Sie sind hier : Startseite →  Hifi Wissen und Technik→  (3) Bauteile / Komponenten→  Netzteil-Vergleiche

Netzteile und Schaltnetzteile in der Audio-Technik

Der Netztrafo im Grundig R3000

In der Beurteilung von Netzteilen und deren Brauchbarkeit für ganz hochwertige Audio-Verstärker scheiden sich die Geister. Die meisten Entwickler setzen auf konventionelle Technik - mit dem Argument - die Schaltnetzteile (aller Art) würden Störstrahlungen in die Audio-Schaltungen bzw. die Elektronik einspeisen.

Doch das ist nur die halbe Wahrheit und auch nur bedingt richtig. In dem Revox Vollverstärker B251 von 1983 steckt zum Beispiel ein Schaltnetzteil und er klingt super. Es kommt also auf den Aufwand an Technik an, ob solch ein Schaltnetzteil für Audio-Anwendungen in der obersten Qualitätsklasse verwendbar ist oder nicht.
.

"Dicke" Netzteile brauchen mehr Aufmerksamkeit.

ein "asiatischer" weicher 450 Watt Billig-Trafo aus einem DUAL 1000 Watt Turm

Für kräftige Leistungsendstufen braucht man "dicke" Netzteile, wobei "dick" für stark und stabil steht. Die Versorgungsspannung(en) für die Endstufen wurden und werden in der Regel von der (den) Sekundärwicklung(en) eines Transformators über den (die) Gleichrichter und einen oder mehrere Sieb-Kondensatoren zu den Endtransistoren geführt, man nennt das auch "unstabilisiert".

Fordert der Verstärker dann richtig Leistung von diesem Trafo
, sinkt diese Sekundär- Spannung in der Regel etwas ab, je nach Qualität des Transformators. Jedoch kann man diese unstabilisierte (Leerlauf-) Spannung nicht (vorsorglich) auf gut Glück beliebig erhöhen, damit unter Last noch genügend davon da ist. Ohne Last könnte es dann etwas zu viel sein und die Grenze der Spannungsfestigkeit der Halbleiter überschreiten.
.

Stabilisiert (regelt) man diese Versorgungsspannung jedoch (wie zum Beispiel bei den Canton Endstufen hier) auf einen bestimmten Spannungs-Wert, ist der Aufwand nicht nur erheblich höher. Solch eine Regelung kann unter Last anfangen zu pumpen oder gar zu schwingen. Darum stabilisiert man in der Regel nur die Spannungen mit den geringen und vor allem gleichmäßigen Leistungen der Vorstufen und Treiberverstärker- stufen mit solchen analogen Kleinleistungs- IC Reglern (rechts im Bild).

Wo liegen die Unterschiede und die Probleme ?

Beispiel: Ein analoges linear geregeltes dickes Netzteil . . .

2 analoge 24V Netzteile
die Regeltransistoren
ein analoges 5V/18A Netzteil - vorne links ein Schaltnetzteil 5V/20A - rechts ein 150W DC-DC Wandler

Aus einem älteren ehemals richtg teuren Computer haben wir diese beiden 24V Netzteile gerettet. Die Computer von 1982 waren gegen Netzstörungen genauso empfindlich wie unsere Audio-Verstärker und Receiver. Wenn man es (bei uns in den Lautsprechern) nur mal knacken hörte, stürzten die Computer dieser Generation einfach ab.

Diese speziellen teuren Netzteile laufen, wie in den meisten Verstärkern auch, ohne Lüfter (also nur mit thermischer Konvektion). Die 120 Watt Trafos sind vergossen und brummen nicht und der gesamte Rest ist für die 24V mit 4,8A Dauerlast überdomensioniert. Ein riesiger Kondensator glättet die Ausgangsspannung bei Vollast.

Der eine (dunklere) dicke Transistor ist der Treiber-Transistor und die 3 anderen silbernen runden Transistoren regeln den Ausgangsstrom. Auch der Kondensator ist mit 13.000 Micro- Farad bei 50 Volt extrem großzügig (über-) dimensioniert.
.
Ist das 24V Netzteil in Betrieb und wird mit 4,8A belastet, wird das gesamte Kühlblech ganz schön heiß. Dafür liefert das Netzteil von 0,0 Ampere bis 4,9 Ampere genau 24,1 Volt. So ist das bei den Profinetzteilen.

Der merkwürdige "asiatische" 450 Watt Trafo oben rechts im Bild stammt aus einem Dual 1000 Turm, der vermutlich aus Vietnam oder Nordkorea kam. Schon bei 200 Watt Belastung geht die Sekundär-Spannung um ca. 25% in die Knie. Der gesamte Rest dieses Turms war auch recht billig zusammen gebaut. Wir haben das alles entsorgt.

Das Grundprinzip der Schaltnetzteile

Ein Schaltnetzteil soll (genau wie ein Trafo-Neteil auch) aus der 230V Netz-Wechselspannung eine galvanisch (Erklärung kommt noch) abgekoppelte Gleichspannung (in einer ganz bestimmten "Höhe") liefern "= machen". Abgekoppelt bedeutet, wenn man da irgend etwas anfasst, bekommt man KEINE "gewischt" (also keinen lebensgefährlichen Stromschlag).

Beim Trafonetzteil geschieht diese Entkopplung der Sekundärspannung durch die getrennten Wicklungen des Trafos. Beim Schaltnetzteil muß das natürlich auch entkoppelt = getrennt werden.


Bei diesem Bild aus der Wikipedia sieht man deutlich, vor dem roten Strich haben wir die 230V Netzspannung (linke Seite) und es ist gefährlich, dahinter (rechte Seite) ist es etwas besser (weniger gefährlich). Man sieht auch : Die Kontroll- (Regel-) spannung für die Spannungsregelung wird galvanisch (per Optokoppler und per Übertrager) getrennt zu der Regelelektronik zurückgeführt.
.

Schaltnetzteile liefern immer geregelte Ausgangs-Spannungen.

Blick auf eine Schaltnetzteil-Platine - Die roten Linien zeigen, wie man die beiden Arbeits-Bereiche trennt.
Rechts ist die 230V Zuführung, links ist der Ausgangsstecker für 5V

Im Gegensatz zu normalen Trafo-Netzteilen liefern Schalt- netzteile immer eine geregelte Ausgangsspannung. Das ist das Prinzip dieser Technologie.

Bei der primär getakteten Type wird die Netzspannung (230V) gleichgerichtet (das sind dann ca. 400V) und danach über einen (leicht variablen) Frequenzgenerator in eine Wechselspannung hoher Frequenz zerhackt/umgeformt und auf einen Übertrager geschickt.

Auf der Sekundärseite des Übertragers wird die dort abgenommene Wechselspannung wieder gleichgerichtet, geglättet und außer zu der angehängten Last auch zu dem Frequenzgenerator (zurück-) geschickt, um Spannungs-Schwankungen nachzuregeln. Wichtig: Die Ausgangsspannung muß von der Netzspannung getrennt sein. Das Prinzip funktioniert seit etwa 1980 problemlos.

Doch fangen wir mit den Nachteilen für unsere Audiotechnik an. Zuerst habe ich im Verstärker-Gehäuse auf einmal 400 Volt. Das ist schon recht viel und da faßt man lieber nicht an. Schlimmer für unsere Anfordeung sind die hohen Schalt-Frequenzen des Frequenzgenerators bzw. Zerhackers, die deutlich über 20 Kilohertz (bis 150KHz) hinausgehen können und dann auf sensible Vorverstärkerstufen einstreuen können. Je nach Last ist diese Frequenz auch nicht stabil, sondern sie ändert sich fortlaufend. Auch ein externes Schaltnetzteil muß sehr gut abgeschirmt und entstört werden. Im Hochlastbereich, also bei Endstufen, fangen sogar ganze Bauteile (Spulen) an zu schwingen, mechanisch an zu schwingen. Das geht natürlich gar nicht.
.

Die Vorteile würden überwiegen . . wenn . . .

2 Netzteile 5V und 20A im Vergleich

. . . die Sache mit den hohen Schaltfrequenzen nicht wäre. Der Aufwand zum Abschirmen von solch hohen Frequenzen ist nicht trivial.

Die digitalen Schaltnetzteile sind wesentlich kleiner und leichter als analoge Trafo-Netzteile, bei physikalisch gleicher oder besserer Stabilität der Ausgangsspannung und des Ausgangsstromes. Damit sind die Kosten deutlich geringer, auch die Versand- und Lagerkosten.
.

analoges Netzteil 5V-18A
digitales Netzteil 5V-20A

Schaltnetzteile sind deutlich (Energie-) effizienter als Trafo-Netzteile. Die interne Regelung läßt immer nur so viel Strom fließen, wie sekundär abgerufen wird. Bei Pufferung mit entsprechenden Kondensatoren auf der primären Seite ist auch genügend Leistungs-Reserve - vor allem sofort - zur Verfügung.

Moderne Schaltnetzteile haben inzwischen (in 2012) extrem geringe Wandlerverluste durch Abwärme und kommen auf ca. 95% gesamt-Effizienz. Die Verstärker werden bei weitem nicht mehr so warm.
.

Noch ein Beispiel :

Ein analoges 1A Netzteil im Vergleich zu einem 1,4A Schaltnetzteil.

Das hier ist ein analoges Trafonetzteil, das 12V mit max. 1A stabilisiert liefert. An dem großen Kühlkörper erkennt man sofort, wenn da die vollen 1,0 Ampere gefordert werden, wird das sehr heiß. Das nebenstehende Schaltnetzteil liefert 12V und bis zu 1,4A (für eine neuere Fritzbox) und wird bei der vollen Last gerade mal handwarm.

Was aber für viele Andwendungen überaus bedeutend ist, wenn keine Last dran hängt, möchte das Trafonetzteil ca. 3 Watt für die Bereitschaft "sehen" und das Schaltnetzteil weniger als 0,3 Watt. Das habe ich bei uns gemessen und das ist Faktor 9 - 10. Übrigens benötigen moderne Schaltregler-Konzepte fast keine Grundlast mehr wie in früheren Zeiten.

Für große Verbraucher wie zum Beispiel eine 5 x 100 Watt 5-Kanal- Endstufe kann man durchaus ähnliche Vergleiche ziehen.

Hat ein Super-Edel-Gourmet gar eine 2 x 30 Watt Class A Endstufe, dann zieht diese an die 200 Watt Ruhestrom. Wenn dann ein modernes Netzteil anstelle von 300 Watt (oder mehr) Leistungsaufnahme nur ca. 220 Watt benötigen würde, dann wäre das ein gewaltiger Fortschritt.

- Werbung Dezent -
Zurück zur Startseite © 2007/2019 - Deutsches Hifi-Museum Wiesbaden - Copyright by Dipl. Ing. Gert Redlich - DSGVO - Privatsphäre - Zum Telefon der Redaktion - Zum Flohmarkt
Bitte einfach nur lächeln: Diese Seiten sind garantiert RDE / IPW zertifiziert und für Leser von 5 bis 108 Jahren freigegeben - kostenlos natürlich.

Privatsphäre : Auf unseren Seiten werden keine Informationen an google, twitter, facebook oder andere US-Konzerne weitergegeben.