Vorgehensweise zur Dimensionierung eines Netzteils

[blink (Gast)]

Guten Abend,

ich suche schon seit geraumer Zeit im Internet eine Anleitung zur 
Dimensionierung eines Netzteils mit Festspannungsreglers. Wichtig ist 
dabei die DIMENSIONIERUNG, wie das ganze aufgebaut ist ist mir klar, und 
zu haufe zu finden.

- wie Dimensioniere ich den Trafo?
- wie Dimensioniere ich den Elko?

...

mit Rechnungen usw.

vielen Dank im vorraus

[Peter D. (pdiener)]

Anleitung habe ich dafür jetzt keine, aber das ist im Prinzip auch nicht 
schwierig.

Trafoauslegung:
Der Trafo wird so dimensioniert, dass er thermisch nicht überlastet 
wird.
Als Abschätzung kann man den Trafo einfach mit etwas Reserve auf den 
gleichstromseitigen Strom bemessen. Wenn man dc 1,0 A braucht, sollte 
man schon mindestens einen 1,2 A Trafo einbauen.
Für die am Gleichspannungsausgang auftretende Leerlaufspannung gilt etwa

$$U_{dc} =1{,}4 \cdot \sqrt{2} \cdot U_{eff}$$

wobei Ueff die am Trafo angegebene Sekundärspannung ist.

Der Faktor von etwa 1,4 ist die Leerlaufüberhöhung. Bei voller Belastung 
wird dieser Faktor zu 1.

Wenn es genau sein soll, muss man den Elko zuerst dimensionieren, daraus 
dann die Stromform ermitteln und deren Quadrat über eine Periode t 
mitteln und daraus die Würzel ziehen. Das ist dann der RMS-Strom, der 
tatsächlich thermisch auf die Wicklung wirkt und auf den der Trafo 
ausgelegt werden muss.

$$I_{eff} = \sqrt {\frac {\int_{t} (i(t))^2 \, dt} {t}}$$

Elkoauslegung:
Als Abschätzung:
Bei gegebenem dc Strom soll der Elko innerhalb von 10 ms nicht weiter 
als eine bestimmte Spannungsänderung (wie viel man zulassen kann, muss 
man sich selbst überlegen) entladen werden, wenn kein Ladestrom fließt.

Man legt also fest, dass die Spannung maximal um Udelta schwanken darf, 
damit ergibt sich eine Elkokapazität von

$$C_{Elko} = \frac {I_{dc} \cdot 10 ms} {U_{delta}}$$

Genau betrachtet sind es keine ganzen 10 ms, in denen kein Ladestrom 
fließt. Ladestrom fließt, wenn die momentane Spannung am Trafo größer 
ist, als die Spannung am Elko plus den Spannungsabfall am Gleichrichter.

Wenn also gerade Ladestrom fließt, dann kann man diesen berechnen durch

$$I_{lade}(t) = C \cdot \dot{u}(t) + I_{dc}$$

Der Ladestrom, den der Trafo aufbringt, setzt sich also aus dem 
Gleichstrom der Last zusammen und dem Strom, der benötigt wird, um den 
Elko wieder auf seine volle Spannung zu laden. Der schwierige Teil 
dieser Sache ist, herauszufinden, ab wann der Elko tatsächlich geladen 
wird und bis wann. Darauf gehe ich jetzt hier nicht weiter ein.

Kennt man den zeitlichen Verlauf von diesem Ladestrom jetzt genau, kann 
man damit den RMS-Strom wie oben beschrieben berechnen und darauf wird 
der Trafo mindestens ausgelegt.

Der Elko sollte mit seiner Nennspannung mindestens auf das Doppelte der 
oben berechneten Leerlaufspannung ausgelegt werden. Wenn er stark 
gepulst belastet wird oder bei hohen Temperaturen im Einsatz ist, sollte 
man noch deutlich mehr Reserve dazu geben.

Die Trafosicherungen sind in der Regel in der Charakteristik "träge" 
einzusetzen, der maximal zulässige Nennstrom der Sicherung muss dem 
Trafodatenblatt entnommen werden.

Ich hoffe, das war mathematisch genug.

Vielleicht will ja jemand auch mal einen Artikel daraus machen...

Grüße,

Peter

[blink (Gast)]

hey Peter,

vielen Dank für deine tolle Erklärung, finde ich auch sollte jemand 
einen Artikel draus machen, denn Dimensionierung von Netzteilen sind 
Mangelware im Netz.

[mhh (Gast)]

Peter Diener schrieb:
> Wenn man dc 1,0 A braucht, sollte
> man schon mindestens einen 1,2 A Trafo einbauen.

Das ist zu wenig - 1,5 A sollten es sein. Sonst bricht Dir die Spannung 
bei Volllast zu sehr zusammen und es sind im 100 Hz Rhytmus 
Spannungseinbrüche nach der Regelung am Ausgang vorhanden.