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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Spannungsversorgung 12V + 5V - bitte prüfen


Autor: L. K. (ladde)
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Hallo,

bin grad dabei, die Spannungsversorgung für mein nächstes Projekt zu 
planen und bitte um eure Mithilfe, da ich auf dem Gebiet noch recht 
unerfahren bin.
Ich benötige 5V zur Versorgung mehrerer µCs und ca. 12V für eine Pumpe 
und Magnetventile. Da diese aber auch schon mit 9V die gewünschte 
Funktion erfüllen und auch schwankende Spannungen abkönnen, habe ich mir 
folgende Schaltung überlegt:
                                         _
                              .---------o \_/o--------> 12V
                              |          ____
                              |         |    |
          9V            .-o---o-->|--o--|7805|--o-----> 5V
   _     50VA           | |          |  |____|  |
--o \_/o--. ,-.         |--- C1   C2---   |    ---
230       )|( | .-----. |---        ---   |    ---
VAC       )|( '-|~   +|-' |          |    |     |
----------' '---|~   -|---o----------o----o-----o-----> GND
                '-----'
Nach Sicherung und Trafo habe ich 9Veff, nach der Gleichrichtung eine 
Spitzenspannung von Wurzel(2)*9V-1,4V = 11,3V.
Damit der 7805 auch bei mit 4A belasteter 12V Leitung noch mindestens 7V 
am Eingang hat hab ich für C1 eine Mindenstkapazität von C = 4A * 10ms / 
(11,3V - 0,7V - 7V) = 11mF berechnet.
Würde also für C1 zwei 6800µF Elkos parallel schalten.

Fragen:
1.) Ist das Design so überhaupt sinnvoll? (mir kommt gerade die Idee, 
dass ich lieber für C2 statt C1 einen etwas größeren Elko setzen könnte)
2a.) Wie wähle ich den richtigen Gleichrichter aus? Hab grad bei 
Reichelt geschaut, da gibts ja zu jeder Stromstärke (würde einen für 6A 
nehmen, um etwas Reserve zu haben) verschiedene Typen, deren 
Unterschiede mir noch nicht ganz klar sind.
2b.) Halten Trafo und Gleichrichter die auftretenden Spitzenstöme aus?
3.) Hat jemand andere Vorschläge, wie ich die Spannungversorgung günstig 
realisieren könnte?

Vielen Dank,
Ladde

Autor: MaWin (Gast)
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> Ist das Design so überhaupt sinnvoll?

Die Schaltung ja, die Berechnung ist sehr knapp auf Kante genäht.

Gleichrichter unterschieden sch halt in der Bauform je nach Hersteller, 
nimm den (6A/50V), der dir gefällt.

Der 50VA Trafo liefert vielleicht die 12V*4A=48W, wird dabei aber sehr 
heiss was die Lebensaduer reduziert.

Betrachte deine Bauteilwerte als Mindestwerte und nimm die 
nächstgrösseren.

C2 hängt vom Strom ab, den du aus den 5V ziehen willst, er sollte nicht 
100nF sein, sondern gross genug, um 1 Halbwelle zu puffern, damit 
Belastungen die die 12V zusammenbrechen lassen nicht den uC stören.

Autor: L. K. (ladde)
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Danke für die Antwort, MaWin.

Der Trafo liefert ja nur 9V, setzt bei 4A also 36VA um, da sollte die 
Reserve doch reichen, oder?
Dann werde ich die 6A Gleichrichter nochmal durchgucken nach ner 
passenden Bauform.
Bei den Cs bin ich jetzt zu dem Schluss gekommen, dass ich die 12V 
Schiene (die eigentlich nur 9Veff hat) gar nicht puffere. Vor dem 7805 
dafür ein größerer C, rechne aktuell mit maximal 200mA Strombedarf. Da 
die Schaltung aber erweiterbar ist (mehr µCs + Peripherie) überschlage 
ich mal für 400mA 1,1mF, also 2x 680µF.

Aktualisierter Schaltplan sieht also so aus:
                                   _
                        .---------o \_/o--------> Pumpen / Magnetventile
                        |          ____           (12V nominell, max 4A)
                        |         |    |
          9V            o-->|--o--|7805|--o-----> 5V (max 400mA)
   _     50VA           |      |  |____|  |
--o \_/o--. ,-.         | 2x  ---   |    ---
230       )|( | .-----. | 680 ---   |    ---
VAC       )|( '-|~   +|-' µF   |    |     |
----------' '---|~   -|--------o----o-----o-----> GND
                '-----'

Einwände?

Danke und Gruß
Ladde

Autor: HildeK (Gast)
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Ich sehe, du hast AACircuit wieder im Einsatz :-)

Für den Regler sollten 1000µF gut ausreichend sein.
Aber für die 12V-Verbraucher wirst du praktisch kaum mehr als 9V DC 
unter Last erhalten - eher weniger, auch nicht, wenn du mit 10.000µF 
siebst (wie in deinem ersten Vorschlag).
Wenn du nicht siebst, wie in deinem zweiten Vorschlag, so sind es 
effektiv knapp 8V am 12V-Ausgang. Mit C ist es etwas mehr.
In wie weit Pumpe und Magnetventil damit klarkommen, würde ich einfach 
mal ausprobieren.

Autor: L. K. (ladde)
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Hallo Hilde und danke für die Antwort.
Ja, AACircuit ist echt praktisch, um mal schnell nen Schaltplan zu 
posten. Merkwürdig, dass es gestern mit der Email nicht geklappt hat.
Habs gerade getestet, Pumpe und Magnetventile laufen auch noch an einem 
gebrauchten 9V-Block (ca. 8V unter Last), das sollte also hinhauen.
Wie hast du denn die 8V berechnet (oder geschätzt?)? Damit ich nicht 
nächstes Mal wieder nachfragen muss ;)

Habe jetzt ein klares Gleichrichter Datenblatt gefunden, und werde wohl 
einen KBU6A verwenden. Dabei ist eine neue Frage aufgetaucht: Im 
Datenblatt ist ein minimaler Ladewiderstand von 0,25 Ohm angegeben, ist 
dieser hier nötig oder kann der aufgrund der Innenwiderstände von Trafo 
und Elkos weggelassen werden?
Wie hoch wird der maximale Ladestrom ohne extra Widerstand wohl ungefähr 
sein? Damit ich die Diode entsprechend wählen kann.

Danke und Gruß
Ladde

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Die 9V Wechselspannung des Trafos ist als Effektiv-Wert (= RMS) angeben. 
Scheitelspannung = Wurzel(2) * Effektiv-Spannung = 9V * 1,4 = 12,6V

Davon die Dioden-Verluste abziehen: 12,6V - 2*0,7V = 11,2V

Für den Verbraucher ist aber wieder die Effektiv-Spannung entscheidend.
Daher Effektiv-Spannung = Scheitelspannung / Wurzel(2) = 11,2V / 1,4 = 
8V

Der Faktor Wurzel(2) gilt nur bei einer Sinus-Spannung.

Hier ist das ganze noch ausführlicher erklärt:
http://de.wikipedia.org/wiki/Effektivspannung#Beis...

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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L. K. schrieb:
> Wie hoch wird der maximale Ladestrom ohne extra Widerstand wohl ungefähr
> sein?

Der max. Strom tritt auf wenn der Kondensator noch leer ist. Dann fließt 
folgender Strom: I = U / R
U ist die Spannung am Trafo minus die Diodenspannungen.
R ist die Summe der Widerstände im Trafo, Zuleitungen und Kondensator 
(=ESR).
Würde sagen da passiert nichts. Deine Diode verträgt, gerade 
nachgeschaut, 230A für eine Halbwelle.

Autor: L. K. (ladde)
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Danke für die Erklärung, Alexander.

Die Rechnung mit dem Effektivwert hatte ich so auch gemacht, hatte aber 
den Verlust über den Gleichrichter verdrängt...
Dann kann ich die Teile ja bestellen :)

Vielen Dank nochmal an alle.

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