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DC-Netzfilter

Dieses Netzfilter habe ich nach einer Anregung bei www.audiomap.de gebaut und finde es sehr gut. Durch die DC Filterung habe ich weniger Probleme mit dem Trafobrummen und die Musik spielt noch selbstverständlicher. Ich habe die Texte bei Audiomap kopiert und hoffe, dass es euch eine Anregung ist. Beim ersten Anschalten war ich auch skeptisch, ob mir die Elkos nicht um die Ohren fliegen. Aber es klappt und Mark-Levinson sowie Briston verbauen sie schon seit Jahren.

Ein Hinweis sei aber noch erlaubt: Die Schaltung liegt am Netz - das bedeutet Lebensgefahr !! Also bitte, bitte - seeehr vorsichtig sein, alles gut isolieren und immer erste den Stecker ziehen.

Hier ist mein Filter und rechts das Schaltbild. Es wird N aufgetrennt und die Bauteile werden Parallel eingesetzt. Mit einem Brückengleichrichter geht es auch, dann werden die + und - Seite verbunden, wie links und in meinem Filter zu sehen. Unten ist der gesamte Text aus Audiomap und dort werden alle Fragen beantwortet. Also erst lesen und bei Fragen bitte an die Fachleute im www.audiomap.de wenden.

Funktionsweise des GS-Filters.

Ein sehr großer und HF-tauglicher Kondensator (ersatzweise durch zwei antiparallel geschaltete Elkos gebildet, für Schnelligkeit mit Folien-C gebrückt) wird in einen Wechselstromkreis eingeschleift (=liegt in Reihe). D.H., der Wechselstrom im Kreis fließt über den Kondensator (Kondensator-intern als Verschiebestrom der Ladungen) durch den vom Stromkreis eingeprägten Wechselstromfluss lädt sich der C auf, Phasenlage 90° nacheilend, aber hier völlig egal. Die Kondensatorkapazität und die Stromstärke geben den Wert der sich einstellenden maximalen Kondensatorspannung vor. Der Wert sollte nicht zu groß werden, sonst verfälschte der C-Reihen-Spannungsabfall die 230V-Nutzspannung des Verbrauchers zu sehr. Kondensatorbemessung: 1 Farad = 1 A*s pro Volt Ladespannung. Eine Halbwelle dauert 10ms, also reichen z.B. 10.000myF für 1A sinusförmigen Effektivstrom bei 1 V*Wurzel 2 maximaler C-Spannung. Bei einem Kurzschluss oder Einschaltstromspitzen entständen am C zu große Spannungen, der Elko könnte explodieren. Daher schaltete man entsprechend zwei Dioden antiparallel. Dioden werden ab 0,7 V leitend und übernehmen den Strom vom C ab dieser Spannung. Dieses ist eine Überspannungs-Schutzfunktion und soll im Normalbetrieb nicht eintreten. Daher Elkogröße je nach Gerät-Stromaufnahme so bemessen, dass max. ca. 0,3V*Wurzel 2 erreicht werden. Dann bleiben im Beispiel aber nur noch 0,3V für mögliche Gleichspannungsausfilterung über, danach liefe der C wieder über 0,7 V. Ob das der Filterfunktion Nachteile beschert, weiß ich nicht. Zu konkreten GS-Werten s.u. Zur Filterwirkung: ein Netz-Gleichstomanteil fließt kurz und lädt den C sofort (gepolt) auf. Es stellt sich Spannungsgleichgewicht ein - und der Gleichstrom kommt zum Erliegen. All diesem ist natürlich ständig und unbeeinflusst der Wechselstrom und die Wechselspannung überlagert! Hier liegt der Trick der Schaltung: der C wird zur Gegenspannungsquelle für Gleichspannungsanteile im Netz. Wenn diese Anteile schwanken, folgt das Filter ständig mit leichter Verzögerung. Schaltet man mehrere Dioden in Reihe, kann man entsprechend die Filter-C-Spannung erhöhen, 0,7; 1,4; 2,1V usw. Der fehlende Gleichstomanteil entlastet den Gerätetrafo (keine Vormagnetisierung) und der Klang der Kette wird hörbar besser - ausprobieren!!! Zur Sicherheit: flinke Schmelzsicherung mit Max-Stromwert der Dioden einschleifen, damit bei Diodentod die Elkos nicht explodieren - Brandgefahr! Ein Filter vor Kette reicht eigentlich, besser aber Extra-Filter für stromfressende Endstufen mit "zappelnder" Stromaufnahme. mathematisch: das Filter ist ein Hochpass erster Ordnung mit extrem geringer Grenzfrequenz - 50Hz marschieren also durch wie nichts...

Messwerte meiner Testmessungen:
Messungen sind "über dem Filter" sehr einfach möglich. Jedes Digitalmessgerät kann aus max. 1V Wechselspannung leicht einen Gleichanteil gleicher Größenordnung rausmessen.
Messungen "an der Steckdose" sind scheinbar sinnlos - ich vermute, das Messgerät ist bei 230V Wechselspannung nicht in der Lage, die Zehntel Volt GS-Anteil herauszumessen. Der Messwert zappelt nur und man misst Müll. Hier lag wohl der Fehler einiger Freaks... 1. Messung: hinter GS-Filter z.B. 100W Lampe anschließen. Man misst über dem Filter je nach C-Größe 50-200mV Wechselspannungsabfall. D.h., der C lädt sich bis auf +/- diesen Wert*Wurzel 2 auf. Schaltet man am Messgerät auf Gleichspannung um, misst man je nach Netzlage 0-xxxmV gepolten GS-Anteil, oder die zappelnde Null. Jetzt einen Fön (an derselben Steckdose vor dem Filter angeschlossen) auf 1/2-Stellung einschalten. Sprunghaft misst man einige 100 mV GS-Anteil! Gepolt! Dreht man den Fön-Stecker in Dose um (andere Halbwelle wird belastet) ändert sich die Polarität. Bei schwachem Verbraucher hinter Filter und einem Fön kann man das Filter leicht in die Sättigung von 0,75V fahren - was beweist, wie wichtig ein Filtern ist. 2. Messung: Last hinter Filter ändern, mal 300W-Lampe, mal 15W-Lampe. Man sieht, wie sich die Filter-Wechselspannung proportional der Last verändert - bis hoch zu 0,75 Volt und runter auf wenige Zehntel Volt. Der durch Fön entstehende GS-Anteil schwankt extrem (starker Verbraucher wirkt symmetrierend, GS-Anteil sinkt - bei schwachem Verbrauch entsprechend ansteigend). 3. Messung: Fön mal an andere Steckdose im Raum oder Nachbarzimmer hängen. Der GS Anteil wird geringer, weil längerer Leitungswege wie Spannungsteiler wirken. Hier liegt ein Vorteil einer Extra-Strippe zur Anlage vom Sicherungskasten: bis zum Kasten ist "alles sehr stabil", GS-Anteile im Stromnetz dahinter wirken sich relativ schwach aus. 4. Messung: je nach Tageszeit mal den GS-Anteil ohne Fön messen. Schwankt extrem, je nach Netzbelastungslage. Abende eher weniger GS... außer wenn der Nachbar - zufällig auf derselben Phase im Keller angeschlossen - vorsichtig auf ½ fönt.
Dimensionierung der Kondensatoren:
10.000myF = 2 x 5000myF antiparallel reichen bis 0,5 V*Wurzel2 Spannungsabfall für 0,5A Effektivstrom = 115W Verbraucher. Daher sollte man wohl 10.00myF pro 100W nehmen. Benchmark: Mark Levinson nimmt 3 Dioden = 2,1V bei 40.000myF für 1000W Class A Endstufe. Teac nimmt eine Diode = 0,7V bei 6.600myF für angegebene 400W Maximalaufnahme.

Für den Brückengleichrichter.
die meisten Bastler haben irgendwo Brückengleichrichter mit der typischen Anordnung der 4 Dioden rumliegen. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass Gleichspannungen bis etwa 1.2V getrennt werden und dass man sowieso vorhandene Bauteile verwenden kann, Die dicken Brückengleichrichter haben ja oft auch 6.3mm FastOn-Kontakte, so dass man die Brücke und den Elko direkt dort anlöten kann und so keine Platine benötigt. Da das ganze aber an der Netzspannung hängt, sollte man den ganzen Aufbau gut isolieren !!!Das Schaltbild sollte nur das Prinzip mit dem Brückengleichrichter zeigen. Wie der C dabei aufgebaut ist, ist eine andere Sache. Von der technischen Seite her stellt der Gleichrichter ja sicher, dass an der Schaltung nicht mehr als etwa 1.2-2.x V (bei sehr hohem Strom) anliegen. Der Kondensator muss also nur diese Spannung aushalten, mehr nicht. Nimmt man einen Elko mit sagen wir mal 25V, dann hält der das in beide Richtungen aus ohne zu platzen.

Zur Dimensionierung
Dabei sollte bei maximalem Eingangsstrom der Spannungsabfall am C kleiner als die Schaltschwelle der Dioden sein. Das ist eine recht vernünftige Regel.
Da
I = P/U
folgt bei 100W und 230V ein Strom von etwa 0.43A
Soll die Spannung kleiner als 1.2V sein, dann muss Xc<=1.2V/0.43A sein, also etwa 2.8 Ohm
aus
Xc=1/(2*Phi*f*C)
folgt dann
C=1/(2+Phi*f*Xc)
Für unser Beispiel sind dass dann 1.000uF pro 100W.
Dabei ist die Reserve für den zu unterdrückenden DC-Offset aber nur relativ gering. Etwas mehr Kapazität könnte also nicht schaden.

Das DC-Filter beeinflusst den Klang - man muss eine geeignete C-Kaskade "erhören", wenn man mag. Nach meinen Tests klingen selbst schlechte Elkos gut, wenn sie einen 0,1uF WIMA MKP10 oder FKP parallel als HF-Brücke gekommen. Diese Typen klingen überall eingesetzt gut - andere können hier echt einen biestigen Klang erzeugen.

"Die beiden Elkos AntiPARALLEL oder AntiSERIELL"
Wenn man 2 gleichgroße Elkos in Serie schaltet, hat man nur noch die halbe Kapazität. Von daher ist das eher ungünstig und wird nur gemacht, wenn es unbedingt notwendig ist.
Da bei dieser Schaltung ja nur maximal 1.2-2.x Volt an den Elkos anliegen (im Falle eines "Kurzschluss", im Normalfall deutlich weniger), ist eine AntiSeriell-Schaltung nicht notwenig. Sofern Elkos mit ausreichender Spannungsfestigkeit (min. 25V) verwendet werden, kann man getrost parallel schalten. Wenn du auf Nummer Sicher gehen willst, dann müsstest du aber Antiseriell schalten und jeweils die doppelte Kapazität benutzen. Die Datenblätter von Elkos schweigen sich in der der Regel über einen verpolten Betrieb aus. In der Praxis sind mir aber keine Probleme bekannt, wenn die verpolte Spannung nur 5% der Nennspannung beträgt. Sehr Empfindlich reagieren da Tantals, aber die wollen wir ja hier nicht einsetzen.
Beispiel:
Du hast 10.000uF Elkos für diese Anwendung rumliegen. Schaltest du 2 davon Antiseriell, dann ist die effektive Kapazität 5.000uF, was für eine Last von bis zu 500W ausreichen sollte. Wenn diese Elkos z.B eine Spannungsfestigkeit von 50V haben und du diese darum Antiparallel schaltest, ergibt sich eine effektive Kapazität von 20.000uF, was für eine Last von bis zu 2.000W ausreicht.

Ein Hinweis sei aber noch erlaubt: Die Schaltung liegt am Netz - das bedeutet Lebensgefahr !! Also bitte, bitte - seeehr vorsichtig sein, alles gut isolieren und immer erste den Stecker ziehen.