Dimensionierung eines Netzteils

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Autor
Dimensionierung eines Netzteils

    







BID = 1059409

I-need

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Beiträge: 415
 

  


Guten Tag

Ich fühle mich schon sehr albern hier um Rat fragen zu dürfen nach so einem trivialen Thema: Glättungskondensator

Aber je mehr ich im Internet durchlese und die Geschichte simuliere, je mehr bin ich verwirrt.
Anfangs habe ich mit Fausregeln aus meiner Schulzeit angefangen, aber ich bin mit einem Ergebnis von 800uF um praktisch 3-Fach daneben gelandet...
Allerdings würde 800uF mit einer häufig gelesenen Faustregel; 1uF pro 1mA; übereinstimmen.

Die wohl wichtigste Frage ist. Wie gross dimensioniert man die Restwelligkeit?
Mein Problem liegt womöglich an meinem besessenen Versuch das ganze so Energieeffizient wie möglich zu gestalten, so dass ich kaum Reserve lasst.

Und was ich auch nie gesagt bekommen habe von jemanden, wieviel Prozent der Gesammspannung, ein LED Vorwiderstand verbraten muss um stromregulierend wirken zu können.

Schlussendlich will ich mehre parallele sträng von je 3 in Serie Rote LEDs betrieben werden. So dass ich einen Strom von maximal 0.8A erwarten kann.

Die Betriebsspannung (man bemerke meine vorherige aussage) habe ich mal 2V über den theoretisch benötigten 3*1.8V = 5.4 V also 7.4 Volt ausgelegt.

So und nun zum eigentlichen Siebelko und der Spannungsregulierung und der eigentlichen Frage.

Wieviel % Restwelligkeit lässt man? Ja ich weiss dass je geringer man sie wählt man dem Trafo und Gleichrichter starke Spitzenströme abverlangt.

Und um mal zu posten, zu welchen (funktionierenden) Ergebnis mein Ausprobieren in der Simulation geführt hat:







Ich schäme mich wirklich dafür, dass ich nach solch einer Grundlagenfrage fragen muss. Nichtsdestotrotz danke ich für Hilfe.

Gruss Simon


_________________


[ Diese Nachricht wurde geändert von: I-need am 17 Dez 2019 11:58 ]

BID = 1059413

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach

 

  


Zitat :
über den theoretisch benötigten 3*1.8V
Vorsicht, die modernen Hochleistungs-LED haben wegen eines komplizierteren Sperrschichtaufbaus etwas höhere Flußspannungen als die alten Funzeln.
Datenblatt beachten!


Zitat :
Wieviel % Restwelligkeit lässt man? Ja ich weiss dass je geringer man sie wählt man dem Trafo und Gleichrichter starke Spitzenströme abverlangt.
Soviel wie möglich bzw. soviel, wie die Last verträgt
Bei stark induktiven Lasten kann man als Gleichstrom sogar das 1,1-fache des am Trafo zu messenden Effektivstroms entnehmen, weil man vor dem Gleichrichter einen praktisch rechteckigen Stromverlauf bekommt.
Da man in der Physik bekanntlich aber nichts geschenkt bekommt, beträgt die Gleichspannung bei L-belasteten Gleichrichtern nur das 0,9-fache der effektiven Wechselspannung.
Die aufwändigere Glättung mit Drosseln anstatt Kondensatoren, führt aber automatisch auch zu "harten" Netzteilen, deren Spannung nur wenig von der Belastung abhängt. Dies im Gegensatz zu C-belasteten Gleichrichtern, deren Ausgangsspannung stark lastabhängig ist.

LED verursachen auch ohne Kondensator einen ähnlichen Stromverlauf wie ein kapazitiv belasteter Gleichrichter, d.h. der Effektivstrom (der den Trafo aufheizt) übersteigt den Mittelwert des entnommenen Gleichstroms.
Ob man da überhaupt einen Siebkondensator verwendet, hängt davon ab, ob bzw. in welchem Maße das 100Hz-Flimmern stört.
Am besten ausprobieren.

Die Dimensionierung eines Vorschaltwiderstands hängt neben den zu erwartenden Schwankungen der Speisespannung von den Toleranzen und U/I-Characteristiken der LED ab, die man wiederum dem Datenblatt entnehmen kann. Oft berechnet man den Vorwiderstand so, dass daran 30% der nominellen Flußspannung abfallen.
Wenn man einen hohen Wirkungsgrad anstrebt, ist solche Verschwendung natürlich keine Option, sondern dann verwendet man tunlichst überhaupt keine Widerstände, sondern stromstabilisierende Schaltnetzteile.

P.S.:
Zitat :
zu welchen (funktionierenden) Ergebnis mein Ausprobieren in der Simulation geführt hat
Die Schaltungsauslegung ist immer auch eine Frage der Zuverlässigkeit bzw. der geplanten Lebensdauer.
Einer Weihnachsdekoration, die kaum 10% des Jahres eingeschaltet ist, wird man es nachsehen, wenn sie nur 10 Jahre oder 8000 Stunden hält.
Von einer Kontrollampe an Gefrierschrank oder Treppenhauslichtschalter wird man eher 20 Jahre oder 170.000 Stunden erwarten.





[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 17 Dez 2019 13:32 ]

BID = 1059425

I-need

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Beiträge: 415

Ok vielen Dank, das sind schon mal wichtige Hinweise. Danke dafür. Ein paar fragen bleiben aber noch offen.


Zitat :


Zitat :
Wieviel % Restwelligkeit lässt man? Ja ich weiss dass je geringer man sie wählt man dem Trafo und Gleichrichter starke Spitzenströme abverlangt.

Soviel wie möglich bzw. soviel, wie die Last verträgt

Naja es sind die LEDs meiner Digitaluhr. Weil da die Last variiert braucht es eine Spannungsstabilisierung, sonst würde die Helligkeit aufgrund der ändernder Belastung immer variieren.


Zitat :
Ob man da überhaupt einen Siebkondensator verwendet, hängt davon ab, ob bzw. in welchem Maße das 100Hz-Flimmern stört.
Am besten ausprobieren.

Du meinst ich soll den LED's einfach den holprigen Strom nach dem Gleichrichter servieren? Müsste ich wirklich mal nachsehen ob das stört. allerdings käme es dann wohl zu Interferenzen mit meiner 400Hz PWM-Modellierung .


Zitat :
Die Schaltungsauslegung ist immer auch eine Frage der Zuverlässigkeit bzw. der geplanten Lebensdauer.
Mein Netzteil soll in der Uhr Jahrelang im Dauerbetrieb arbeiten.


_________________

BID = 1059430

Goetz

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Wohnort: Dresden
Zur Homepage von Goetz

also früher haben wir uns für sowas einfach einen passenden Trafo genommen und mit ein paar Transistoren, R, C und Z-Diode einen Längsregler gebaut. Siebelko halt schön groß, kostet ja kein Vermögen. Richtig dimensioniert müssten die ewig halten. Mein Netzteil auf dem Bastelplatz dürfte schon über 40 sein

BID = 1059431

I-need

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Beiträge: 415

Genau, aber was ist ein passender Trafo? Welche Spannung muss ein Trafo haben, dass es passt? Das ist ja genau das was ich herausfinden will


Zitat :
ein paar Transistoren, R, C und Z-Diode einen Längsregler gebaut

Aber genau das habe ich doch gemacht....? Siehe Startpost (Bild). Und ich hoffe auch, dass es ewig halten wird. Aber mit dem richtigen dimensionieren tue ich mir gerade sehr sehr schwer.

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BID = 1059436

winnman

Schreibmaschine



Beiträge: 1628
Wohnort: Salzburg

Muss es denn unbedingt ein Trafo sein?

Wenn es wirklich um Energiesparen geht würde ich da ein Schaltnetzteil verbauen.

bei den kleinen Strömen und Spannungen würde sich ja fast ein 5V Netzteil anbieten das man ein wenig "optimiert" und die liefen heute eigentlich überall rum.

BID = 1059452

I-need

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Beiträge: 415

Ja es muss ein Trafo sein. Ich arbeite an einer Digitaluhr die nur aus einzelnen Transistoren und diskreten Bauteilen aufgebaut ist. Sie funktioniert mehrheitlich aus DDL und TTL Logik. Aus optischen Gründen werde ich in diese Uhr weder ein IC noch ein Schaltnetzteil bauen. Das würde die ganze mühe es diskret zu bauen vernichten.

Das ein Trafonetzteil überholt ist weiss ich auch und mit Energieeffizient meine ich dass es primär eine Uhr ist und nur sekundär eine Heizung.

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BID = 1059454

I-need

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Beiträge: 415

edit: doppelbeitrag

sorry

[ Diese Nachricht wurde geändert von: I-need am 17 Dez 2019 19:24 ]

BID = 1059460

nabruxas

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Darf ich Dir einen schönen diskreten AL5809 anbieten?


PDF anzeigen



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BID = 1059475

der mit den kurzen Armen

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Es gibt genügend Lineare Spannungsregler warum versuchst du mit Uropas Mitteln solch einen Regler nach zubauen. 3 bis 5V höhere Gleichspannung am Eingang und deine Ausgangsspannung bleibt trotz Laständerung mit vertretbarem Ripple von wenigen mV stabil. Als Beispiel lm 7805 oder LM 317
Du kannst dir ja mal in den Datenblättern die Innenschaltung anschauen.



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Sei Dir immer bewusst, dass von Deiner Arbeit das Leben und die Gesundheit anderer abhängen!

BID = 1059476

der mit den kurzen Armen

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Beiträge: 17434

Und wenn es schon Diskret sein soll dann denke mal über einen Darlingtontransistor als Treiber für den Leistungstransistor nach und parallel zu der Z-Diode wirkt ein Elko mit 10µF + ein 100 nF Kondensator Wunder. Auch sind ca 2200µF vor der Regelung kein Luxus.

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BID = 1059480

I-need

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Beiträge: 415


Zitat :
Es gibt genügend Lineare Spannungsregler warum versuchst du mit Uropas Mitteln solch einen Regler nach zubauen.
Da muss ich kurz einiges klar stellen denke ich. Diese Uhr soll sich bewusst aus altmodischen Bauteilen und Schaltungen zusammensetzten. Wenn ich mir eine Digitaluhr bauen möchte, einfach um eine Uhr zu haben, dann nähme ich einen Microcontroller und ein paar Zeilen code und bastle mir ganz sicher nichts aus über 1000 einzelnen Bauteilen zusammen mit analogen Bauteilen. Ich baue diese Uhr, weil ich damit zeigen will was Elektronik ist. Die Leute haben ja keine Ahnung was sie da für ein Highend Wunder in den Händen halten wenn man über eine CPU spricht. Dass da Milliarden von Transistoren in solch einem Chip stecken ist ja selbst für mich schwierig vorzustellen. Deswegen will ich diese Uhr bauen. So einfach wie möglichst und so transparent wie möglich.

Ich erwarte ja gar nicht, dass jeder verstehen kann wieso ich mir das antue.
...Faszination,...persönliche Herausforderung, ...und gerade die "Junge Generation" findet mein vorhaben toll. Habe da ein paar Kollegen meines Alters die wie ich ticken, von Röhren fasziniert sind usw.

Ich weiss ganz genau, dass ich leider noch nicht all zuviel weiss, trotz 4 Jähriger Berufslehre. Vor allem im der Analogtechnik, die mich gerade so interessiert. In der Schule lernt man darüber nur noch die Basics der Basics und kaum nutzbares Wissen, mit dem man in der Praxis gross etwas bewegen kann. Aus diesem Grund bin ich auch über eure Hilfe so extrem Dankbar.

Zurück zu der Gleichrichtung.

Zitat :
Und wenn es schon Diskret sein soll dann denke mal über einen Darlingtontransistor als Treiber für den Leistungstransistor nach
Tut mir Leid aber hast du meine Skizze Anfangs des Threads angesehen? Da habe ich versucht einen Darlingtonschaltung zu verwenden und sogar mehr. Ich habe ein Sziklai-Paar aufgebaut um eine kleinere Dropoutspannung zu erhalten.

Mein Problem ist doch nur dass ich nicht weiss, weil ich noch keine Erfahrung habe, wie gross die Eingangspannung sein soll, wie gross der Rippel sein darf und wie ich den Siebelko berechnen/abschätzen kann, da ich lange in der Simulation ausprobieren musste und der evaluierte Wert ganz und gar nicht mit dem Berechneten übereinstimmte.

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BID = 1059487

Offroad GTI

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Zitat :
Mein Problem liegt womöglich an meinem besessenen Versuch das ganze so Energieeffizient wie möglich zu gestalten, so dass ich kaum Reserve lasst.
Ist bei linearen Netzteilen nicht so einfach möglich, da du auch die Netzspannungsschwankungen (+/-10%) berücksichtigen musst, wenn du es ganz genau nimmt.


Zitat :
Anfangs habe ich mit Fausregeln aus meiner Schulzeit angefangen, aber ich bin mit einem Ergebnis von 800uF um praktisch 3-Fach daneben gelandet...
Der Simulator simuliert auch etwas komisch. Nur mal ein Beispiel. Spannung über der CE-Strecke des Längstransistors=10,2-7,3V=2,9V
Bei einem Laststrom von 800mA ergibt sich also eine Verlustleistung von 2,3W. Angezeigt werden aber 7W. Dies passt auch nicht zur Gesamtleistung der Spannungsquelle.



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Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

BID = 1059490

I-need

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Beiträge: 415

Du hast recht. Der Simulator kriegt da die Leistung nicht richtig gebacken. Komisch eigentlich, da er in der Vergangenheit immer recht präzise simulieren konnte.


Zitat :
Ist bei linearen Netzteilen nicht so einfach möglich, da du auch die Netzspannungsschwankungen (+/-10%) berücksichtigen musst, wenn du es ganz genau nimmt.

Okay die Simulation zeigte mir, dass die Regelung nicht mehr ganz funktioniert wenn ich mit der Spannungsquelle unter 8.5VAC gehe (3mF -> 2V Rippel). Wenn ich die 10% berücksichtige liege ich mit 10VAC etwa gut?

Aber mir ist immernoch nicht klar wie man ohne lange herausprobieren auf anständige Werte kommen kann.



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BID = 1059491

Offroad GTI

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Beiträge: 12721
Wohnort: Cottbus


Zitat :
Wenn ich die 10% berücksichtige liege ich mit 10VAC etwa gut?
Ja, denke schon.


Zitat :
Allerdings würde 800uF mit einer häufig gelesenen Faustregel; 1uF pro 1mA; übereinstimmen.

Eine etwas bessere Näherung erreichst du mittels
In deinem Fall wären es also C=0,8A*10ms/2V=4mF



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