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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Ausgangselkos bei Spannungsreglern


Autor: arif (Gast)
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Hallo,

in den Datenblättern von Spannungsreglern (beispielsweise LM317 -> 
http://www.national.com/mpf/LM/LM317.html ) haben die Ausgangselkos in 
der Regel Werte von 1 - 10 uF. Wenn man sich dann aber diverse 
Schaltpläne (für funktionierende Geräte ;) anschaut, dann tauchen dort 
oft wesentlich größere Elkos auf, teilweise sogar 470uF.

Im LM317-Datenblatt steht dazu geschrieben: "Increases over 10uF do not 
aprecciably improve the ripple rejection at frequencies above 120Hz).

Was ist also der Grund für die dicken Elkos, bzw. wie bestimmt man die 
optimale Größe? Ist diese abhängig vom Strom, den der Regler liefern 
muss? Gibt es dazu Formeln zur Berechnung (notfalls auch Faustformeln)?


Danke für jede Hilfe!

Autor: Random ... (thorstendb) Benutzerseite
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da gibtz so ne faustformel, 1µF/mA, nur inwiefern die hier greift weiss 
ich nicht.

Nun muss die Ladeschaltung für den Elko (also der Regler) auch den 
entsprechenden Strom liefern können, sonst nutzt der dicke Elko gar nix 
(ausser für kurzzeitige Stromspitzen oder wenn du Strom in "PWM"-Form 
abnimmst als Ladungspuffer.

Im Grunde hast du nen Tiefpass aus R_i des Spannungsreglers und C_L des 
Ladekondensators. Das ergibt zusammen ne Grenzfrequenz.

Das ganze ergibt somit irgendwann eine sinnvolle Grenze, wo der Regler 
den Elko nicht mehr nachladen kann. Das ist wohl das, was mit 10µ 
angegeben ist.

Was macht so ein LM? ka, aber ein paar 100mA wird der schon können ...

Klemm in den Regelkreis nen dicken Transistor zur Stromverstärkung. Wenn 
über den Rückgekoppelt wird, stimmt die Ausgangsspannung wieder.

http://de.wikipedia.org/wiki/Tiefpass


VG,
/th.

Autor: oszi40 (Gast)
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Ein dicker Elko am Regler-Ausgang ist eine Schwungsmasse einer 
Dampfwalze.
Wenn dann was geregelt werden soll muss die ganze Masse bewegt werden.

Deshalb gehört nur ein kleiner Keramik-Kondensator an den Ausgang um 
Schwingungen zu vermeiden und wenn dann doch nötig die eventuellen 
Stütz-Elkos nahe an den Verbraucher. Dann ist die Zuleitung schon ein 
"Vorwiderstand".

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Naja, pauschal kann man das nicht sagen:
Es kommt 1. auf den Spannungsregler an: Einige benötigen einen kleinen 
Keramikkondensator, andere wiederum einen Elko mit ein paar µF. Mit den 
Werten aus dem Datenblatt fährt man meist nie verkehrt.
Und dann kommt es noch auf die Schaltung an: Wenn in dieser schnell 
große Lasten geschaltet werden, dann kann ein größerer Elko sinnvoll 
sein. Ein Beispiel ist z.B. das Zuschalten einer SD Karte im Betrieb:
http://elm-chan.org/docs/mmc/mmc_e.html (etwa unteres drittel der 
Seite). Ohne große Kondensatoren bzw. CLC Netzwerke am Ausgang wird es 
kein Regler schaffen die Spannung nicht einbrechen zu lassen.

Autor: MaWin (Gast)
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> da gibtz so ne faustformel

Ne.

> Im Grunde hast du nen Tiefpass

Ne.

Die Sache ist eine andere.

Ein Spannungsregler ohne Kondensator hat ein Problem, wenn sich die 
Belastung ganz kurz ändert. Denke, dass er normalerweise 100mA liefert 
und für 1us 1A liefern muß.
Da ist der Regler einerfach zu langsam für, bevor die Regelschaltung 
erkannt hat, dass sie für mehr Strom auch den Längstransistor mehr 
aufmachen muß, ist die Impulsbelastung schon vorbei, und wenn der Regler 
für 100mA so tun musste, als ob er einen Längswiderstand von 50 Ohm 
darstellt (und bei 1A den auf 5 Ohm hätte verringern müssen), dann waren 
die 50 Ohm bei 1A so viel, daß die Spannung (z.B. von 5V auf 0V) 
vollkommen zusammenbrach.

Mit Elko ändert sich bei Belastung die Ausgangsspannung nicht so 
schnell, einen 1A Impuls über 1us kann ein 10uF Kondensator auf unter 
0.1V abfedern ohne dass der Spannungsregler überheupt reagieren musste.

Der Spannungsregler wird erst HINTERHER reagieren, und den etwas 
entladenen Kondensator wieder aufladen. Statt dass der Spannungsregler 
also sofort auf die Änderung des Stromes reagieren muß, reagiert er auf 
die Änderung der Ladespannung des Ausgangselkos.


Die Kapazität des Kondensators ist also an die GESCHWINDIGKEIT des 
Spannungsreglers anzupassen, daher steht im Datenblatt dabei, wie gross 
er sein muß.

Was passiert bei einem viel zu grossen Kondensator? Nun, ist die 
Spannung zu niedrig, muss er ja den Elko aufladen, also lässt er mehr 
Strom durch, die Spannung steigt, bis sie den Sollwert erreicht hat. 
Dann müsste der Spannungsregler den Strom zurücknehmen, er weiss aber 
nciht genau auf welchen Wert, denn 0 ist ja falsch, er muss ja den Strom 
liefern, den die Schaltung gerade verbraucht. Wenn nun der Regler den 
Strom aber langsam zurücknimmt, dann steigt die Spannung am Elko weiter. 
Ein Spannungsregler ist so kompensiert, daß er eine bestimmte 
Änderungsgeschwindigkeit beim Strom hat und wenn der Ausgangselko gross 
ist, führt das zu 'Overshoot' und Nachreglen, zu welliger 
Ausgangsspannung nach Belastungsänderungen.

Es ist, also ob man eine Kugel an einer Feder auf einen bestimmten Platz 
bugsieren will, je schwerer die Kugel, je schlechter gelingt das, weil 
man ständig über's Ziel hinausschiesst.

Daher sollte man Spannungsregler nicht mit mehr Kapazität belasten, als 
im Datenblatt angegeben. Man macht es nicht besser, sondern schlechter 
dadurch. Der 78xx ist als Feld-Wald-Wiesen-Idiotenregler noch recht 
gutmütig, andere Regler (Präzision, LowDrop) sind nicht so gnädig 
kompensiert (ein 7805 beginnt schon deutlich unter 5V mit dem Bremsen, 
er ist froh wenn er die Ausgangsspannung auf 0.1V haelt) und reagieren 
weit giftiger auf hohe kapazitive Last.

Falls du wirklich 470uF am Ausgang eines Spannungsreglers gesehen hast, 
war das sicher keine professionelle Schaltung, sondern gnadenloses 
Unverständnis eine Hobbyisten. Ignorier so einen Kram, bau sie richtig, 
bau sie nach Datenblatt.

Die normal 100nF nach einem 7805 bekommt ja noch mal 100nF an jedem IC, 
in der Summe also locker 2uF in der gesamten Schaltung. Das ist deutlich 
mehr als minimal nötig, aber immerhin nicht zu viel. Man könnte jedoch 
die Kapazitätswerte reduzieren, z.B. auf 10nF.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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arif schrieb:

> ....
> Was ist also der Grund für die dicken Elkos,

Z.B. Impulsförmige Lasten, die Lastspitzen von einigen Ampere fordern 
aber im Dauerbetreib unter 1A bleiben-- der LM317 ist nun mal nicht 
unendlich schnell um solchen Änderungen zu folgen, und nicht beliebig 
leistungsfähig.


>  Ist diese abhängig vom Strom, den der Regler liefern
> muss?


Genau so ist das.

Autor: arif (Gast)
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Wow, vielen Dank für eure Antworten, insbesondere für den langen Beitrag 
von MaWin! Das sollte dem Verständnis schonmal gut auf die Sprünge 
helfen.

Die Schaltung mit dem 470uF war in der Tat eine reine Hobbyschaltung, 
allerdings habe ich hier auch eine "semiprofessionelle" Schaltung mit 
einem 100uF (+100nF) hinter einem LM317. Jetzt versuche ich aber 
zunächst mal die Erläuterungen in euren Beiträgen nachzuvollziehen, um 
dann die richtige Kapazität (nicht zu viel und nicht zu wenig) 
auszuwählen.

Autor: eProfi (Gast)
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und immer dran denken: der Kapazitätswert allein charakterisiert den 
Kondensator nur teilweise. Wichtige andere Werte sind ESR, 
Dissipationsfaktor und Resonanzfrequenz.
Außerdem wirkt sich der Aufbau der Schaltung (Layout) ebenso auf das 
Regelverhalten aus.

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