Schalt-Netzteil mit LDO-Regler

Probleme mit Netzteilen bei Synthesizern

Wie schon mehrfach an anderer Stelle erwähnt, sind bei Synthesizern aus den 70er und 80er Jahren die Original-Netzteile oftmals die Quelle für instabile Funktionalität und viele negative Auswirkungen. Der Gedanke liegt nahe, diesen Bereich zu überprüfen und falls nötig zu modernisieren. Die Elektronik hat sich fortentwickelt. Eine pauschale Erneuerung macht allerdings auch keinen Sinn, viele Geräte laufen ohne Probleme.

PSU – Schwachstellen

Leistungsschwäche   
Der Strombedarf gerade älterer Poly-Synths ist enorm, die Schaltungen müssen deshalb recht leistungsstark ausgelegt sein. Mitunter wurde hier aus Kostengründen knapp kalkuliert.

Verlustleistung / Wärmeentwicklung   
Vintage-Netzteile haben (aus heutiger Sicht) einen denkbar bescheidenen Wirkungsgrad, rund die Hälfte der Energie wird schlicht in Wärme umgewandelt. Dies erklärt so manchen monströsen Kühlkörper, driften von Oszillatoren und zeitabhängige Fehlfunktionen durch aufwärmen/überhitzen von Bauteilen.

Sonstige Nebenwirkungen
Zudem haben solche Transformatoren ein hohes Gewicht, erzeugen elektrische Brumm-Einstreuungen oder generieren selbst ein hörbares Brummen oder Zirpen.

Negativ-Beispiel

Negativbeispiel: MemoryMoog
Hoher Verbrauch, hohe Verlustleistung, hohe Hitzeentwicklung, hohes Gewicht. Allein Trafo und Lüfter wiegen 3,5 KG (+Platine und Kühlkörper). Das Gerät heizt sich auf und stresst die Elektronik. Der Entwurf stammt eigentlich vom PolyMoog und war für den MemoryMoog schon nicht mehr up-to-date. 

Switches – Schaltnetzteile für Synthesizer

Schaltnetzteile Eine Alternative können Schaltnetzteile (Switches) sein. Das Bild zeigt eine Variante mit industriellen Schaltnetzteilen mit nachfolgenden Linear-Reglern. Switches haben einen Wirkungsgrad von 70 bis über 80% und deshalb geringe Verluste. Die Wärmeentwicklung ist bedeutend geringer. Die Ausgangsqualität reicht allerdings für Audioanwendungen nicht immer aus. Bemängelt werden unzureichende Stabilität bei Laständerungen oder Einstreuungen von Hoch-Frequenzen. Eine Lösung können nachgeschaltete Filter und kaskadierte Linearregler in low-drop-Technik sein.

Konzept-Grundlage für Synthesizer

Konventionell: Der Trafo erzeugt eine relativ hohe (lastabhängige) Wechselspannung, Gleichrichter und Sieb-Elkos sorgen für einen glatten Vorlauf für den Spannungsregler, der mindestens 3V über dem gewünschten Output liegen muss.

Switch/Linear: Bereits am Switch-Ausgang liegt eine geglättete Gleichspannung an, der nachfolgende LDO-Regler (low drop) benötigt nur einen geringfügig höheren Spannungsvorlauf (ca. +1,5 Volt oder weniger).

Im Beispiel wurde vorausgesetzt, dass ein 15V-Schaltnetzteil mit Ausgangstrimmer (z.B. Meanwell RS-Serie) und ein einstellbarer LDO-Regler verwendet werden. So eine Kombination ist optimal justierbar.

Konzept – Entwurf

Konzeptentwurf: Ganz so einfach, wie die Skizze es darstellt, ist es in der Realität jedoch nicht. Zumeist werden 3 Spannungen benötigt (z.B. +5V, +12V, -12V). Oft werden weitere Spannungen noch geräteintern davon abgeleitet. Der konzeptionelle Trick liegt nun darin, die richtige Kombination aus Switch und LDO zu finden. Der Switch muss eine Spannung an den LDO-Regler ausgeben, die über dem Zielwert liegt (z.B. 12V + 1,5 V). Es müssen (!) 3 separate Switches sein damit auch die „symmetrischen“ Spannungen erzeugt werden können. Kombi-Switches mit mehreren Ausgängen und gemeinsamer Masse sind ungeeignet.
Bild: Beispiel mit LM1084it-LDO-Regler, einige wenige Bauteile reichen aus.
Bei meinem MemoryMoog blieben die reinen Teilekosten komfortabel 2-stellig.

Switches: Entscheidungshilfe oder Forschungsprojekt

Wer Geschmack gefunden hat kann auf Basis der Informationen weiter forschen und ein Projekt starten. Dies ist kein DIY-Bausatz-Ding mit Netzspannung und teuren Geräten. Eine Bewertung von Fertigteilen ist nun eher möglich, Anbieter findet man zunehmend und einfach im Net. Das Preisniveau erscheint mir derzeit hoch. Zu beachten ist, dass oftmals noch die Umbaukosten zu tragen sind.
Die Lösungen sind immer gerätespezifisch, zumeist ergeben sich noch Besonderheiten, z.B. Power-Up-Schaltungen. Vorsicht ist auch bei der pauschalen Entfernung von Ventilatoren geboten.
Hier geht es um Grundlagen und Anregungen, nicht um einen fertigen Bauplan.