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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Kondensatorschaltnetzteil


Autor: Paul (Gast)
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Habe Schaltungen von Kondensatornetzteilen gesehen, bei denen ein 
Kondensator an 230V als Vorwiderstand benutzt wird.

Mit einer höheren AC Eingangsfrequenz könnte man mit kleineren 
Kondensatoren größere Ausgangsströme erreichen.

Gibt es Schaltregler welche folgende Funktionen beinhalten (am besten in 
einem IC):

1) Gleichrichtung der Netzspannung, wenn nötig auch Siebung, aber ich 
könnte mir vorstellen das eine sekundärseitige Siebung reichen könnte

2) Modulieren der Netzspannung auf eine höhere Frequenz (z.B. 10kHz)

3) Regelung der Ausgangsspannung und änderung der Arbeitsfrequenz 
(kleinere Last -> niedrigerere Frequenz und umgekehrt)

Wenn man das ganze in einem IC integrieren würde und nur noch den 
Reihenkondensator und eine sekundärseitige Siebung anschließen müsste, 
hätte man doch eine extrem kompakte Stromversorgung ohne galvanische 
Trennung oder? Ich bin jedenfalls von der Idee begeistert.

Autor: Paul (Gast)
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Mir ist gerade eingefallen, dass man am Ausgang natürlich auch noch 
einen gleichrichter benötigen würde. Also erst gleichrichten für 
"Zwischenkreisspannung" und dann nochmal den Ausgangsstrom (!) 
gleichrichten.

Autor: anderer Gast (Gast)
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wenn man sich die mühe macht nimmt man ein Schaltnetzteil mit Spule, da 
dann auch eine galvanische trennung erfolgt und der wirkunsgrad höher 
liegt.
Das Problem bei einem Kondanstaor ist der Innenwiderstand.

Autor: Jens G. (jensig)
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>Das Problem bei einem Kondanstaor ist der Innenwiderstand.

ist ja letztendlich auch nur ein Spannungsteiler, und da hängt das 
Ergebnis nunmal sehr stark von der Last ab, welche die Verhältnisse 
kräftig umkrempeln kann.
Macht also eigentlich nur bei relativ geringer und weitgehend konstanter 
Last Sinn.

Autor: Peter X. (vielfrass)
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Paul wrote:
> Habe Schaltungen von Kondensatornetzteilen gesehen, bei denen ein
> Kondensator an 230V als Vorwiderstand benutzt wird.
>
> Mit einer höheren AC Eingangsfrequenz könnte man mit kleineren
> Kondensatoren größere Ausgangsströme erreichen.
>
> Gibt es Schaltregler welche folgende Funktionen beinhalten (am besten in
> einem IC):
>
> 1) Gleichrichtung der Netzspannung, wenn nötig auch Siebung, aber ich
> könnte mir vorstellen das eine sekundärseitige Siebung reichen könnte
>
> 2) Modulieren der Netzspannung auf eine höhere Frequenz (z.B. 10kHz)
>
> 3) Regelung der Ausgangsspannung und änderung der Arbeitsfrequenz
> (kleinere Last -> niedrigerere Frequenz und umgekehrt)
>
> Wenn man das ganze in einem IC integrieren würde und nur noch den
> Reihenkondensator und eine sekundärseitige Siebung anschließen müsste,
> hätte man doch eine extrem kompakte Stromversorgung ohne galvanische
> Trennung oder? Ich bin jedenfalls von der Idee begeistert.


Wahrscheinlich meinst du sowas wie diesen Schaltplan?
Der entscheidende Nachteil von solchen Schaltungen ist ihr schlechter 
Wirkungsgrad. In dem IC sind zwei elektronische Schalter, z.B. MOSFET's.
Egal wie gut oder schlecht diese elektronischen Schalter sind, immer 
wenn zwei Kondensatoren mit unterschiedlichen Spannungen parallel 
geschaltet werden entsteht im Schaltaugenblick eine Verlustleistung.

Ein anschaulichen Beispiel:

Zwei gleiche Kondensatoren der Kapazität C sind vorhanden. Der eine ist 
auf die Spannung U aufgeladen, der andere leer. Die Gesamtenergie ist 
1/2*CU^2 + 0. Jetzt werden die beiden Kondensatoren parallelgeschaltet.
Jetzt hat sich die Ladung Q auf beide Kondensatoren verteilt, die 
Spannung ist nur noch halb so groß.  Also ist die Energie in den beiden 
Kondensatoren 1/2*C*(U/2)^2 + 1/2*C*(U/2)^2.
Genau die Hälfte der eingesetzen Energie ist verschwunden. Frage wohin.
Antwort Schaltverluste.

Autor: Peter X. (vielfrass)
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Uups, habe vergessen, das Bild anzuhängen.

Autor: Jens G. (jensig)
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@ Peter X.
das nennt sich Ladungspumpe


Mal der hypothetische Fall: wir haben keinen Verlust-R, und auch kein L 
irgendwo - es werden also zwei ideale C's plötzlich parallel geschaltet. 
Wo sind jetzt die Verluste?
Oder zwei "antiparallel" gleich stark geladene C's (ideal) gleicher 
Größe werden parallel geschaltet (also der eine +U, der andere -U). 
Ergebnis sicherlich 0V. Wo ist jetzt die Energie?

Autor: Peter X. (vielfrass)
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@Jens G. (jensig)
Wo sind jetzt die Verluste?
Die sind an den ohmschen Widerständen der Zuleitungen entstanden.

Gedankenexperiment alles währe supraleitend:
1. Der Kurzschlussstrom währe so hoch, das der Supraleiter seine 
Supraleitung verlieren würde.
2. Eine gewisse Leitungsinduktivität ist immer da. Also würden wir einen 
ungedämpften Schwingkreis erhalten. Eine gewisse Dämpfung durch 
Abstrahlung ist aber immer da.

Autor: Jens G. (jensig)
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@  Peter X.
Du gehst aber schon wieder von nicht-idealen Teilen aus. Ich habe aber 
explizit gesagt kein R, kein L (also keine Wärme, kein Schwingen).
Der C ist idealerweise auch unendlich klein, so daß er selbst keine 
Abstrahlung hat. Die von dir genannte Formel geht ja auch von 
idealisierten Dingen aus - da ist nix drin, was die Verluste beschreibt.
(Ich will damit nicht an deiner Formelführung zweifeln, die scheint 
schon ok. Ist eben nur ein Gedankenspiel ;-)

Übrigens ist das Beispiel mit der Ladungspumpe schlecht geeignet, um die 
Verluste mit dem permanenten Parallelschalten von zwei Kondis zu 
erklären, denn das Problem tritt im Grunde nur beim Einschalten auf. 
Wenn die Sache eingeschwungen ist, sind die Verluste deutlich niedriger 
bei "angemessener" Last (also keine 50% Verlust, die man nicht vermeiden 
könnte).

Eigentlich ist aber jedes Kondensatornetzteil eine Ladungspumpe, nur daß 
dabei eher der Spannungsteilereffekt zum tragen kommt bzw. genutzt wird, 
indem der Serien-C entprechend klein gehalten wird.

Autor: Tom (Gast)
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> Du gehst aber schon wieder von nicht-idealen Teilen aus.

Bei idealen Kondensatoren sind Spannungssprünge nicht erlaubt.

I = C x dU/dt

Wenn dU/dt unendlich ist, dann müsste unendlich viel Strom fließen, das 
geht aber nicht. Hier hat das Modell des idealen Kondensators seine 
Grenzen.

Autor: Jens G. (jensig)
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Ok, wenn man solche Einschränkungen macht, dann wird's wieder etwas 
verständlicher ;-)

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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@Paul:

> 1) Gleichrichtung der Netzspannung, wenn nötig auch Siebung, aber ich
> könnte mir vorstellen das eine sekundärseitige Siebung reichen könnte
>
> 2) Modulieren der Netzspannung auf eine höhere Frequenz (z.B. 10kHz)
>
> 3) Regelung der Ausgangsspannung und änderung der Arbeitsfrequenz
> (kleinere Last -> niedrigerere Frequenz und umgekehrt)
>
> Wenn man das ganze in einem IC integrieren würde und nur noch den
> Reihenkondensator und eine sekundärseitige Siebung anschließen müsste,
> hätte man doch eine extrem kompakte Stromversorgung ohne galvanische
> Trennung oder? Ich bin jedenfalls von der Idee begeistert.

Auch mit IC wird es kaum einfacher:
http://www.trifolium.de/netzteil/kap13.html
Bei hohen Frequenzen werden natürlich auch Vorschaltdrosseln wesentlich 
kleiner.

Jörg

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