DC/DC-Wandler für OPV?

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Autor
DC/DC-Wandler für OPV?
Suche nach: opv (1517)

    







BID = 1069915

Maik38Gur

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Beiträge: 70
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Hallo,

ich möchte in einer Audioschaltung per OPV ein symmetrisches Ausgangssignal erhalten. Es steht jedoch lediglich eine Spannungsversorgung von +5VDC zur Verfügung. Um die OPV mit +/- 15VDC zu versorgen, würde ich gern folgenden DC/DC-Wandler verwenden (TRACO, 100mA, geregelte +/-15 VDC):

https://www.reichelt.de/dc-dc-wandl.....l?r=1

In einigen Berichten schreiben User von Störspannungen usw. Sind solche Wandler für meine Anwendung verwendbar? Letztlich arbeiten ja heute übliche Netzteile vermutlich nach ähnlichen Prinzipien. Kaum, dass noch eine reine Induktivität im Netzteil verbaut wird. Selbst hochwertige Geräte haben inzwischen sehr oft Schaltnetzteile in Verwendung, auch innerhalb der Gehäuse verbaut. Die Störspannung des TRACO liegt bei typ 30mVp-p im Ausgang. Sind solche DC/DC-Wandler grundsätzlich dafür verwendbar?

Wie werden diese Wandler (speziell der von mir erwähnte TRACO) in eine Schaltung integriert? Da es ein geregelter Wandler ist, muss da noch Spule, Kondensator usw. extern beschaltet werden, oder kann man den TRACO "einfach" zwischen die 5VDC und die 15VDC-Versorgungseingänge der OPV setzen, ohne zusätzliche, externe Beschaltung? Im Datenblatt des TRACO sind keine Beispiele angegeben.

Wenn ich es richtig verstehe, so sind bei diesen Wandlern GND-In und GND-Out voneinander getrennt. Gesetzt dem Fall, meine erste Frage wird mit "ja" beantwortet, und ich baue so einen Wandler in meine (Audio)Schaltung ein, hole ich mir damit ein GND-Problem in die Schaltung? Oder kann man die beiden zunächst getrennten GND mit z.B. einem 100-Ohm-Widerstand oder einem kleinen Kondensator miteinander verbinden, um schliesslich ein einziges GND-Potential in der Schaltung zu erhalten?

Maik

BID = 1069920

perl

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Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach

 

  


Zitat :
In einigen Berichten schreiben User von Störspannungen usw. Sind solche Wandler für meine Anwendung verwendbar?

Ja, aber bei empfindlichen Anwendungen können die hochfrequenten Störungen durchaus zum Problem werden, und ihre Vermeidung ist nicht immer trivial.




Zitat :
Letztlich arbeiten ja heute übliche Netzteile vermutlich nach ähnlichen Prinzipien.
Es gibt solche und solche.
Labornetzteile mit nicht allzu hohen Leistungen werden oft noch mit konventionellen Netzteilen und Linearreglern ausgerüstet, weil es einfacher ist einen 100Hz-Brumm zu beseitigen, als die hochfrequenten Störungen aller Art, die ein Schaltregler verursacht.



Zitat :
Die Störspannung des TRACO liegt bei typ 30mVp-p im Ausgang.
Das ist aber nur die halbe Miete.
Solch ein Wandler verursacht auch Stromwelligkeit am Eingang, und das zugehörige Magnetfeld kann in benachbarten Leitern Störspannungen induzieren.
Ausserdem dringt das Magnetfeld des Wandlertrafos auch nach aussen und kann dort Störspannungen in Schaltungsteilen induzieren, die überhaupt nichts mit dieser Versorgung zu tun haben.
Diesen Effekt reduziert man am besten mit einer vollständigen Kapselung der Schaltung mit leitfähigem Material. Bei der hohen Frequenz muss man nicht unbedingt Mumetall verwenden, oft wird eine Kupferfolie genügen, die an den Kanten aber quasi luftdicht verlötet ist.
Es gibt auch Wandler, die eine solche Abschirmung schon eingebaut haben.
Auch die räumliche Orientierung kann einen starken Einfluss auf den Störpegel haben.

Im Übrigen gilt: Abstand ist die beste Abschirmung.
Also versuch nicht alles auf kleinstem Raum zusammenzuquetschen, nur weil diese Wandler so schön klein sind!
Du brauchst den Platz zum Experimentieren, ob es günstiger ist den Wandler längs, quer, hochkant oder woanders einzubauen.


Zitat :
kann man den TRACO "einfach" zwischen die 5VDC und die 15VDC-Versorgungseingänge der OPV setzen, ohne zusätzliche, externe Beschaltung? Im Datenblatt des TRACO sind keine Beispiele angegeben.
Im Prinzip schon, aber der Hersteller kann nicht alle Konfigurationsmöglichkeiten kennen.
Insbesondere die "5VDC" machen mir etwas Kopfzerbrechen.
Wenn die ebenfalls aus einem Schaltnetzteil stammen, könnte es zu einer Überlagerung der Schaltfrequenzen mit erhöhten Störpegeln und Schwebungen im Hörbereich kommen.


Zitat :
Wenn ich es richtig verstehe, so sind bei diesen Wandlern GND-In und GND-Out voneinander getrennt.
Wieder gibt es solche und solche.
Im Prinzip ist eine solche galvanische Trennung wünschenswert, weil sie hilft Masseschleifen zu vermeiden.


Zitat :
Gesetzt dem Fall, meine erste Frage wird mit "ja" beantwortet, und ich baue so einen Wandler in meine (Audio)Schaltung ein, hole ich mir damit ein GND-Problem in die Schaltung?
Im Gegenteil.
Aber auch eine galvanische Trennung ist meist nicht perfekt, sondern über Kapazitäten, z.B. zwischen den Trafowicklungen, können noch hochfrequente Ströme fliessen.


Zitat :
Oder kann man die beiden zunächst getrennten GND mit z.B. einem 100-Ohm-Widerstand oder einem kleinen Kondensator miteinander verbinden, um schliesslich ein einziges GND-Potential in der Schaltung zu erhalten?
Nö.
Hochfrequente Ströme reduziert man mit Drosseln.
Wahrscheinlich ist es günstig den Ausgangs-GND des Wandlers als Referenz für die analoge Masse zu nehmen.
Ob du dir damit aber Probleme mit der Digitalmasse einfängst, kann ich von hier aus nicht beurteilen.

Falls du Störungen von dem Schaltwandler belommst, wirst du eben einiges probieren müssen.

Übrigens ist es üblich auf Verstärkerplatinen eine mehrstufige Siebung der Speisespannungen zu machen.
Man geht davon aus, dass die hereinkommende Speisespannung störbehaftet ist, und ordnet deshalb erstmal einen Siebelko, 50µF oder so, evtl. auch eine Ferritperle an.
Damit kann man dann die Ausgangsstufen speisen, und eine Siebkette aus R-C-Tiefpässen, aus denen die empfindlicheren Stufen ihre Speisespannung beziehen.
Dass dadurch die Speisespannung der Eingangsstufen kleiner ist, stellt i.d.R kein Problem dar, weil dort ja auch die Pegel geringer sind.

Verlass dich nicht auf Spannungsregler oder die PSRR des Opamp!
Deren Störunterdrückung kann bei 50Hz sehr gut sein, aber bei 50kHz kaum noch vorhanden.
Manchmal ist auch eine simple Zenerdiode mit Vorwiderstand keine schlechte Wahl.


Es kommt eben darauf an.

BID = 1069924

Maik38Gur

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Wohnort: Offenbach

Danke für Deine umfangreiche Antwort, perl. Bleibt also alles offen. Ich hoffte, da es ein geregelter DC-Wandler ist, daß diese Filter usw. schon darin verbaut sind, um eine störungsfreie Ausgangsspannung zu bekommen. Auch denke ich, dass eine Spannung von +/-15VDC sehr auf die Anwendung mit OPV's hinzielt und deswegen die DC-Wandler diese Anwendung in ihrem "Design" schon berücksichtigt haben.

Probieren geht also über studieren. Leider fällt mir keine andere (aktive) Möglichkeit ein, das Signal symmetrisch zu bekommen. Eine andere Möglichkeit wäre ein Übertrager. Aber wenn ich den mit zu wenig Leistung ansteure, wird da sekundär auch nicht wirklich viel rauskommen.

Danke
Maik

BID = 1069935

BlackLight

Inventar

Beiträge: 5249

Bei Audio muss ich passen, aber an der Uni hatte ich mal ein Projekt betreut in dem für Instrumentenverstärker, Photodioden und 1:1-Verstärker die ±15 V auch mit einem Traco (TVL05-1516) aus 5 V erzeugt wurden. Die 5 V kamen von einem Traco TXL 035-0512D.
Das System war "uralt" als ich dazu kam, Dokumentation mangelhaft und solange es lief wurde nichts geändert. Ob die Schaltungsteile berechnet waren oder einfach auf gut Glück liefen konnte ich damals schon nicht nachvollziehen.

Habe eben nachgesehen und der TVL05-1516 kostet rund $200. Hatte den günstiger in Erinnerung. Aber schon damals war der nicht auf der Traco-Webseite gelistet und man musste den Preis anfragen.



Zitat :
Wie werden diese Wandler (speziell der von mir erwähnte TRACO) in eine Schaltung integriert? Da es ein geregelter Wandler ist, muss da noch Spule, Kondensator usw. extern beschaltet werden, oder kann man den TRACO "einfach" zwischen die 5VDC und die 15VDC-Versorgungseingänge der OPV setzen, ohne zusätzliche, externe Beschaltung? Im Datenblatt des TRACO sind keine Beispiele angegeben.
Ich kenne es so, dass diese Module alles drin haben und nackt funktionieren. D.h. wenn im Datenblatt nichts anderes steht, sollte es so gehen.
Im Datenblatt vom TVL05-1516 steht unter "Ripple an noise reduction to <2mVpk-pk" folgendes:
Ein 47 µF Elko auf der 5V-Seite und pro 15 V jeweils einen Tantal mit 2,2 µF und Kerko mit 470 nF dran. War in "meinem" Projekt ähnlich umgesetzt. Würde hier bestimmt auch nicht schaden.

Aber in "meiner" Schaltung wurden die 15 V weiter gefiltert, ähnlich wie perl es schon sagte. Vor den Photodioden z.B. ist ein Pi-Filter aus 100 nF, "1kOhm@xMHz"-Feritinduktivität und 100 nF angeordnet. (Können auch 2,2 nF gewesen sein, finde die ursprüngliche Platine nicht mehr.) Die hingen aber auch über ein paar Meter langes, geschirmtes Kabel an dem Gerät.
Ansonsten sind überall die üblichen Kerko-Ketten mit 100 nF und 1-10 µF pro IC-Versorgungspin dran.


Zitat :
Wenn ich es richtig verstehe, so sind bei diesen Wandlern GND-In und GND-Out voneinander getrennt. [...] Oder kann man die beiden zunächst getrennten GND mit z.B. einem 100-Ohm-Widerstand oder einem kleinen Kondensator miteinander verbinden, um schliesslich ein einziges GND-Potential in der Schaltung zu erhalten?
Ja, DC-mäßig sind die isoliert wenn es im Datenblatt steht.
Ob das mit den 100 Ohm oder Kondensator so eine gute Idee ist weiß ich nicht. In "meinem" Projekt war GND(=digital GND) und AGND (Analog GND für die ±15 V) getrennt ausgeführt und an einem Punkt (nahe beim Primärnetzteil) niederohmig verbunden. Kommt aber auf Deine Schaltung an ob Querströme fließen oder nicht.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: BlackLight am  8 Aug 2020 18:31 ]

BID = 1069943

perl

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Zitat :
Leider fällt mir keine andere (aktive) Möglichkeit ein, das Signal symmetrisch zu bekommen. Eine andere Möglichkeit wäre ein Übertrager. Aber wenn ich den mit zu wenig Leistung ansteure, wird da sekundär auch nicht wirklich viel rauskommen.
Brauchst denn überhaupt ein Ausgangssignal von vllt. 24Vpp?
Falls nicht, sind die meisten Opamps auch schon mit sehr viel weniger zufrieden.
Gerade bei Bastlerschaltungen resultieren solche Forderungen oft aus mangelnder Kenntnis und weil das Datenblatt nicht gelesen oder nicht verstanden wird. Meist steht irgendwo auf der ersten Seite, dass das IC +/- 15V aushält, und dann glauben diese Leute, dass es diese Spannung haben muss.

BID = 1069962

Maik38Gur

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"Gerade bei Bastlerschaltungen resultieren solche Forderungen oft aus mangelnder Kenntnis..."

Da gebe ich Dir Recht betreffs "mangelnder Kenntnis".

Diesen hohen Pegel brauche ich nicht. Möglich wäre ja, die symmetr. Spannungsversorgung für den OPV per Spannungsteiler aus einer einfachen und niedrigeren Spannung zu erzeugen. Allerdings bin ich da mit meinen vorhandenen 5V dennoch in dem Bereich, wo ich daraus eine höhere Spannung generieren müsste, denn z.B. beim (von mir anvisierten) 5532 liegt laut Datenblatt die minimalste Spannungsversorgung bei +/-5V. Ich müsste also mindestens +10V bereitstellen (oder einen DC/DC-Wandler einsetzen, der aus 5V eine symmetrische Spannung +/-5V generiert). Zumindest käme da ein DC-Wandler von 05 auf 12V in Betracht. Wenn ich dadurch sozusagen mit +/-6V den OPV betreibe, könnte ich immer noch einen maximalen Audiolevel von ca. 3V erreichen, was für mein aktuelles Vorhaben ok wäre.

Nichtsdestotrotz würde ich gern herausfinden, ob man grundlegend diese DC-Wandler dafür verwenden kann, auch im Bereich +/-15 oder sogar +/-18V. Der von BlackLight erwähnte TVL05 kommt wegen des sehr hohen Preises für mich allerdings nicht in Frage.

Maik

BID = 1069968

BlackLight

Inventar

Beiträge: 5249


Zitat : Maik38Gur hat am  9 Aug 2020 13:46 geschrieben :
Nichtsdestotrotz würde ich gern herausfinden, ob man grundlegend diese DC-Wandler dafür verwenden kann, [...]
Ich sollte mich wohl kürzer fassen.
Meine Vermutung wäre, dass es mit der passenden Filterung klappen sollte. Nur wie aufwändig die wird kann ich nicht sagen. Da wird vermutlich nichts über ausprobieren gehen.
Den TVL hatte ich nur als Vergleich erwähnt. Von der Rippel-Spannung ist der auf dem Papier "nur" 10x besser als der TEM. Mit C-R-C- oder C-L-C-Filtern wird man da auch hinkommen können.

Ansonsten hatte ich gerade die dumme Idee, hinter den Traco einen Satz 78L12/79L12 zu hängen. Könnten es auch ein paar dB besser machen. Probieren geht über studieren?

BID = 1069980

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Habe eben nachgesehen und der TVL05-1516 kostet rund $200. Hatte den günstiger in Erinnerung.
Kann gut sein.
Früher waren solche Wandler schon nicht günstig, aber der heutige Preis kommt wohl daher, dass die letzten Exemplare aus dem Solhofener Plattenkalk gewonnen werden.
https://de.wikipedia.org/wiki/Solnhofener_Plattenkalk
https://www.youtube.com/watch?v=mPmZZYBdb3I

BID = 1069981

Maik38Gur

Gelegenheitsposter



Beiträge: 70
Wohnort: Offenbach

@BlackLight:

Ich hatte das in Deiner ersten Antwort schon verstanden Mit "Nichtsdestotrotz würde ich gern herausfinden..." meinte ich, dass ich das bauen möchte und dann hören, ob es geht, ob es Störungen gibt usw.


Danke für Eure Antworten
Maik


BID = 1077368

Maik38Gur

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Beiträge: 70
Wohnort: Offenbach

Möchte hier nochmal ansetzen. Es wurde die Möglichkeit ins Spiel gebracht, hinter den DC/DC-Wandler noch Linearregler zu setzen. Der anvisierte DC/DC-Wandler liefert +/-15VDC, die ich auch für die weitere Schaltung verwenden möchte. Der Einsatz von z.B. 7815 bzw. 7915 wird hier nicht möglich werden, da diese Linearregler einen Offset zwischen Eingangs-und Ausgangsspannung haben (müssen), der mindestens ca. 1,5 V beträgt. Um meine 15V zu bekommen müsste ich also entweder einen DC/DC-Wandler verwenden, der z.B. 18V liefert, oder ich lebe mit weniger als 15V. Richtig?

Sind in den modernen DC/DC-Wandlern solche Linearregler möglicherweise schon integriert? Die Restwelligkeit schwankt dort von 180mV bis 30mV (bei den mir bekannten DC-Wandlern), was darauf deutet, dass bei den 30mV-Bauteilen deutlich mehr Aufwand betrieben wird (was sich dann auch im Preis niederschlägt). Könnte ich mir demzufolge sparen, nach dem DC/DC-Wandler Linearregler einzubauen, wenn diese (möglicherweise) in den teureren Wandlern schon drin sind?


Maik

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Maik38Gur am 26 Jan 2021 12:40 ]


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