Audiophiles 5V Netzteil

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Audiophiles 5V Netzteil

Beitragvon Hironimus_23 » 31.12.2015, 14:05

Hallo Zusammen,

es ist ja bereits einiges bezüglich fertigen Netzgeräten (z.B. hier viewtopic.php?f=23&t=6717#p104897) geschrieben und diskutiert worden, jedoch konnte ich für mich daraus keine konkrete Kaufentscheidung ableiten.

Meinem Raspberry PI2 lag ein einfaches USB- Netzgerät bei (5.0 V / 1.0A) bei, das jedoch den PI2 nur sehr instabil zum Laufen brachte. So stürzte er regelmäßig ab, wenn ich den auf dem PI2 installierte Logitech Media Server startete. Den Austausch dieses Netzgerätes gegen ein Original-Netzteil von einem IPad (5.1V / 2.1A) lässt den PI2 jetzt stabil laufen, soll aber nicht die Endlösung sein, zumal ich das IPad-Netzteil eben auch für das IPad benötige.

Ich möchte für den PI2 ein lineares Netzteil verwenden und plane den Selbstbau eines solchen, da mich die Diskussionen um fertige Netzgeräte nicht wirklich weiter gebracht haben.

Im WWW habe ich ein bisschen recherchiert und unterschiedlichste Schaltpläne entdeckt. Als allgemeine Zusammenfassung habe ich die anliegende Skizze gezeichnet, die Basis für meinen Selbstbau sein sollen. Die Anforderungen, die ich an das Netzteil habe sind recht simpel, es soll eine stabile lineare 5V Spannung liefern, wenig Ripple, geringe Baugröße und bezahlbar sein.

Folgende Fragen zu dem Schaltplan habe ich an Euch. Da mein Equipment recht beschränkt ist (nur Digitalmultimeter und Lötkolben), kann ich nur wenig experimentieren und messen:

- Würde das Schaltungsdesign meine Anforderungen erfüllen?
- Sind die Bauteile vernünftig dimensioniert?
- Ist der Kondensator C6 erforderlich, was soll er konkret bringen ?
- Ist es sinnvoll den Gleichrichterdioden jeweils einen 10nF Kondensator parallel zu schalten ?
- Ist es sinnvoll einen Netzfilter in Form von Induktivitäten in das Schaltungsdesign einzubringen, wenn ja, an welcher Stelle ?
- Gibt es konkrete Empfehlung (Hersteller, Typ) zu einem vergossenen Ringkerntrafo?


Oder sagt ihr, „lass den Aufwand für den ganzen Selbstbaukram und kauf die Gerät XY.“ :wink:

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Viele Dank für Antworten vorab.
Gruß und guten Rutsch :cheers:
Hironimus
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Beitragvon nemu » 31.12.2015, 23:32

Hallo Hironimus,

zum Schaltplan kann ich leider nichts sagen, aber hier werden sich die Experten sicher noch melden.

Das Netzteil für das PI 2 sollte mindestens 2A liefern. Insbesondere wenn hier evtl. noch Perephierie angeschlossen wird, die auch noch Strom zieht, wie z.B. ein DAC. Es ist Also kein Wunder das der PI 2 mit dem 1A Netzteil nicht stabil gelaufen ist.

Gruß Stephan
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Beitragvon meldano » 01.01.2016, 08:07

Hi,
das Schaltbild passt soweit. Nur ist der Elko am Ausgang viel zu groß.
Man liest im Zusammenhang der Raspberry Stromversorgung immer, dass ein 2A Netzteil nötig ist.
Das packt der 7805 nicht. Zudem musst du auf eine möglichst geringe, aber ausreichend hohe, Spannung vorm Spannungsregler achten.
Alternativ wären hier sogenannte Low Drop Typen.
Denn die Spannung, die am Regler "hängen bleibt" muss ja irgendwie in Wärme umgesetzt werden.

Meiner praktischen Erfahrung nach, muss es keine 2A Versorgung sein.
Eine Strommessung in meinem Setup liegt bri ca. 300mA.
Je nachdem wieviel der Raspberry zu tun hat, bzw. angeschlossener Oerepherie, kann es natürlich mehr sein.

Daniel
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Beitragvon meldano » 01.01.2016, 08:22

Hironimus_23 hat geschrieben:- Würde das Schaltungsdesign meine Anforderungen erfüllen?
- Sind die Bauteile vernünftig dimensioniert?
- Ist der Kondensator C6 erforderlich, was soll er konkret bringen ?
- Ist es sinnvoll den Gleichrichterdioden jeweils einen 10nF Kondensator parallel zu schalten ?
- Ist es sinnvoll einen Netzfilter in Form von Induktivitäten in das Schaltungsdesign einzubringen, wenn ja, an welcher Stelle ?
- Gibt es konkrete Empfehlung (Hersteller, Typ) zu einem vergossenen Ringkerntrafo?

- Ja
- C6 ist viel zu groß
- Nein
- Kein Netztfilter. Bau es einfach so auf.
- Die Talema Print Typen z.B. Von Reichelt, wobei ein 15VA auch genug sein sollte...
- http://m.reichelt.de/Bauelemente/RKPT-2 ... RKPT+25207
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Beitragvon nemu » 01.01.2016, 09:06

Hallo zusammen,

beim Pi 2 reichen 300 mA definitiv nicht. Wie gesagt ich empfehle 2A. Dies haben auch alle neun Netzteile für den PI 2. Hiromimus hatte doch schon Probleme mit dem 1A Netzteil. Hierzu gibt es aber auch viele Hinweise im Netz.

Gruß und schönes neues Jahr

Stephan
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Beitragvon meldano » 01.01.2016, 14:32

Ich messe in meinem Setup gute 300mA ;). Der Raspberry läuft auch problemlos.
Ich nutze einen Längsregler mit vorgeschaltetem 7,5VA Trafo.
Der kann "nur" 0,83A.
Mag sein, das die billigen Steckernetzteile einfach keine Reserven für kurzzeitige Stromspitzen haben!?
Demnach ist die Aussage, dass es sich um ein 2A Netzteil handeln muss, eher bei Verwendung von 0815 Steckernetzteilen korrekt.

Daniel
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Beitragvon Hans-Martin » 01.01.2016, 16:19

Hironimus_23 hat geschrieben:- Würde das Schaltungsdesign meine Anforderungen erfüllen?
- Sind die Bauteile vernünftig dimensioniert?

Hallo Hironimus
Keine großen Einwände von mir. Vergiss nicht den Kühlkörper am Spannungsregler, der ist im Schaltbild nicht eingezeichnet.
- Ist der Kondensator C6 erforderlich, was soll er konkret bringen ?

Weniger, wenn du von dort eine länger Zuleitung zum Pi legst. wenn überhaupt, dann löte ihn lieber in den Eingang beim Pi und nutze die Zuleitungsinduktivität als Filter. Ein Glimmer-C mit 5-10nF wäre dort mindestens genauso empfehlenswert, zusätzlich.
C5 verhindert Schwingneigung am Regler, meist reichen dort 10uF
C6 sollte mMn kleiner dimensioniert sein (100uF) und deutlich schneller entladen sein als C1-C4, damit keine inverse Spannung über dem Regler liegt oder der Spannungsregler schwingt, weil die Spannungsdifferenz für ordentliches Arbeiten nicht mehr reicht. Ansonsten hilft eine antiparallele Diode über den Regler zu dessen Schutz.
Wenn nach dem Spannungsregler wirklich noch ein größerer Kondensator folgen soll, würde ich den in die Anwendung nach der Steckverbindung einsetzen.

- Ist es sinnvoll den Gleichrichterdioden jeweils einen 10nF Kondensator parallel zu schalten ?

Die ultraschnellen Dioden brauchen das nicht. Die BYV27 sind 2A Typen mit IFSM 50A, angesichts dessen würde ich C1-C3 zusammen nicht über 5000 uF wachsen lassen. Wenn der Netztrafo zu sehr brummt, weiß man dass er in die Sättigung fährt. Je geringer der Ripple am (zu großen) Elko, umso kürzer die verbleibende Zeit zum Nachladen, umso größer müssten die Spitzenströme sein, um die Leistung zu transportieren.

- Ist es sinnvoll einen Netzfilter in Form von Induktivitäten in das Schaltungsdesign einzubringen, wenn ja, an welcher Stelle ?

Zwischen C1 und C2, in beide Leitungen jeweils eine Spule -da hast du die geringsten Verluste, weil der Gleichstromwiderstand gering ist, HF aber gut abgeblockt wird. Man kann auch bifilare Wicklungen über einen Ferritkern anlegen. Auch zwischen Netzteil und Pi einen Ferritring über die Leitung.
- Gibt es konkrete Empfehlung (Hersteller, Typ) zu einem vergossenen Ringkerntrafo?

Ich würde lieber einen konventionellen Trafo nehmen, dessen Wicklungen in getrennten Kammern liegen, das bringt weniger Netzstörungen durch, den Trafokern kannst du auf Schutzerde legen, das gibt ein simples Netzfilter mit Null negativen Nebenwirkungen. Da ein externes Netzteil gebaut wird, spielt das Streufeld wegen des Abstands eine völlig untergeordnete Rolle.
Ringkerntrafos sind heutzutage vergleichsweise billige Massenware, früher waren sie teurer als EI-Kern Trafos. Sie haben den Nachteil, dass zwischen den Wicklungen die Kapazität sehr groß ist (Ausphasen erforderlich!), deshalb geschieht auch eine starke Einkopplung von Störungen, was ich als großes Manko betrachte. Wenn eine zu erdende Schutzwicklung nicht vorhanden ist, könnte man eine Nutzwicklung dafür opfern oder alternativ bei 2 gleichen Wicklungen nicht die übliche Serienschaltung mit 2-Weg Gleichrichter und Mittelanzapfung verschalten, sondern die beiden jeweiligen äußeren Enden zusammenführen und die Dioden bei den inneren Abgriffen anschließen. Das ist prinzipiell äquivalent, aber hat den Vorteil, dass man das Wicklungsende mit der größten Kapazität zur Netzwicklung über einen 50-100 Ohm Widerstand zur Ableitung auf Schutzerde legen kann. Aus dem Wickel- und Anschlussschema ergibt sich durch die Verbindung (vorstehend beschriebene Beschaltung), dass man dieses Ende nicht suchen muss.

Das Maßnahmenpaket zur Entstörung halte ich für insofern wichtig, als dass Gerätschaften auf HF-Dreck mit Klangschwächen reagieren, sobald sie im HF-Bereich arbeiten, wie es bei jeglicher Digitalverarbeitung der Fall ist.

Oder sagt ihr, „lass den Aufwand für den ganzen Selbstbaukram und kauf die Gerät XY.“ :wink:

Ein schönes Anfänger-Bastelobjekt, mit dem man einiges Erfahrungen sammeln kann.

Es gibt 2A-Typen, 78S05 oder LM7805, die Kostenunterschiede liegen im Centbereich.
Die Frage nach der richtigen Netzsicherung hast du noch nicht gestellt. Träge 100 oder 125mA sollten prinzipiell sicher sein, allerdings darf sie beim ersten Einschalten nicht gleich durchbrennen.
Die Seite https://developer-blog.net/hardware/raspberrypi/raspberry-pi-2-stromverbrauch/ zeigt ähnliche Ergebnisse wie http://powerpi.de/erstaunlicher-stromverbrauch-vergleich-zwischen-raspberry-pi-1-2/, mehr als 3,5W (entsprechend 700mA bei 5V) sind im Mittelwert nicht gefragt.
Grüße Hans-Martin
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Beitragvon Hironimus_23 » 01.01.2016, 18:12

Hallo Zusammen,

danke für die bisherigen Antworten, da ich den exakten Strombedarf meines PI2-Streamers nicht kenne, nur die negativen Erfahrungen mit dem kleinen Steckernetzteil gemacht habe, werde ich das neue Netzteil etwas großzügiger dimsionieren - schädlich ist es ja nicht.

Aus den diversen Tipps habe ich den neuen Schaltplan gezeichnet, sofern alles von mir richtig verstanden wurde. Beim Trafo bin ich noch etwas unschlüssig wegen Ringkern oder konventionellen Trafo, obwohl Hans-Martin das gut für den konventionelen erklärt hat. Nur habe ich noch keinen geeigneten für die ca. 7V Eingangsspannung gefunden und bei einem 12V oder 15V-Trafo wird die am Regler anliegede Spannung dann wohl zu Wärmeproblemen führen können.

Der LT1083 als bessere Alternative zum 7805 hat natürlich auch einen ganz anderen Kostenaspekt (~17€ versus 0,60€)

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Viele Grüße,
Hironimus
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Beitragvon Hans-Martin » 01.01.2016, 18:34

Hallo Hironimus,
den Kurzschluss auf der einen Wicklung wirst du nicht nutzen, die Sicherung muss sofort durchbrennen.
Die Wicklung darf nur einseitig auf Schutzerde, das andere Ende muss offen bleiben.
Bei einem offenen Ringkerntrafo kann man an der Austrittstelle der Kabel normalerweise die Reihenfolge der Wicklungen erkennen, das ist bei gekapselten Trafos nicht möglich.
Es ist also möglich, dass du nun die Wicklung erdest, die nicht zwischen Primär- und der Nutzwicklung liegt, sondern die jenige, die außen vor bleibt. Das würde nicht den gewünschten Effekt bringen.
Grüße Hans-Martin
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Beitragvon nemu » 01.01.2016, 18:47

Danke Jungs! Echt guter Thread bei dem ich viel Lerne!
Gruß Stephan
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Beitragvon tovow » 01.01.2016, 19:00

Hallo,

an dem Thema bin ich auch schon eine Weile dran und am Suchen
für eine gescheites und nicht zu Kosten intensives Netzteil.

Da der LM 7805 ja nicht Rausch ärmste sein soll, habe ich was mit
dem LT3080 http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/3080fc.pdf gefunden.
Die 1.1A die er bring reichen locker für den RPI 2B. Den Dac dann separat.
Man könnte evtl. noch eine LED mit Kondensator am Ausgang an bringen
wegen dem Ladezustand der Elkos.
Wir (mein Bruder/Ich) hatten mal Netzteile mit dem Oszi unter Last gemessen, das
waren Standard RPI Netzteil und ein IFI IPOWER 5V und Thel NT 7.1-09 -1x 2,5-8V 1x 1,0A
die haben sich alle nicht viel gegeben. Ziemlich viel Ripple und das Thel kam gerade auf knapp 0,8A.

Ich bin sehr gespannt wie es weiter geht.

Beste Grüße
Theo
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Beitragvon Hans-Martin » 01.01.2016, 19:17

P.S: Mir erschien die beste Nutzung des vorgegebenen Trafos diese Gleichrichterschaltung:
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von der Seite
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0201071.htm
R steht für die Last, ggf. Siebkondensator.
Eine vergleichbare Schaltung hat sehr lange Tradition, so werden Röhrengleichrichter geschaltet. Und es gibt Doppeldioden im TO-220 Gehäuse mit gemeinsamem Abgang.

Da die genaue Wicklungsanordnung beim gekapselten Ringkerntrafo idR unbekannt ist, habe ich vorgeschlagen den Mittelpunkt auf die äußeren Pins zu verlegen, und stattdessen die beiden inneren Enden, die normalerweise zum Mittelpunkt zusammengeschaltet werden, zu den Dioden zu verbinden.
Die äußeren Enden liegen dann gleichberechtigt beide auf Minus, Signalmasse (und somit irgendwo auf Erde). Und eines von diesen Enden liegt mit Sicherheit direkt über der Primärwicklung, denn eine andere Anordnung wäre absolut unüblich.
Man braucht nur 2 Dioden.

Der Brückengleichrichter an einer Wicklung hat den Vorteil, dass beide Halbwellen von derselben Windungszahl ausgehen. Bei der Beschaltung gemäß obiger Grafik kann eine 50Hz Komponente aufgrund unterschiedlicher Windungszahl entstehen, oder je nach Lage, unterschiedlichem Innenwiderstand bei identischer Windungsgzahl.
Nachteilig ist die größere Erwärmung des Drahtes bei Verwendung nur einer Wicklung.

Bei dem zitierten Talema RKT zeigt das Datenblatt die Pinbelegung und die Polarität mit dem Punkt. Primär werden beide Wicklungen in Reihe an Pins 3,4 zusammengeschaltet.

Mein Schaltungsvorschlag verbindet Pins 11, 14 nach Masse (ggf. per Widerstand nach Schutzerde) und 12 bzw. 13 an die jeweilige Diode. Das sollte nun unverwechselbar und eindeutig beschrieben sein.
Grüße Hans-Martin
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Beitragvon Hironimus_23 » 01.01.2016, 20:58

Hallo,

ich habe die weiteren Anregungen in die Schaltzeichnungen gebracht.

Die Variante 1 mit dem Brückengleichrichter:
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Und Variante 2 mit der Mittelpunkt-Zweiweg-Gleichrichterschaltung:
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Somit stehen zwei Schaltungsvarianten für mich zur Entscheidung sowie die Frage welcher Regler (LT1083 oder 7805 oder LT3080) es werden sollte.

Viele Grüße,
Hironimus
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Beitragvon Hans-Martin » 01.01.2016, 21:46

Hallo Hironimus, wenn du in Bild 2 einen der beiden Pfeile noch umkehrst (die Dioden sollen alternierend durchschalten), und den Mittelpunkt nach PE verbindest (über Widerstand 50-100 Ohm), kommt es meinem Vorschlag schon sehr nahe.
Luftspulen haben keine Sättigungseigenschaften bei Gleichstrombelastung, da dürfte man vielleicht sogar mit höheren Werten einsteigen, wie 0,1mH, oder zusätzlich kleine Werte zwischen C2 u. C3 einsetzen (immer Drahtdurchmesser für 1A Strom bedenken).
Grüße Hans-Martin
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Beitragvon Hironimus_23 » 02.01.2016, 09:09

Hallo,

die letzen Anmerungen von Hans-Martin sind eingearbeitet:

Die Variante 1 mit dem Brückengleichrichter:
Bild

Und Variante 2 mit der Mittelpunkt-Zweiweg-Gleichrichterschaltung:
Bild

Somit bleiben zwei Schaltungsvarianten für mich zur Entscheidung sowie die Frage welcher Regler (LT1083 oder 7805 oder LT3080) es werden sollte. Hätte ich ein Oszilloskop, würde ich mit verschiedenen Reglern testen. Da ich das nicht besitze, bleiben mir nur eure Empfehlungen oder die These "Ein teurerer Regler ist auch ein besserer Regler".

Viele Grüße,
Hironimus
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