Geregeltes Netzteil Version 2.0

Hier möchte ich alternativ eine Stromversorgung mit geregelten Ausgangspannungen vorstellen. Die Schaltung ist so dimensioniert daß sie für alle hier gezeigten Verstärker eingesetzt werden kann, und beinhaltet auch die beiden für den Canopus und Capella benötigten Hilfsspannungen. Das Netzteil zeichnet sich insbesondere durch niederohmige Ausgangsimpedanzen sowie geringe Restwelligkeit aus. Gegenüber der 1. Version hat sich die Ausgangsimpedanz um mehr als den Faktor 10 verkleinert.

Die Schaltung

Die Konstantstromquelle Q401 liefert über R403 festgelegte 1mA. Q401 liefert am Gate des Ausgans-MOSFET eine Spannung von 400Volt + VGS. Übersteigt die Ausgangsspannung die Summe der Zenerspannungen D406 bis D408 + UBE von Q402 wird dieser leitend und beginnt die Gate-Spannung des Ausgangs-MOSFET zu reduzieren. Der Regelkreis ist somit geschlossen. D409 soll den Ausgangs-MOSFET vor überhöhter und falsch gepolter Gate-Source-Spannung schützen. Der 100u-ELKO C403 am Ausgang verhindert eine Schwingneigung des Regelkreises und sorgt für eine absolut ruhige Ausgangsspannung.
Für den negativen Zweig habe ich als Ausgangs-MOSFET den IRF9620 eingesetzt. Dieser kann zwar nur 200 Volt, das reicht aber für den Betrieb aus, wenn die Differenz Eingangsspannung - Ausgangsspannung kleiner 200Volt gehalten wird. Im Einschaltmoment kann es vorkommen daß diese Differenz 200Volt übersteigen könnte, solange sich die Ausgangsspnnung noch nicht vollständig aufgebaut hat. Der integrierte Überspannungsschutz des IRF9620 verhindert hier jedoch eine Zerstörung. Beim Einsetzen eines Ersatzttyp ist deshalb darauf zu achten daß dieser ebenfalls einen Überspannungsschutz integriert hat. Oder man setzt den FQP3P50 von Fairchild ein, der kann 500V.

Die 150Volt Hilfsspannung für den Canopus (80Volt für den Capella) wird nach ähnlichem Prinzip erzeugt. Der Unterschied ist hier daß die Referenzspannung am Emitter von Q701 ansteht. Die Konstantstromquelle habe ich hier durch einen Widerstand ersetzt, da die Schaltung über die stabilisierte -400Volt Spannung gespeist wird und somit einen konstanten Strom liefert.

Zu berücksichtigen ist daß sich die beiden Hilfsspannungen (150Volt, -15Volt) auf -400Volt beziehen. Wird das Netzeil für den Canopus eingesetzt entfällt der GND-Anschluß. Stattdessen wird -400Volt zu 0Volt und +400Volt zu +800Volt, ebenso beim Capella.

Die Verzögerungsschaltung wird nur benötigt wenn Röhren mit im Spiel sind, andernfalls sind auf der Platine die Kontaktanschlüsse zu brücken. Die Zeitkonstante für den Universaltimer NE555 wird durch den Trimmer R302 und C302 vorgegeben. Wird die Verzögerungsschaltung mit 6,3V Gleichspannung versorgt sind D301 und R305 zu brücken, damit am Relais 6V ankommen.

Layout

Platinenmaße: 106 x 173 mm

Stückliste gibt es hier.

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.

Das Netzteil ist für optimalen Klang und nicht für optimale Betriebssicherheit designed. Bestimmte Schutzmassnahmen habe ich bewusst weggelassen da sie den Klang negativ beeinflussen würden. Deshalb sollte man bei der Inbetriebnahme sehr vorsichtig vorgehen und Kurzschlüsse vermeiden. Nachdem das Netzteil ausgeschaltet wird ist darauf zu achten daß alle Kondensatoren entladen sind bevor daran weitergearbeitet wird. Selbst eine Restladung von 50 Volt auf den Elkos kann bei einem Kurzschluß mit dem Schraubenzieher oder mit dem Lötkolben das Aus für einige Halbleiter bedeuten.

Ergebnis

Die Spannungen der Hauptversorgung werden allein durch die Summe der Zenerspannungen von D406 bis D408 bestimmt und sind in weiten Bereichen wählbar. Zu berücksichtigen ist, daß die Spannung am Eingangs-ELKO C401 mindestens 20 Volt über der gewünschten Ausgangsspannung betragen sollte (Worst Case Betrachtung). Die Ausgangsimpedanz der Hauptversorgung und der 150 Volt Hilfsspannung ist < 0,2Ohm über einen Frequenzbereich von 0 - 100KHz die Restwelligkeit ist nicht mehr meßbar.

Ausführliche Hörtests habe ich bei meinem Sirius V1.0 durchgeführt. Klanglich legt der Verstärker an noch tieferen und strukturierteren Bässen zu. Faszinierend auch die verbesserte Impulswiedergabe, insgesamt gewinnt der Verstärker noch an Klarheit und Transparenz.

bestückte Platine geregeltes Netzteil Version 2

Stabilisierte Stromversorgung

für Röhrenheizung mit Softstart

Um die Brumm- und Geräuscheinstreuung über die Heizspannung bei Röhrenverstärkern zu minimieren benötigt man eine stabilisierte 6,3 Volt Heizspannung. Die von mir vorgestellte Schaltung arbeitet mit einer Eingangsspannung von 9 - 10 Volt Wechselspannung und liefert daraus eine stabilisierte Ausgangsspannung, einstellbar zwischen 2,85 bis 8,6 Volt. Eine integrierte Softstart Funktion fährt die Ausgangsspannung nach dem Einschalten in vorgegebener Zeit von 0,45 Volt auf die eingestellte Ausgangsspannung hoch.

Kernstück der Schaltung ist der Linearregler L200. Um den auf 2 Ampere intern begrenzten Ausgangsstrom aufzustocken kommt hier der Leistungtransistor BD250 zum Einsatz. Sobald der Spannungsabfall über R1 0,6 Volt übersteigt wird U5 leitend und übernimmt die zusätzlich anfallende Stomlast. Der Widerstand R2 ist optional und dient zur externen Strombegrenzung auf 4,5 A ( Imax = 0,45V/R2 ). Eingestellt wird die Ausgangsspannung mit R5. R3 und C5 bestimmen die Steilheit der Hochfahrrampe nach dem Einschalten. Die externe Strombegrenzung setzt ein sobald der Spannungsabfall zwischen Pin 5 und Pin 2 0,45 Volt erreicht. Das heist nach dem Einschalten wird C5 mit dem Konstantstrom (0,45 Volt/R3) geladen bis die eingestellte Ausgangsspannung erreicht ist. Die zur Gleichrichtung verwendeten Schottky Dioden SB550 verkraften 5 Ampere, die maximimale Belastung dieser Schaltung ohne externe Strombegrenzung beträgt 7 Ampere.

Platinenmaße: 50 x 118 mm

Die Stückliste gibt’s hier.

Die Kosten für dieses Netzteil liegen bei ca. 15 Euro.

Elektonische Sicherung

Aufgrund der schlechten Erfahrungen mit Schmelzsicherungen (Standardsicherungen klingen beschissen, PADIS-Sicherungen sind teuer) habe ich eine kleine Schaltung entwickelt welche die nachfolgenden Bauteile effektiv schützt ohne sich negativ im Klang bemerkbar zu machen.

Im Normalbetrieb bezieht T3 über R12 seine Gate-Spannung und ist durchgeschaltet. Übersteigt der Strom durch T3 eine bestimmte Grenze die durch R13 festgelegt wird beginnt D21 zu leiten und schaltet T4 durch. Die Gate-Spannung an T3 wird somit verkleinert und die Strombegrenzung setzt ein. Jetzt beginnt die Drain-Source-Spannung an T3 anzusteigen. Wird diese größer als die Zenerspannung von D22 beginnt diese zu leiten und schaltet T4 über R15, D20 komplett durch. Das heist die Gate-Spannung wird auf 0 reduziert und T3 sperrt. Die Sperre wird erst wieder aufgehoben wenn die Drain-Source-Spannung unter die Zenerspannung von D22 fällt. Bei R13=10 Ohm schaltet die Schaltung bei ca. 70mA ab. Der Elko C7 verzögert die Komplettabschaltung, sodaß nicht gleich beim ersten Erreichen des Maximalstromes abgeschaltet wird.

Vorteil dieser Schaltung gegenüber Schmelzsicherungen:
- Es fliesen zu keinem Zeitpunkt mehr als der eingestellte Grenzwert.
- Im Falle eines Kurzschlußes wird der Strom auf ca. 3 mA reduziert
- Keine klanglichen Beeinflussungen
 

Nachteile:
- Erhöhter Bestückungsaufwand
- Spannungsabfall von ca. 5V im Normalbetrieb

Die Schaltung passt auf eine ca. 2x2 cm große Platine die an eine durchgebrannte Schmelzsicherung angelötet werden kann. So kann die Sicherung auf dem Netzteil problemlos ersetzt werden.

Schaltplan, Layout etc. könnt ihr hier herunterladen.

Alternativ gibt es hier noch ein Layout von Klaus Wiczorek bei dem zu Gunsten größerer Kompaktheit der FET und Elko auf der Lötseite angeklappt angelötet werden können.