U101 an den Ausgängen OUTA und OUTB. Die Schaltung arbeitet mit einer Schaltfrequenz von 35KHz, vorgegeben durch R103 und C108. Um zu verhindern daß sich die Einschaltzeiten der MOSFETs überlappen ist über R104 eine "Totzeit" eingestellt, während dieser beide Ausgänge abgeschaltet sind. C109 sorgt beim Einschalten für ein langsames Hochfahren der  Ansteuerimpulse für die MOSFETs und verhindert dadurch Stromspitzen beim Einschalten. Da hier Induktivitäten geschaltet werden, entstehen unweigerlich Schalt-Transienten. L101, C101-C104 verhindern daß diese in die 12V-Versorgung gelangen. L102 soll sicherstellen daß U101 mit einer sauberen transientenfreien Betriebsspannung versorgt wird. Um das sekundärseitig angeschlossene Netzteil vor Überspannung zu schützen ist die Schaltung mit einer Schutzschaltung ausgerüstet. Übersteigt die Spannung an C401 die Summe der Zenerspannungen von D410 - D412 wird Q403 leitend und demzufolge ebenfalls Q101. +Ub auf Pin 10 des SG3525 schaltet die Ausgänge zur Ansteuerung der MOSFETs ab. D106 sorgt dafür daß bei einer Eingangsspannung von ca. 17 Volt die Ausgänge komplett abgeschaltet werden um die Gates der MOSFETs vor zu hoher Ansteuerspannung zu schützen.

Sekundärseitig bietet sich ein weitestgehend vertrautes Bild. Die Schaltung zur Stabilisierung der +/-350V entstammt aus dem stabilisierten Netzteil, die Funktionsweise ist dort ausführlich beschrieben. Die dort verwendeten Gleichrichterdioden BYV96E sind schnell genug so daß sie auch hier verwendet werden können. Wegen der hohen Schaltfrequenz können die Werte für die Kondensatoren für die Kaskade deutlich kleiner gewählt werden.

Die Ausgangsspannung +XXV ist für die Versorgung eines externen Players vorgesehen, der entsprechende Festspannungsregler U301 ist dafür einzusetzen. Der ein oder andere wird sich vielleicht über die Platzierung der Drosseln zwischen Übertrager und Gleichricher wundern. Ich habe hier verschiedene Kombinationen getestet, und habe mit dieser Kombination hinsichtlich Sauberkeit der Ausgangsspannungen die besten Ergebnisse erzielt.

Knackpunkt dieser Schaltung ist der Übertrager. Man kommt wohl nicht umhin sich den Übertrager selbst zu wickeln. Als Kern habe ich hier einen ETD49/25/16 N87 gewählt. Bezogen auf die Leistung ist dieser gnadenlos überdimensioniert, bietet aber dafür ausreichend Platz um die hohe Anzahl an Sekundärwicklungen unterzubringen. Damit das Vorhaben auch mit Erfolg gekrönt wird, hier eine Anleitung:

Als erstes sind die Primärwicklungen aufzubringen. Dazu schneidet man sich zwei 1Meter-Stücke Kupferlackdraht, Durchmesser 1,1mm² ab, befestigt das Ende des einen Drahtes an Pin 1, das Ende des anderen Drahtes an Pin 2 und wickelt die zwei Drähte gemeinsam parallel auf den Spulenkörper mit 9,5 Wicklungen. Es ist darauf zu achten daß die zwei Drähte eng am Spulenkörper anliegen und immer parallel geführt werden. Nach 9,5 Wicklungen sind die Drähte ebenfalls möglichst parallel zurück zu Pin 9/10 zu führen. Eine Drahtstärke von 1,1mm² füllt genau eine Lage des ETD49.

Über die Primärwicklung kommt jetzt eine Lage Isolierfolie.

Die Sekundärwicklungen sind mit 0,1mm² Kupferlackdraht der Reihe nach zu wickeln, zunächst die ersten 320 Wicklungen, danach die zweiten 320 Wicklungen, zuletzt die 20 Wicklungen mit einer Drahtstärke von 0,5mm².

Eine Lage ist immer über die ganze Breite des Spulenkörpers zu wickeln um eine optimale magnetische Kopplung zu erzielen.

Nach jeder Lage und zwischen den drei Sekundärwicklungen ist eine Isolationsschicht mit Isolierfolie zu wickeln.

Zur Isolierung der rückzuführenden Drähte zu den Pins ist Schrumpfschlauch zu verwenden.

Ich habe drei Versuche benötigt bis der Übertrager erfolgreich gewickelt war, größtes Problem waren Spannungsdurchschläge auf der Sekundärseite (ohne Verwendung von Isolierfolie). Deshalb mein Rat: sorgfältig isolieren! Wenn ihr das alles beachtet und sorgfältig arbeitet sollte eigentlich nichts schief gehen.

Als Isolierfolie eignen sich zum Beispiel wunderbar die Brat-Beutel von Toppits. Die bestehen aus dünner, gut isolierender Folie, sind leicht zu verarbeiten und hitzebeständig bis 200°C. Um den Übertrager elektromagnetisch zu isolieren sollte dieser in ein Blechgehäuse eingeschlossen werden, insbesondere dann wenn die Verstärkerplatine sich in der Nähe befindet.

Layout

Platinenmaße: 160 x 160 mm

Stückliste gibt es hier.

Die Sprint-Layout-Datei könnt ihr hier downloaden

Inbetriebnahme

ACHTUNG!

Man sollte nicht vergessen daß man hier mit nicht ungefährlichen Spannungen von über 400 Volt arbeitet. Um sich selbst zu schützen sollte man bei angelegter Betriebsspannung niemals mit beiden Händen gleichzeitig an der Schaltung arbeiten.

Die Inbetriebnahme sollte schrittweise erfolgen. Zunächst ist die Schaltung ohne Übertrager an 12V zu legen.
Wenn die Rechtecksignale zur Ansteuerung der MOSFETs ordentlich aussehen kann der Übertrager eingesetzt werden.
Die Schaltung ist jetzt ohne die Sicherungen sekundärseitig in Betrieb zu nehmen. Die Stromaufnahme sollte dabei 0,3A nicht überschreiten.
Auf der Sekundärseite sind die Leerlauf-Spannungen von ca. 2x400V und 30V zu prüfen.
Um den Überspannungsschutz zu prüfen wird die Eingangsspannung langsam erhöht bis die Spannung an C401 450V beträgt. Jetzt sollte die Ansteuerung der MOSFETS am Übertrager von Rechteck auf kurze Impulse reduziert werden.
Erhöht man die Spannung weiter sollte bei ca. 17V Eingangsspannung die Ansteuerung der MOSFETS komplett aussetzen.
Als nächstes sind die Sicherungen einzusetzen und mit der Überprüfung der stabilisierten Ausgangsspannungen fortzufahren.
Zuletzt ist die Schaltung mit der vorgesehenen Last (Verstärker) zu testen.

Ergebnis

Das Netzteil kann mit einer Eingangspannung von ca. 12V - 15V betrieben werden um die stabilisierte +/-350V Ausgangsspannung sicher zur Verfügung zu stellen. Die geforderten 40mA für den Transistorverstärker werden problemlos geliefert, die Maximalleistung liegt deutlich höher. Durch den Einschluß des Übertragers in ein Blechgehäuse und der angewendeten LC-Filterung sind die Ausgangsspannungen nur minimal mit Transienten belastet, dies schlägt sich in einem ausgezeichneten Klang des angeschlossenen Verstärkers nieder. Klanglich ist der Verstärker für mich nicht von meinem “großen” Transistorverstärker mit herkömmlichem Netzteil zu unterscheiden.
 

Der Kostenpunkt für dieses Netzteil liegt bei ca. 120 Euro.

Bildergalerie 12V Schaltnetzteil