Schaltnetzteil mit Röhren
-Der siebte Streich des H.M.Sauer im Röhrenbude-Forum-
Am 07.07.2013 schrieb Hans-Martin im Forum:
Hallo liebe Röhrenfreunde
Die Idee eines Schaltnetzteils mit Röhren beschäftigt mich schon seit längerer Zeit. Daraus könnte man einen kleinen Röhrenverstärker mit Anoden- und Heizspannung zu versorgen, also mit ca. 250 V bei 60 mA und 6,3 V bei 1 A, für ne EL84 und eine ECC, zum Beispiel.
Zur Zeit mache ich mit folgender Schaltung Versuche, wobei ich zunächst nur die Teile B (Oszillator) und C (Anodengleichrichter) aufgebaut und am Labornetzgerät aufgebaut habe. Teil A (Netzgleichrichter und Heizstromerzeugung aus 230 V AC mittels Kondensator) habe ich schon öfter verbaut. Das klappte bisher immer problemlos.
Das Netzteil arbeitet nach dem Prinzip eines Resonanzwandlers. Der kapazitive Dreipunktoszillator verwendet eine PL504, der Anodengleichrichter für den Verbraucher eine PY 82. Arbeitsfrequenz ist 173 kHz. Das kriegt eine 1N400x nicht hin. Soweit ähnelt alles meinem PCL805-Universator, den ich vor ein paar Jahren hier mal vorgestellt habe Klick! (und der bei mir zu Hause immer noch störungsfrei läuft).
Das eigentliche Thema hier ist vielmehr der HF-Trafo. Davon hängen Effizienz und die Stabilität des Netzteils ab, und ich habe lange dran gerechnet (mit dem L-Culator) und gewickelt. Er besteht aus 5 Spulen, die dicht übereinander in verschiedenen Kammern des Spulenkörpers untergebracht sind. Dieser hat als tragenden Kern einen Hohlzylinder, der außen im Abstand von 7-8 mm isolierende Kammertrennböden trägt. Die Idee zu dieser Konstruktion ist mir gekommen, als ich letztens in einem der Wolkenkratzer im nahen Frankfurt Aufzug gefahren bin. Das sieht in größerem Maßstab ganz ähnlich aus. Den Spulenkörper habe ich aber nicht aus Beton gegossen, sondern samt Befestigungsfuß aus einem Polyethylen-Klotz an einem Stück herausgefräst. Auf einen Ferrit- oder Eisenkern wird gänzlich verzichtet:
Maße und Daten des Trafos sind im Bild angegeben. L2 und L4 sind die Wicklungen des Oszillator (dafür nehme ich HF-Litze), L3 ist die Hochspannungswicklung für den den anzuschließenden Röhrenverstärker (hier reicht normaler, lagenweise isolierter CuL), L1 ist die Heizwicklung für die Röhren, die natürlich mit HF geheizt werden. Die Wicklung L1 besteht aus einem dünnen selbstklebenden Streifen von Kupferfolie, der spiralförmig um ein Stück Plastikrohr geklebt ist. Dieses passt bündig ins Innere des Hohlzylinders und kann wie der erwähnte Aufzug hoch- und runtergeschoben werden. Dadurch läßt sich die genaue Heizspannung für den Röhrenverstärker einstellen. L5 schließlich versorgt die PY 82 mit Heizspannung.
Die Anschlüsse von L1, L3 und L5 sind durch das Innere des Spulenkörpers herausgeführt, durch Bohrungen in den Kammerwänden. Die Anschlüsse von L2 und L4, am 230-V-Netz hängen werden, liegen dagegen außen am HF-Trafo. So ist alles galvanisch voneinander getrennt. Außerdem dient der hohle Spulenkörper als Belüftungskamin, damit hier kein Wärmestau entsteht. HF-Trafo und PL504 kommen später aus gutem Grund in einen geerdeten Drahtkäfig, wie das früher für die Zeilenendstufen von Fernsehern üblich war.
Ein wenig Sorgen macht mir aber noch die Spannungsstabilität bei Laständerung: solange der angeschlossenen Verstärker nach dem Einschalten noch keinen Anodenstrom zieht, ist die Heizspannung deutlich zu hoch, sinkt aber dann auf verträgliche Werte ab. Da muß ich noch eine Lösung finden.
Hier versorgt das Schaltnetzteil eine 15-W-Backofenbirne mit Gleichstrom, bei 190 V Speisespannung (später werden es ca. 260 V sein):
Zum Thema Wirkungsgrad: für 20 W Ausgangsleistung rechne ich mit 48 W Leistungsaufnahme (d.h. allein die Wirkleistung). Davon gehen 13 W für die Heizung der PL und der PY ab, 2 W im HF-Trafo, 10 W an Anode und Schirmgitter der PL, und weitere 3 W an der Anode der PY sowie im Netzgleichrichter. Die Heizspannung für die PL wird über eine dicken Motorkondensator direkt aus der Netzspannung erzeugt, aber der hat ja nur Blindleistung.
Werde berichten, wenn es neue Erkenntnisse gibt.
Grüße,
Hans Martin
Am 16.07.schrieb Hans-Martin diesen als Ergänzung den folgenden Beitrag:
Hallo zusammen,
Hier habe ich mal ein Oszillogramm aus dem Röhren-Schaltnetzteil, aufgenommen bei Ub = 200 V und mit knapp 14 W Glühlampenlast. Oben: die Anodenspannung der PL504 (mit 200 V pro Teilung). Unten: der Katodenstrom (etwa 125 mA pro Teilung). Die Zeitbasis ist 2,5 us pro Teilung
Wie man sieht, ist der Kathodenstrom nahezu rechteckförmig und fließt nur, wenn die Anodenspannung etwa im Minimum (40 V) ist. Die PL504 schafft das auch noch bei deutlich höherem Spitzenstrom, ohne das da viel Verlustleistung entsteht.
Habe auch mal die etwas kleinere PL508 eingebaut. Das Netzteil geht auch, aber die Sache ist schon an der Grenze. Bei ca. 250 mA Spitzenstrom ist, zumindest bei meiner Netzteildimensionierung, erst mal Schluss.
