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Hallo ElKo-Forum.

Ich bin noch relativ neu in Sachen Elektronik und bin gerade dabei mir ein symmetrisches +-12VDC Netzteil zu bauen.

Schaltplan im Anhang.

Die zugrundeliegende Schaltung stammt von hier (etwa in der Mitte): https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/ureg3pin.htm

Ich habe nun ein paar Fragen:

1.) Sind meine Lade-Elkos mit 330µF gut dimensioniert? Ich habe gelesen höhere Kapazitäten bringen mehr Glättung, können aber dem Gleichrichter und Trafo gefährlich werden.

2.) Muss ich irgendwas kühlen, wenn ja was und wie. Passive Kühlung wäre wünschenswert, da das Netzteil für einen Synthesizer gedacht ist und ich keine Betriebsgeräusche will.

3.) Reichen meine 2x 330mA aus um einen kompletten (OPAmp-basierten) Synthesizer zu betreiben? Ich habe da keine Vorstellung. Am Ende soll ein Audio-Signal mit Line-Pegel ausgegeben werden.
So wie ich das sehe ist der Trafo der Flaschenhals was die Leistung betrifft. Aber ich will auch nicht unnötig viel Gewicht haben.


Danke für eure Zeit und Kompetenz.

» Schaltplan im Anhang.
Wie hast du es eigentlich geschafft, ein derart unleserliches Bild zu fabrizieren?

» 1.) Sind meine Lade-Elkos mit 330µF gut dimensioniert?
Passt schon etwa.

» Ich habe gelesen
» höhere Kapazitäten bringen mehr Glättung
Stimmt.
» können aber dem Gleichrichter und
» Trafo gefährlich werden.
Stimmt auch. Dann fließen nämlich sehr große Spitzenströme, da die Elkos in sehr kurzer Zeit nachgeladen werden.

» 2.) Muss ich irgendwas kühlen, wenn ja was und wie.
Evtl. den Spannungsregler, hängt vom Laststrom und der Spannungsdifferenz ab. Ist die Verlustleistung <1W, kommst du i.d.R. ohne Kühlkörper aus (TO220 Gehäuse). Darüber hinaus sollte/muss er auf einem Kühlkörper montiert werden.

» 3.) Reichen meine 2x 330mA aus um einen kompletten (OPAmp-basierten)
» Synthesizer zu betreiben?
Who knows...
Davon abgesehen darfst du den Trafo nicht mit 330mA belasten. Diese beziehen sich nämlich auf den Nennwechselstrom, den er abgeben kann. Wenn ein Gleichrichter dran hängt, sieht die Sache anders aus. Der maximale Strom verringert sich erst mal um den Faktor Wurzel2 und dann sollte auch noch ein Sicherheitsfaktor von etwa 0,7 für die kapazitive Last berücksichtigt werden, sodass du bei etwa 170mA DC landest.

Ansonsten hätte deine Schaltung ja quasi einen Wirkungsgrad >1, und das geht bekanntlich nicht.

» Hallo ElKo-Forum.
»
» Ich bin noch relativ neu in Sachen Elektronik und bin gerade dabei mir ein
» symmetrisches +-12VDC Netzteil zu bauen.
»
» Schaltplan im Anhang.
»
» Die zugrundeliegende Schaltung stammt von hier (etwa in der Mitte):
» https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/ureg3pin.htm

Dieser Minikurs ist von mir. Darum gleich eine rasche Antwort.

»
» Ich habe nun ein paar Fragen:
»
» 1.) Sind meine Lade-Elkos mit 330µF gut dimensioniert?

Wenn Du nur 1/10 der Elko-Kapazität zu meiner Schaltung benutzt, gilt das auch nur fuer 1/10 des Ausgangsstromes. Und dies gilt bei einigermassen angepasster Trafoleistung und etwa gleicher Sekundärnennspannungen.

» 2.) Muss ich irgendwas kühlen, wenn ja was und wie.

Nur die Spannungsregler. Die Verlustleistung ergibt sich aus der Dropoutspannung (Regler) multipliziert mit dem Strom. Wobei im Kurzschlussfall keine Ueberhitzung stattfindet, weil die IC-Chip-Temperatur auf einen maximalen Wert geregelt wird und notfalls den Strom sinken laesst. Foldfbackcharakteristik.

» Passive Kühlung wäre
» wünschenswert, da das Netzteil für einen Synthesizer gedacht ist und ich
» keine Betriebsgeräusche will.

Das wird reichen.

» 3.) Reichen meine 2x 330mA aus um einen kompletten (OPAmp-basierten)
» Synthesizer zu betreiben? Ich habe da keine Vorstellung. Am Ende soll ein
» Audio-Signal mit Line-Pegel ausgegeben werden.
» So wie ich das sehe ist der Trafo der Flaschenhals was die Leistung
» betrifft. Aber ich will auch nicht unnötig viel Gewicht haben.

Da habe ich viel zu wenig Infos um Dir weiter zu helfen. Stelle mal die Infos zusammen und dann sehen wir weiter. Falls ich keine Zeit habe, musst Du halt warten oder jemand anders springt ein.

--
Gruss
Thomas

Buch von Patrick Schnabel und mir zum Timer-IC NE555 und LMC555:
https://tinyurl.com/zjshz4h9
Mein Buch zum Operations- u. Instrumentationsverstärker:
https://tinyurl.com/fumtu5z9

Hi,

danke für deinen Input.

Sorry wegen des Bildes ... irgendwie skaliert es das Bild nicht, weshalb ich die Auflösung runtersetzen musste damit man nicht Scrollen muss. Habs jetzt nochmal verändert, ist aber immernoch nicht dolle.

Wie finde ich heraus ab welcher Stromstärke die Spannungsregler gekühlt werden müssen? Im Datenblatt finde ich keine entsprechende Angabe.

Gruß!

Edit: Ahhh ... ich hatte garnicht gesehen, dass dieKapazität der Lade-Elkos an anderer Stelle beziffert war. Mein Fehler, dann ist die Sache klar.

Meine Frage nach der Kühlung erübrigt sich mit dieser Antwort eigentlich auch.

Danke!

» 1.) Sind meine Lade-Elkos mit 330µF gut dimensioniert?

Nein, das ist knapp.


» Ich habe gelesen
» höhere Kapazitäten bringen mehr Glättung, können aber dem Gleichrichter und
» Trafo gefährlich werden.

Du kannst ruhig 1000uF/35V verwenden, dein Trafo ist ja sehr weich.


» 2.) Muss ich irgendwas kühlen, wenn ja was und wie. Passive Kühlung wäre
» wünschenswert, da das Netzteil für einen Synthesizer gedacht ist und ich
» keine Betriebsgeräusche will.

Nein, besondere Kühlung ist nicht nötig. Nichtmal die Spannungsregler brauchen einen Kühlkörper, sollten aber einigermaßen frei stehen.

Korrektur: ein kleines Kühlblech sollte schon sein, wenn man auch bei 230VAC+10% die 2*200mA entnehmen will. Es reicht aber eines zum aufklemmen mit ca. 30K/W völlig aus.


Das Gehäuse sollte aber nicht gerade aus Styropor sein.


» 3.) Reichen meine 2x 330mA aus um einen kompletten (OPAmp-basierten)
» Synthesizer zu betreiben?

Du bekommst so max 2*200mA@12VDC. Ob das reicht musst du messen, oder uns den Schaltplan des Synthesizers zeigen.

Ok.

Also vorweg: Ich habe noch gar kein Schaltungsdesign für den Synth. Viel mehr möchte ich verschiedene Schaltungen ausprobieren. Da das ohne Spannungsversorgung relativ schwer ist, steht erstmal ein Netzteil an.

Dann werde ich wohl die Lade-Elkos auf 1000µF vergrößern.

Ich hab auf Wikipedia diese Gleichung für die Lade-Elkos gefunden:

C = I * delta t / delta U

=> delta U = I * delta t / C (nach delta U umgestellt)

I = 170mA (siehe Post weiter oben)
C = 1mF (Vorschlag aus Post weiter oben)
delta t = 6ms (halbe Perioden bei 50Hz Netzfrequenz)

=> delta U = 170mA * 6ms / 1mF = 1,02V = ca. 1V

(Ist das nicht ziemlich viel Restwelligkeit?)

Die Eingangsspannung am Regler schwankt also zwischen 15V und 14V. Im Durchschnitt sind das näherungsweise 14,5V und die Dropoutspannung bei einem 12V Regler wäre im Mittel etwa 2,5V.

P = U * I = 2,5V * 0,17A = 0,425W

Soweit richtig? Woher weiß ich jetzt wieviel Wärmeleistung der Regler ohne Kühlkörper loswird?

Wenn die Eingangsspannung am Regler ständig auf 14V abfällt, kann er dann noch richtig regeln oder müsste man einen Trafo mit höherer Sekundärspannung wählen?


Danke übrigens nochmal für die Antworten. Ihr habt mir schon sehr weitergeholfen.

» Also vorweg: Ich habe noch gar kein Schaltungsdesign für den Synth. Viel
» mehr möchte ich verschiedene Schaltungen ausprobieren. Da das ohne
» Spannungsversorgung relativ schwer ist, steht erstmal ein Netzteil an.

Da wäre aber ein einfaches Labornetzteil sinnvoller, in dem Fall würde ich sogar zu zwei L200 raten, mit umschaltbarem Shunt zur Strombegrenzung.

» Ok.
»
» Also vorweg: Ich habe noch gar kein Schaltungsdesign für den Synth. Viel
» mehr möchte ich verschiedene Schaltungen ausprobieren. Da das ohne
» Spannungsversorgung relativ schwer ist, steht erstmal ein Netzteil an.
»
» Dann werde ich wohl die Lade-Elkos auf 1000µF vergrößern.
»
» Ich hab auf Wikipedia diese Gleichung für die Lade-Elkos gefunden:
»
» C = I * delta t / delta U
»
» => delta U = I * delta t / C (nach delta U umgestellt)
»
» I = 170mA (siehe Post weiter oben)
» C = 1mF (Vorschlag aus Post weiter oben)
» delta t = 6ms (halbe Perioden bei 50Hz Netzfrequenz)

Die halbe Netzperiode beträgt 10 ms!

» => delta U = 170mA * 6ms / 1mF = 1,02V = ca. 1V
»
» (Ist das nicht ziemlich viel Restwelligkeit?)

Wenn ich die Formel aus dem Tietze/Schenk "Halbleiterschaltungstechnik" (Buch) benutze, geht's auch damit:
Upp = Ia / ( 2fn * CL) = 170 mA / (100 Hz * 1 mF) = 1.7 Vpp (pp = peak to peak)

Das ist eine praktische Annäherung. In der genauen Formel steckt der Aufwand, weil da muss noch der Innen- und Lastwiderstand miteinbezogen werden. Das macht aber nicht soviel aus, der Glättelko hat schliesslich auch noch eine gewisse Toleranz, die man berücksichtigen muss. Allerdings ist die meist positiv, - zum Glück.

Ua_min =~ Ua_mittelwert - 2/3 * Upp (2/3 und nicht etwa 1/2)

Aber auch so wäre die geglättete Gleichspannung zu knapp für den Regler.

Aaaaaaber das stimmt nicht, weil Du von 15 VDC ausgehst. Du hast aber 15 VAC und diese musst Du mit (square-root)2 multiplizieren und durch die doppelte Diodenflusspannung subtrahieren und das gibt etwa 19 VDC_peak oder rund 17 VDC_min (wegen etwa 2 Vpp Rippel). Damit liegst Du auf der sicheren Seite.

Ich empfehle erst mal die Grundlagen zu lernen. Der Titel im oben genannten Buch heisst "Stromversorgung" und da sind die Details gut kommentiert.

» Die Eingangsspannung am Regler schwankt also zwischen 15V und 14V.

Nein eben nicht.

» P = U * I = 2,5V * 0,17A = 0,425W

Die mittelre Eingangsspannung beträgt etwa 18.5 VDC und Ua =12 VDC, das sind 6.5VDC Drop * 0.17A = 1.1 W.

Die Netzspannung kann grösser sein also nicht zu knapp die Verlustleistung wählen. Nicht unter 1.5 W.

» Soweit richtig? Woher weiß ich jetzt wieviel Wärmeleistung der Regler ohne
» Kühlkörper loswird?

Du benötigst einen kleinen Aufsteckkühlkörper auf jeden Fall. Um den den passenden zu finden und sich mit dem Waermewiderstand zu befassen, muss ich jetzt leider Dir überlassen. Gib diesen Begriff im ELKO ein, es gibt einiges im Forum und es steht etwas in meinen Minikursen hier:
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/kdarl2.htm

Es betrifft das Kapitel "Grundlegendes zur Kühlung von T1". Es hat auch ein Online-Berechungsprogramm und lies dies auch im gesamten Zusammenhang. Ich verspreche Dir, Du lernst so einiges.

Und gleich auch noch. Nutze die Gelegenheit zum selber Experimentieren. Elektronik muss man auch Erleben um daraus zu lernen und ein sicheres Gefühl zu bekommen. Ich erzähle dies Dir aus >40-jähriger Erfahrung.

Weiterhin viel Spass an der Elektronik.

--
Gruss
Thomas

Buch von Patrick Schnabel und mir zum Timer-IC NE555 und LMC555:
https://tinyurl.com/zjshz4h9
Mein Buch zum Operations- u. Instrumentationsverstärker:
https://tinyurl.com/fumtu5z9

» Ich hab auf Wikipedia diese Gleichung für die Lade-Elkos gefunden:
»
» C = I * delta t / delta U
Das ist schlicht die Formel für die Ladung eines Kondensators mit Konstantstrom.

» => delta U = 170mA * 6ms / 1mF = 1,02V = ca. 1V
6ms stimmt nicht so ganz.

» (Ist das nicht ziemlich viel Restwelligkeit?)
Keineswegs, eher zu wenig. Wir wollen den Trafo ja nicht mit zu großen Ladeströmen ärgern. Außerdem will der Spannungsregler ja auch noch etwas beitragen.

» Die Eingangsspannung am Regler schwankt also zwischen 15V und 14V.
Wie kommst du darauf?
15V*1,41-1,4V=(rund)19V
Netzspannungsschwankungen außer acht gelassen.

» Soweit richtig? Woher weiß ich jetzt wieviel Wärmeleistung der Regler ohne
» Kühlkörper loswird?
T0220 Gehäuse haben einen thermischen Widerstand (Junction-Ambient) von etwa 60W/K. Bei einem Watt Verlustleistung (wie ich sie schon erwähnt hatte) erwärmt er sich also um 60K. Damit hat er keine Probleme (etwa 80°C Chiptemperatur)

» Wenn die Eingangsspannung am Regler ständig auf 14V abfällt, kann er dann
» noch richtig regeln oder müsste man einen Trafo mit höherer
» Sekundärspannung wählen?
Nein, siehe oben.

Ich habe gerade nochmal ins Datenblatt des LM317KCS geschaut.

http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/00000-24999/001014034-da-01-en-IC_REG_LDO_ADJ_1_5_LM317KCS_TO_220_3_TID.pdf

Unter "Package Thermal Data" stehen verschiedene Wärmewiderstände für das TO-220 Gehäuse. Außerdem steht als Vermerk eine Gleichung für die maximal zulässige Verlustleistung:

P0(max) = ( Tj(max) - Ta )/ RthJA

Ich deute:
Tj(max) = Maximale Chiptemperatur = maximal 150°C bzw. 140°C zur Sicherheit
Ta = Umgebungstemperatur = 40°C im Sommer innerhalb des Gehäuses?
RthJA = 19°C/W bzw K/W (das deckt sich jetzt nicht mit deinen 60K/W ... gesetzt dein W/K war ein Tippfehler)

(140°C - 40°C ) / 19°C/W = etwa 5W

Das ist doch eigentlich genug Puffer um selbst bei noch höheren Temperaturen im Gehäuse (zB durch Wärmestau oder Scheinwerfer auf ner Bühne) meine 1,5W Verlustleistung abzufangen.

Ich kann mir vorstellen dass mit RthJA irgendwas anderes gemeint ist und der Wert hoffnungslos zu niedrig ist. Oder das der Wärmeübergang zwischen dem TO-220 und der Luft noch eine Rolle spielt.

Gruß!

» Unter "Package Thermal Data" stehen verschiedene Wärmewiderstände für das
» TO-220 Gehäuse. Außerdem steht als Vermerk eine Gleichung für die maximal
» zulässige Verlustleistung:
»
» P0(max) = ( Tj(max) - Ta )/ RthJA
Jup.


» Ich deute:
» Tj(max) = Maximale Chiptemperatur = maximal 150°C bzw. 140°C zur
» Sicherheit
Rechne mal lieber mit 100°C, der Regler wird es dir danken

» Ta = Umgebungstemperatur = 40°C im Sommer innerhalb des Gehäuses?

» RthJA = 19°C/W bzw K/W (das deckt sich jetzt nicht mit deinen 60K/W ...
Ist in der Tat erstaunlich. Bei sehr vielen anderen TO-220 Gehäusen beträgt er um 50...60K/W, wie auch bei diesem LM317 von TI: http://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/lm117.pdf

» gesetzt dein W/K war ein Tippfehler)
Stimmt.

» (140°C - 40°C ) / 19°C/W = etwa 5W
Schwer zu glauben.

» Das ist doch eigentlich genug Puffer um selbst bei noch höheren
» Temperaturen im Gehäuse (zB durch Wärmestau oder Scheinwerfer auf ner
» Bühne) meine 1,5W Verlustleistung abzufangen.

» Ich kann mir vorstellen dass mit RthJA irgendwas anderes gemeint ist
Nö.

» der Wert hoffnungslos zu niedrig ist.
Es steht auch etwas von einem speziellen Board und "High K, JESD 51-5" dort, wer weiß, was es damit GENAU auf sich hat...
JESD 51-5 ist ja irgendein Industriestandard für derartige Tests, aber was er genau beinhaltet und wofür hierbei High K steht...???

» Oder das der Wärmeübergang zwischen
» dem TO-220 und der Luft noch eine Rolle spielt.
Sicherlich, dafür gibt es ja die Angabe des thermischen Widerstandes zwischen Sperrschicht und Umgebung (Junction-Ambient)
Hatte gestern Case-Ambient geschrieben, das ist natürlich Blödsinn...huch...

Wenn ich von Tj(max) = 100°C ausgehe, dann könnten im Gehäuse locker 50°C sein ohne dass ich einen extra Kühlkörper brauche ... das wär toll. Ich glaub ich mach trotzdem so kleine Dinger drauf.

In einem anderen Forum hat mir jemand gesagt ich könne die Kondensatoren im Adjust-Weg der Regler weglassen, wenn die Ausgangsspannung nicht variabel ist. Damit würden auch die entsprechenden Dioden wegfallen. Stimmt das?

» http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/00000-24999/001014034-da-01-en-IC_REG_LDO_ADJ_1_5_LM317KCS_TO_220_3_TID.pdf
»
» Unter "Package Thermal Data" stehen verschiedene Wärmewiderstände für das
» TO-220 Gehäuse.

Da stehen aber ganz offensichtlich falsche Werte. Das Datenblatt wurde nicht ohne Grund längst überarbeitet, nur ist das beim Bastelversender noch nicht angekommen.

Hier gibts das Datenblatt von der Texas-Instruments-Seite: http://www.ti.com/product/lm317#technicaldocuments

Revisited Feb. 2013 ... die betreffenden Werte stehen immer noch drin.

Danke Thomas, für die Richtigstellungen. Wenn ich es dann lese fällt es mir wie Schuppen von den Augen.

Ich finde es wirklich großartig, dass man hier kompakt und kompetent beraten wird! Bei der Fülle an Halbwissen im Internet sind solche Minikurse Gold wert!

» Hier gibts das Datenblatt von der Texas-Instruments-Seite:
» http://www.ti.com/product/lm317#technicaldocuments
»
» Revisited Feb. 2013 ... die betreffenden Werte stehen immer noch drin.

Oh weh! Das schmerzt, einfach weil die so offensichtlich falsch sind.