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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Brückengleichrichter dimensionieren


Autor: Thomas Huber (hubtom)
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Hallo zusammen.

Für ein lineargeregeltes 5V Netzteil habe ich folgenden Strom simuliert, 
den der Brückengleichrichter liefern musst (siehe Ahnhang).

Ich bin mir jetzt allerdings unsicher welchen Brückengleichrichter ich 
wählen muss, weil eigenlich müsste ich ja den Effektivwert dieses Stomes 
berechnen und den Gleichrichter dann auf diesen Wert dimensionieren 
oder?
Mein Problem hier bei ist, dass ich keine Zeitfunktion des Stromes 
gegeben habe, die ich in meine Formel einsetzen kann. Wie geht Ihr da 
vor? Einfach den Effektivwert schätzen und in meinem Fall einen 
B80C5000/3300 einsetzten?

Oder lieg ich evtl ich ganz falsch und ich muss den Brückengleichrichter 
nach dem Spitzenstrom dimensionieren?

Vielen Dank schon mal fürs lesen.

Gruß und schönen Sonntag noch!

Tom

Autor: ulrich (Gast)
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Für die Auslegung des Gleichrichters ist der Effektivwert relativ 
unwichtig. Da sind der Mittlere Strom und ggf. noch der Spitzewert 
interessant.  Die wesentliche Grenze ist meistens die Erwärmung des 
Gleichrichters, und da geht im wesentlichen der mittlere Strom ein, weil 
die Flußspannung der Dioden sich nicht so stark ändert.
Für den gezeigten Fall sollte der 5 A Gleichrichter ausreichen, der 
pulsierende Stromverlauf ist bei den Gleichrichtern auch schon 
eingerechnet.

Autor: Jens G. (jensig)
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Soweit ich weis, bedeutet das C in B80C5000, daß er für 5A bei 
kapazitiver Belastung ausgelegt ist.

Autor: mhh (Gast)
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Jens G. schrieb:
> Soweit ich weis, bedeutet das C in B80C5000, daß er für 5A bei
> kapazitiver Belastung ausgelegt ist.

Nein, 5A bei Ohmscher Last. Mit Lade-C verringert sich das ein ganzes 
Stück.

Autor: Bernhard R. (barnyhh)
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Gleichrichter BxxCyy/zz :
xx ist die Effektivspannung der (sinusförmigen) Wechselspannung
yy ist der Nennstrom in mA (arithmetischer Mittelwert) bei reiner 
Widerstandslast
zz ist der Nennstrom in mA (arithmetischer Mittelwert) bei kapazitiver 
Glättung.

Wenn zz nicht angegeben ist: Oft liegt yy / zz bei ca. 1,5. Ein B40C5000 
wäre bei kapazitiver Glättung also gut für 3,5 A. Ein "dickerer" 
Gleichrichter schadet allerdings meistens auch nicht.

Bernhard

Autor: Jens G. (jensig)
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nun gut, dann habe ich mich wohl geirrt ... :-(

Autor: mhh (Gast)
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Jens G. schrieb:
> nun gut, dann habe ich mich wohl geirrt ... :-(

Macht nichts, die 5A fließen ja trotzdem. Nur aufgeteilt in Laststrom 
und Ladestrom für C.  :)

Autor: MaWin (Gast)
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> weil eigenlich müsste ich ja den Effektivwert dieses Stomes
> berechnen und den Gleichrichter dann auf diesen Wert dimensionieren
> oder?

Du müsstest die effektiv in den Dioden entstehende Verlustleistung 
berechnen (das macht LTSpice für dich) und einen Brückengleichrichter 
entweder aus 4 einzelnen Dioden nehmen die dieselbe Verlustleistung 
vertragen, oder einen Brückengleichrichter der für denselben Verlust bei 
rms Strom ausgelegt ist (da leitet jede Diode nur die halbe Zeit, daher 
sind Brückengleichrichter mit höherem Strom angegeben als man jeder 
Diode ihn ihm einzeln zumuten kann).

Aber es ist schon richtig, das mal genau auszurechnen und nicht nur nach 
Faustformel vorzugehen. Allerdings sind die maximalen Belastungsangaben 
in Datenblättern meist bei verflucht hohen Bauteiltemperaturn angegeben 
bei denen die Schaltung nicht lange hält. Will man genauer rechnen, 
sollte man slso eine maximale Temperaturerhöhung der Bauteile vorgeben.

Man kontrolliert das ggf. in der aufgebauten Schaltung bei maximaler 
Umgebungstemperatur durch Begutachtung mit deiner Wärmebildkamera, ob 
sich da nicht schon ein Bauteil auslötet...

Glücklicherweise sind überdimensionierte Bauteile meist trotzdem noch 
billig zu haben, es spricht alos nichts dagegen, stärkere Bauteile zu 
verwenden als in deinem Fall einen B40C1000.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Mein Problem hier bei ist, dass ich keine Zeitfunktion des Stromes
>gegeben habe, die ich in meine Formel einsetzen kann. Wie geht Ihr da
>vor?

Du darfst nicht die Normalsituation simulieren, sondern den Worst Case! 
Was zieht das Netzteil tatsächlich im ungünstigsten Fall, eventuell bei 
Kurzschluß am Ausgang des Reglers? Welche maximalen Temperaturen können 
entstehen (-> Derating)?

Ich würde wohl eine 10A Brücke verwenden. Im Zweifel lieber eine Nummer 
größer nehmen.

Über den Einschaltstrom muß man sich in der Regel keine Sorgen machen, 
da die heutigen Gleichrichter da fast unzerstörbar sind.

Aber eventuell solltest 47nF Kondensatoren (10...100nF) über jede Diode 
des Gleichrichters hängen. Als Snubber für den Trafo, wenn die Diode 
abrupt öffnet, vor allem aber als Überspannungsschutz bei Surge, Burst 
und ESD. Da Gleichrichterdioden relativ kleine Sperrschichkapazitäten 
haben können, kann sich mit der weit größeren Wicklungskapazität 
zwischen Eingangs- und Ausgangswicklung des Trafos ein ungünstiger 
Spannungsteiler bilden, der bewirkt, daß bei Überspannungen das meiste 
davon am Gleichrichter hängen bleibt.

Kai Klaas

Autor: High Performer (Gast)
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>Als Snubber für den Trafo

Dann sollte in Reihe mit den Cs IMO auch ein Widerstand geschaltet 
werden. Sonst klingelts evtl. noch lauter.

Autor: Günther N. (guenti)
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Kai Klaas schrieb:
> Aber eventuell solltest 47nF Kondensatoren (10...100nF) über jede Diode
> des Gleichrichters hängen

Sowas hat man schon in Röhrenradiozeiten an der Gleichrichterröhre in 
Wechselstromradio's gemacht,allerdings aus gänzlich anderen Gründen.

Autor: faraday (Gast)
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also soviel ich weiß, beziehen sich die beiden Werte auf  ohne/mit 
Kühlung.

http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/134/232990_DS.pdf

Autor: Jens G. (jensig)
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Ja, und in diesem DB sind die 5A sogar für C-Load angegeben - würde also 
mal meine These stützen.

Autor: mhh (Gast)
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Jens G. schrieb:
> Ja, und in diesem DB sind die 5A sogar für C-Load angegeben - würde also
> mal meine These stützen.


Ja, bei 300 cm² Kühlblech. Und vergess den Reihenwiderstand zum 
Kondensator nicht (Seite 2 im DB).

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Einen Brückengleichrichter für den doppelten Nennstrom auszulegen, ist 
oft eine gute Entscheidung.

>Und vergess den Reihenwiderstand zum Kondensator nicht (Seite 2 im DB).

Hier hilft oft der Widerstand der Sekundärwicklung des Netztrafos.

Kai Klaas

Autor: mhh (Gast)
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Kai Klaas schrieb:
>>Und vergess den Reihenwiderstand zum Kondensator nicht (Seite 2 im DB).
>
> Hier hilft oft der Widerstand der Sekundärwicklung des Netztrafos.

Es war etwas sarkastisch gemeint. Der genannte Widerstand beschönigt nur 
die angebbaren Werte im Datenblatt. Also die Brücke ist nicht so gut wie 
dargestellt.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Es war etwas sarkastisch gemeint. Der genannte Widerstand beschönigt nur
>die angebbaren Werte im Datenblatt. Also die Brücke ist nicht so gut wie
>dargestellt.

Mulitpliziere mal den Surge Current von 150A mit den empfohlenen 
Serienwiderständen, dann erhälst du ziemlich genau die maximale 
Spitzensperrspannung der Gleichrichter. Die Serienwiderstände sollen 
also wohl nur daran erinnern, daß der Surge Strom irgendwie begrenzt 
werden muß. Aber genau das ist bei anderen Gleichrichtern ja auch der 
Fall. Nur wird es dort oft nicht extra erwähnt.

Kai Klaas

Autor: mhh (Gast)
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Kai Klaas schrieb:
> Mulitpliziere mal den Surge Current von 150A...

Der ist 30 mal höher als der Nennstrom. Andere Hersteller bieten 40 bis 
50fach ohne Hinweis auf Schutzwiderstand. Deshalb meine Meinung wie oben 
geschrieben. Iglo-Gleichrichter - weniger Sand im gleichen 
Gehäusevolumen.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Der ist 30 mal höher als der Nennstrom. Andere Hersteller bieten 40 bis
>50fach ohne Hinweis auf Schutzwiderstand. Deshalb meine Meinung wie oben
>geschrieben.

Ja, stimmt.

Kai Klaas

Autor: Thomas Huber (hubtom)
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Danke erstmal für eure Zahlreichen Antworten!

MaWin schrieb:
, oder einen Brückengleichrichter der für denselben Verlust bei
> rms Strom ausgelegt ist

Woher soll ich denn wissen auf welchen RMS also Effektivwert der 
Brückengleichrichter ausgelegt ist?  Bernhard R hat doch geschrieben 
dass die Werte die auf den Brückengleichrichter gedruckt sind 
arithmetische Mittelwerte sind.

MaWin schrieb:
> stärkere Bauteile zu
> verwenden als in deinem Fall einen B40C1000.

Wie kommst du auf einen B40C1000?

Kai Klaas schrieb:
> Einen Brückengleichrichter für den doppelten Nennstrom auszulegen, ist
> oft eine gute Entscheidung.

Verstehe ich das richtig, dass du mit doppeltem Nennstrom den doppelten 
Wert des arithmetischen Mittelwertes des Zeitverlaufes in meiner 
Simulation meinst?

Kai Klaas schrieb:
> Ich würde wohl eine 10A Brücke verwenden. Im Zweifel lieber eine Nummer
> größer nehmen.

Wie kommst du auf 10A? Der arithmetische Mittelwert meines 
Spannungsverlaufes liegt nach meinen Abschätzungen deutlich unter 2A!

mhh schrieb:
> Und vergess den Reihenwiderstand zum
> Kondensator nicht (Seite 2 im DB).

Versteh ich das richtig das ich in Reihe zum Glättungskondensator einen 
Widerstand von 1 Ohm schalten muss? Reicht da nicht der ESR des Elkos 
aus?
Ich habe zwar noch nicht viel Erfahrung aber ehrlich gesagt habe ich bis 
jetzt noch keine Schaltung gesehen in dem in Reihe zur 
Glättungskapazität ein R ist.

Gruß Tom

Autor: Jens G. (jensig)
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@ mhh
>Ja, bei 300 cm² Kühlblech. Und vergess den Reihenwiderstand zum
>Kondensator nicht (Seite 2 im DB).

... schwerer Rückschlag für mich ...

Trotzdem isses C-Load ;-)
Achja - üblicherweise wird Kühlung immer vorausgesetzt, wenn das Teil 
dafür vorgesehen ist. Das Kühlblech ist also immer bereits mit 
eingerechnet.

Autor: Jens G. (jensig)
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>Ich habe zwar noch nicht viel Erfahrung aber ehrlich gesagt habe ich bis
>jetzt noch keine Schaltung gesehen in dem in Reihe zur
>Glättungskapazität ein R ist.

Jo - ist ja auch meistens nicht notwendig, weil alle parasitären R's 
zusammengenommen bereits reichlich Widerstand bilden (Trafo, ESR der 
C's, ...). Zumindest bei geringen Versorgungsspannungen. Bei 
Gleichrichter/Kondie an Netzspannung sieht es vielleicht anders aus - da 
geht ein deutlich stärkerer Peak durch die Dioden, wenn gerade im 
Sinus-Maximum eingeschaltet wird.
Und wie schon von den Kollegen oben angegeben, kann ein gelegentlicher 
Peak des Stroms (Einschalten) ein mehrfaches des zehnfachen Dauerstroms 
haben.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Verstehe ich das richtig, dass du mit doppeltem Nennstrom den doppelten
>Wert des arithmetischen Mittelwertes des Zeitverlaufes in meiner
>Simulation meinst?

Nein, mit Nennstrom meine ich hier den Maximalstrom, also die Amplitude.

>Wie kommst du auf 10A? Der arithmetische Mittelwert meines
>Spannungsverlaufes liegt nach meinen Abschätzungen deutlich unter 2A!

Deinen Simulationsbildchen entnehme ich eine Amplitude von knapp 4A.

>Versteh ich das richtig das ich in Reihe zum Glättungskondensator einen
>Widerstand von 1 Ohm schalten muss? Reicht da nicht der ESR des Elkos
>aus?

Es geht, wie ich schon geschrieben habe, darum, den maximalen Surgestrom 
irgendwie auf 150A zu begrenzen. Wie du das machst, ist dir überlassen. 
Ein guter Elko hat unter 0R1 und hilft da also nicht viel. Im Zweifel 
nimmst du eben einen Gleichrichter, der mehr Surgestrom kann. Miß doch 
einfach mal den Widerstand der Sekundärwicklung des Netztrafos, dann 
weißt du, was dich oder besser den Gleichrichter erwartet.

>Ich habe zwar noch nicht viel Erfahrung aber ehrlich gesagt habe ich bis
>jetzt noch keine Schaltung gesehen in dem in Reihe zur
>Glättungskapazität ein R ist.

Ich habe das schon sehr oft gesehen, um die Ladestromspitzen in Schach 
zu halten. Macht man gerne bei ganz "steifen" Trafos in 
HiFi-Verstärkern.

Kai Klaas

Autor: mhh (Gast)
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Thomas Huber schrieb:
> Wie kommst du auf 10A? Der arithmetische Mittelwert meines
> Spannungsverlaufes liegt nach meinen Abschätzungen deutlich unter 2A!

Man dimensioniert für verlässliche Funktion großzügiger, und das ist 
sinnvoll. Also nimm eine 10A Brücke. Da hast 3200µF für den Ladeelko 
berechnet? Dann nimm 4700µF. 12 Watt Verlustleistung für den 
Leistungstransistor? Nimm den Kühlkörper, der 20 Watt wegbekommt. Das 
Netzteil geht nicht nach 14 Monaten kaputt? So ein Pech dann aber auch.

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