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Netzteilbau

Allroundlaie
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Netzteilbau

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Gepostet: 21.01.2006 - 13:39 Uhr  ·  #1
Hallo,
ich habe einen 12 V / 60 Watt Ringkerntrafo und möchte diesen (einigermaßen stabil, ca. 12,5 - 13 V) gleichrichten. Ein Brückengleichrichter 800V/10A ist vorhanden. Der Verbraucher hat folgende Werte:
Spannung: 11 - 14,5 V DC
und zieht, je nach Auslastung, 0,02 A (in Ruhe) bis max. 5 A (Volllast). Der Mittelwert (im Betrieb) ist ca. 2,5 - 3 A.

Meine Fragen:
1) Brauche ich einen Spannungsregler? Wenn ja, bitte Bezeichnung, ca. Preis und wo erhältlich?
2) Welchen Glättungskondensator brauche ich?
3) Ist der Brückengleichrichter für meine Zwecke anwendbar?

Gruß, der Allroundlaie :roll:
EM2-Gott
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Re: Netzteilbau

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Gepostet: 21.01.2006 - 14:48 Uhr  ·  #2
OMdc4ra
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Re: Netzteilbau

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Gepostet: 21.01.2006 - 19:23 Uhr  ·  #3
vielleicht können folgende Überlegungen den Durchblick steigern.

Soll erst mal der Trafo nur wenig belastet sein, quasi Leerlauf, weil bei starker Belastung durch Gleichrichter und Ladekondensator sind die Spannungen und Ströme eh alles andere als sinus-förmig.
am Trafo sekundär: Scheitelspannung Us = Ueff * 1.41 (Wurzel 2), hier 12 * 1.41 = 16.92 V (vermutlich hat der Trafo im LL etwas mehr als 12V);
nach dem Gleichrichter, ohne Kondensator, nur mit einem Widerstand belastet: Spannung ist um ca. 2 * 0.7 V Dioden-Durchlass-Spannung geringer. Wir erhalten eine mit 100 Hz pulsierende Gleichspannung zwischen Null und Spitzenwert 16.9 - 1.4 = 15.5 V. Damit wir eine "glattere" Gleichspannung erhalten, schaltet man einen Ladeelko an den Gl.r.Ausgang: Ohne Belastung würde sich der auf 15.5 V aufladen. Wenn wir jetzt einen Spannungsregler mit Verbraucher von z.B. 1 A Strom an den Ladeelko hängen, zieht der einen (näherungsweise) konstanten Strom aus dem Elko (solange der Spannungsrgl. genug Eing.-Ausg.Differenzspannung hat, d.h. die Ausg.sp. nicht einbricht - "brummt"). Die Spannung am Ladeelko sinkt also zwischen den 2 mal pro 50HZ-Periode, also alle 10 ms, auftretenden Nachlade-Impulsen linear ab (linear wg. Konstantstrom).
Dieses Absinken kann leicht ausgerechnet werden:
delta_U = delta_t * I / C. Beispiel: C = 2200 uF = 0.0022 F, I = 1 A, delta_t = 7 ms = 0.007 s, dann sinkt die Reglereingangsspannung um delta_U = 0.008 * 1 / 0.0022 V = 3.182 V ab. Die angenommene Zeit von 7 ms ist ungefähr die Zeitspanne während der allein der Elko den Strom an den Verbraucher liefern muss; periodisch alle 10 ms lädt ja der Trafo den Elko über den Gleichrichter wieder nach.
In unserem Beispiel würde die Spannung am Elko also etwa sägezahnförmig zwischen 15.5 V und 15.5 - 3.18 = ca. 12.3 V schwanken. Da bräuchten wir für 12 V Ausg.sp. einen Sp.Regler, der kurzzeitig mit 0.3 V Differenzspannung auskommt. Solche "low dropout"-Regler gibt es zwar bzw. kann man bauen, aber das ist schon etwas knapp. Auch wird bei hoher Belastung die Scheitelspannung von 15.5 V gar nicht mehr erreicht (ohmsche Verluste, Streuinduktivität; höherer Sp.abfall am Gleichrichter wg. kurzzeitig vielfach höherem Strom beim Nachladen).
Wir müssten also, um überhaupt eine Chance auf 12 V Reglerausg.sp. zu haben, einen Elko mit 4700 uF bei 1 A Strom nehmen; bei 5 A also ca. 22000 uF. Je größer aber der Ladeelko ist, um so weniger wird auch die theoretische Scheitelspannung am Ladeelko erreicht; der Elko glättet nicht nur den Spannungsabfall, sondern auch etwas den Sp.anstieg während der Nachladezeiten. Besser wären für 5 A also 30000 uF zu nehmen. Oder man hat einen Trafo mit etwas mehr Sekundärsp., z.B. 13 oder 14 V, dann kann man natürlich mit kleinerem Elko "leben".
Abschätzung der Brummsp. bei 5A und 30000uF: delta_U = 0.007 * 5 / 0.030 = 1.17 V; bei 20000uF wären es schon 1.75 V.
Optimal wären Schottky-Dioden für den Gleichr., da bliebe man unter 1 V Verlust; die 800V-Brücke dürfte in der Praxis über 2 V Spannungsverlust kosten. Man braucht ja noch Reserven, denn schließlich kann ja auch die Netzspannung mal etwas niedriger als 230 V sein; so -5% (219 V) sollte man schon noch perfekt ausregeln können.
Auf jeden Fall brauchst du einen sog. Low-Dropout-Regler, der mit <1 V Eing.-Ausg.-Spannungsdiff. auskommt. Die 78-er Serie mit ihren 2 bis 2.5 V kannst du ohne 14V-Trafo vergessen. Vorteil der LDO-Regler ist, dass deren Verlustleistung geringer ausfallen kann, da man einfach nicht mehr soviel Spannung "verbraten" muss.
Hoffe, die (vereinfachten) Berechnungen haben etwas geholfen, den richtigen Elko zu finden.
Wichtig jedenfalls, die Verbindungen Trafo zu Gleichrichter und Glr. zu Ladeelko möglichst niederohmig zu halten. Da das Nachladen des Elkos ja mit vergleichsweise kurzen Stromimpulsen erfolgt (denn Strom fließt nur wenn die Sek.sp. des Trafos höher ist als die Spannung am Elko plus Gleichr.sp.abfall), treten Ladeströme mit immerhin dem 5- bis 7-fachen des mittleren Stroms auf.
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