Guten Morgen, ich habe gerade mit einem Sperrwandler zu tun. Dabei bin ich auf eine Frage gestoßen. Der Strom durch die Sekundäre Gleichrichterdiode (im Bild D1) ist Dreieckförmig. Der entsprechende Effektivstrom wurde mit 3.44A simuliert. Der Ausgangsstrom des Netzteils I(R1) ist ein Gleichstrom mit 2A. Wieso ist da eine Differenz von 1.44A, oder wo fließt die hin? Laut Kirchhoff muß das Rausfließen, was Reinfließt. Hinweis: Die Simulation hat nichts mit meinem realen Netzteil zu tun, also zur Sinnhaftigkeit bitte keine Kommentare, denn es geht primär nur um oben gestellte Frage. Weiterhin sollte die Simu nur meine Berechnungen und Messungen stützen, was sie auch tut.
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In diesem Zusammenhang ist der Mittelwert (Average) relevant, nicht der Effektivwert, da der Kondensator die Spannung an der Last konstant hält, die im Effektivwert enthaltene Quadrierung folglich falsch ist.
in der leitend-phase des primären schalttransistors sperrt die diode am ausgang, es erfolg nur eine energiespeicherung im transformatorkern (magnetfeld). wenn der schalttransistor sperrt kehrt sich durch das zusammenbrechende magnetfeld im kern die polung der spannung an den wicklungen um, die sekundäre diode leitet daraufhin und es erfolg der energietransfer zum ausgang. wenn du nun konstant 2A am ausgang sehen willst, aber nur sagen wir die hälfte der zeit eine leitende diode hast, dann mußt du die 2A in der hälfte der zeit durch die diode kriegen. das geht nur mit einem höheren spitzenstrom. den rest muß der ausgangskondensator erledigen, er muß in der leitend-phase des primären schalttransistors auch ganz allein die versorgung des ausgangs übernehmen. deshalb braucht man beim sperrwandler besonders gute kondensatoren mit niedrigem ESR, die den hohen ripple-strom vertragen. eine parallelschaltung von mehreren kondensatoren vereinfacht das.
Danke für die schnellen Antworten. @A.K. Ich hätte nur mal besser schauen sollen. Über dem Effektivwert steht ja direkt der Mittelwert und der ist 2A.
A. K. schrieb: > In diesem Zusammenhang ist der Mittelwert (Average) relevant, nicht der > > Effektivwert, da der Kondensator die Spannung an der Last konstant hält, > > die im Effektivwert enthaltene Quadrierung folglich falsch ist. Sorry, kleines delay. Ehrlich gesagt kann ich mir immer noch nicht recht vorstellen wo die Differenz bleibt. Ist das der Wechselanteil des Stromes, der über den Kondensator kurzgeschlossen wird? Die Verlustleistung der Diode muss aber schon mit dem Effektivwert des Stromes berechnet werden, oder?
Peer schrieb: > Ehrlich gesagt kann ich mir immer noch nicht recht vorstellen wo die > Differenz bleibt. Ist das der Wechselanteil des Stromes, der über den > Kondensator kurzgeschlossen wird? Nein, der Effektivstrom ist eine fiktiver Wert, der nicht real fließt. Er benennt nur den Wert eines Gleichtromes, der in einem ohmschen Widerstand die gleiche Verlustleistung verursachen würde. > Die Verlustleistung der Diode muss aber schon mit dem Effektivwert des > Stromes berechnet werden, oder? Nein, die Diode ist kein ohmscher Widerstand. In gewissen Grenzen kann man die Diodenflußspannung als konstant annehmen, sodass die Verlustleistung eher durch den Mittelwert des Stromes bestimmt wird. Jörg
für die dioden ist im datenblatt angegeben wieviel strom ein sich wiederholender impuls haben darf. im zweifelsfall würd ich die diode immer überdimensionieren, das senkt oft auch die verlustleistung. eine siliziumdiode hat bei 20 grad etwa 0,6V flußspannung, bei erwärmung der diode sinkt diese flußspannung relativ stark ab (deswegen kann man pn-übergänge als temperaturfühler verwenden). bei einem hohen strom im bereich der leistungsgrenze kann der spannungsabfall an einer diode aber schon mal auf 0,8V oder 1V steigen, und das find ich dann ganz schön viel. mit etwas großzügiger dimensionierten dioden bekommt man da aber keine probleme. wichtig ist eher die sperrspannung, die diode muß beim sperrwandler die negativ gepolte periode der sekundärspannung (leitendphase des primären schalttransistors) gegen die ausgangsspannung sperren können! zum strom muß man wissen, daß das es z.b. bei einer glühlampe ein resultat aus widerstand und spannung ist. ein 50 Hz Sinus ist nun kein gleichstrom, sondern besitzt (auch gleichgerichtet) 100 halbwellen pro sekunde, in jeder dieser halbwellen ist der strom einmal null und einmal maximal (spitzenstrom). er ist also nicht konstant wie bei gleichstrom. dauerhaft null brächte nicht das gewünschte ergebnis und dauerhaft spitzenstrom wäre ziemlich schnell tödlich für die lampe. also braucht man einen wert dazwischen, bei dem die lampe die gleiche leistung bringt wie an einem sinusförmigen strom. der sekundärstrom beim sperrwandler ist eher dreieckförmig, er steigt zu beginn der leitend-phase der sekundären diode sofort auf ein maximum und fällt dann ziemlich linear zu null ab. der spitzenstrom ist also auch deutlich höher als der wert eines konstanten ausgangsstromes.
Ben _ schrieb: > bei einem hohen strom im > bereich der leistungsgrenze kann der spannungsabfall an einer diode aber > schon mal auf 0,8V oder 1V steigen, Das ist sehr tief gegriffen. Spannungen von 1...1,5V sind durchaus üblich. Die Flußspannung steigt übrigens auch tendenziell mit der maximalen Sperrspannung. > der sekundärstrom beim sperrwandler ist eher dreieckförmig, er steigt zu > beginn der leitend-phase der sekundären diode sofort auf ein maximum und Die Erklärung ist hier irreführend. Beim Sperrwandler bezeichnet man mit "Leitend-Phase" die (Fluß)Phase, in der der Primäre Leistungsschalter leitend ist. Die sekundäre Gleichrichterdiode leitet während der Sperrphase. > fällt dann ziemlich linear zu null ab. Nicht unbedingt. Die Sperrphase des Sperrwandlers kann auch vorzeitig beendet werden, wenn noch Energie im Trafo gespeichert ist und Strom durch die Diode fließt. Diese Betriebsart sollte man aber nur Schottky-Dioden oder ultraschnellen Dioden zumuten, da der plözliche Übergang vom Arbeitsstrom zur max. Sperrspannung bei normalen Dioden erhebliche Schaltverluste verursacht. Jörg
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Jörg Rehrmann schrieb: > Nein, die Diode ist kein ohmscher Widerstand. In gewissen Grenzen kann > > man die Diodenflußspannung als konstant annehmen, sodass die > > Verlustleistung eher durch den Mittelwert des Stromes bestimmt wird. Habe das mal mit einem Dreieckförmigen Gleichstrom von
und
simuliert. Das Ergebnis (Bild obwohl dort Average steht) zeigt, man muss mit dem Effektivwert des Stromes rechnen. Gruß
Peer schrieb: > Jörg Rehrmann schrieb: >> Nein, die Diode ist kein ohmscher Widerstand. In gewissen Grenzen kann >> >> man die Diodenflußspannung als konstant annehmen, sodass die >> >> Verlustleistung eher durch den Mittelwert des Stromes bestimmt wird. > > Habe das mal mit einem Dreieckförmigen Gleichstrom von >
> und >
> simuliert. > Das Ergebnis (Bild obwohl dort Average steht) zeigt, man muss mit dem > Effektivwert des Stromes rechnen. Natürlich ist für die Verlustleistung in einem ohmschen Widerstand der Effektivwert relevant. Aber was willst Du jetzt damit sagen ? Es ging doch um die Verluste in einer Diode. Jörg
> Nicht unbedingt. Die Sperrphase des Sperrwandlers kann auch vorzeitig > beendet werden ist dann immer noch ein linearer abfall, auch wenn dieser vorzeitig beendet wird. die erklärung "leitendphase der sekundären diode" finde ich übrigens nicht irreführend, aber das ist wohl ansichtssache.
Jörg Rehrmann schrieb: > Natürlich ist für die Verlustleistung in einem ohmschen Widerstand der > > Effektivwert relevant. Aber was willst Du jetzt damit sagen ? Es ging > > doch um die Verluste in einer Diode. > > > > Jörg Hallo Jörg, mir will nicht in den Kopf, dass bei einem Widerstand der Effektivwert des Stromes aber bei einer Diode der Mittelwert des Stromes für die Verlustleistungsberechnung herrangezogen werden muss. Der Strom fliesst doch, egal ob da eine Diode kommt oder ein Widerstand. Mir ist schon klar, dass Uf an der Diode nicht linear ist wie bei einem Widerstand. Das Beispiel mit dem Widerstand war nur zum einfacheren Verdeutlichen des Sachverhaltes :-). Peer
Peer schrieb: > Hallo Jörg, > > mir will nicht in den Kopf, dass bei einem Widerstand der Effektivwert > des Stromes aber bei einer Diode der Mittelwert des Stromes für die > Verlustleistungsberechnung herrangezogen werden muss. Der Strom fliesst > doch, egal ob da eine Diode kommt oder ein Widerstand. Mir ist schon > klar, dass Uf an der Diode nicht linear ist wie bei einem Widerstand. Hallo Peer, Der wesentliche Unterschied ist, dass die Verlustleistung in einem Widerstand P=I²R ist, also mit dem Quadrat des Stromes steigt. Einfaches Beispiel: Der Strom mit dem Mittelwert I ist rechteckförmig und periodisch 75% null und 25% 4I. Die Verlustleistung ist aber 75% null und 25% der Periodendauer beträgt sie 1600%. Der Mittelwert der Verlustleistung ist dann 400%. Ein Gleichstrom, der 400% der Verlustleistung produzieren soll, müßte also doppelt so groß sein. D.h., bei einem rechteckförmigen Strom, der 25% ein- und 75% ausgeschaltet ist, ist der Effektivwert doppelt so groß wie der Mittelwert. Die analoge Betrachtung bei der Diode mit konstanter Flußspannung führt zu dem Ergebnis, dass die Verlustleistung in der Diode linear mit dem Strom steigt und deshalb auch die mittlere Verlustleitung proportional zum mittleren Strom ist. Das ist aber nur theoretisch. Natürlich hat auch die Diode einen kleinen Innenwiderstand, sodass auch der Effektivwert einen Einfluss auf die Verlustleistung hat. Jörg
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