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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Einsparung von Standbyverlust durch kleineres Netzteil und Puffer-Kondensatoren?


Autor: Sven (Gast)
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Hi.
Ich habe eine Schaltung, die etwa 40 Watt (ca 2,5 A @ 12-15V) für einen 
sehr kurzen Zeitraum (ca 100 ms) braucht.
Den Rest der Zeit braucht die Schaltung weniger als 1 Watt auf 5 V.
Die 40 W werden nur wenige Male täglich gebraucht.

Es handelt sich um eine 5V Steuerung, die 12V Installationsrelais mit 
passiver Selbsthaltung (Stromstoßschalterprinzip) ansteuert.

Ein 12V/4A Trafo hat ja schon deutliche Leerlaufverluste.

Deswegen wollte ich das Ganze über ein kleines Schaltnetzteil (ca 12V, 
300 mA) versorgen und große Speicherelkos (Mit kleinem Vorwiderstand und 
Rückfluss-Diode) dran hängen. Der Schaltstrom soll dann aus diesen 
Speicherelkos geliefert werden.
Die Elkos möchte ich so dimensionieren, dass sie 2 Schaltvorgänge 
überbrücken können.

Was haltet ihr davon?

Autor: Floh (Gast)
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Sven schrieb:
> Was haltet ihr davon?

Die Frage ist dabei, wieviel Drop in der Spannungsversorgung möglich 
sind. Das ist entscheidend, ob es sich eben lohnt, das Ganze mit 
Kondensatoren zu puffern.
Dimensionier das doch mal und schau, ob die Werte im machbaren Bereich 
sind.
:-)

Autor: Sven (Gast)
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Also mit 10000 uF auf 12V aufgeladen bekomme ich die Relais einmalig 
geschaltet. Dabei verbleibt kaum Restladung im Kondensator.
Mit 47.000 uF bekomme ich die Relais knapp 2 Mal (in ca 70% der Fälle) 
geschaltet.

Autor: Floh (Gast)
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Parallel zum Schwachen Netzteil oder ohne alles?

Autor: Sven (Gast)
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Den Test habe ich allerdings mit "Hand-Tastung" gemacht. Mit dem uC 
könnte ich mit der Schaltzeit wohl nahe an das im Datenblatt genannte 
Minimum heruntergehen.

Autor: Sven (Gast)
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Floh schrieb:
> Parallel zum Schwachen Netzteil oder ohne alles?

Nur Kondensator und Taster

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Sven (Gast)

>Also mit 10000 uF auf 12V aufgeladen bekomme ich die Relais einmalig
>geschaltet. Dabei verbleibt kaum Restladung im Kondensator.

Wirklich? Mal rechnen.

2,5A*0,1s macht 250mAs. Bei 1V Spannungsabfall braucht man einen 
Kondensator von 250mF aka 250.000 µF. Dickes Ding!

>Mit 47.000 uF bekomme ich die Relais knapp 2 Mal (in ca 70% der Fälle)
>geschaltet.

Ist zu unsicher. Aber brauchen die wirklich 100ms Schaltzeit? Nicht eher 
10-20ms? Würde den Kondesator auf erträgliche 47.000 µF reduzieren.

>Ein 12V/4A Trafo hat ja schon deutliche Leerlaufverluste.

4W oder so. Hmmm. Man kann auch einen kleinen Bleiakku nehmen, der 
puffert das locker. Laden kann man den einfach und dauerhaft mit 13,8V 
und einem Vorwiderstand. Ist deutlich kleiner und billiger.

MFG
Falk

Autor: Bernhard R. (barnyhh)
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Direkt gefragt:

Welche Leerlaufverluste entstehen
- in einem 12V / 0,3 A Schaltnetzteil,
- in einem 12V / 3 A Schaltnetzteil,
- in einem 12V "Eisenklotz"-Netzteil ausreichender Belastbarkeit?

Bitte Zahlen, kein Bauchgefühl!
Dann kannst Du entscheiden, anstatt zu raten.

Bernhard

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Bernhard R. (barnyhh)

>- in einem 12V "Eisenklotz"-Netzteil ausreichender Belastbarkeit?

4W.

Beitrag "Re: Leerlaufverluste Transformator Faustformel"

MfG
Falk

Autor: Sven (Gast)
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Hallo.

Das Relais kann auch mit weniger als 100 ms und weniger als 12V 
angesteuert werden.
Das sind nur die "Nenndaten" laut Datenblatt.
Funktionieren tuts auch mit deutlich weniger.
So in der Richtung 20 ms und 7-8 V.

Wie gesagt, ein 10000 uF Kondensator auf 12V geladen, reicht zum 
Schalten. Der ist dann allerdings so gut wie leer.

Bernhard R. schrieb:
> Direkt gefragt:
>
> Welche Leerlaufverluste entstehen
> - in einem 12V / 0,3 A Schaltnetzteil,
> - in einem 12V / 1 A Schaltnetzteil,
> - in einem 12V "Eisenklotz"-Netzteil ausreichender Belastbarkeit?
>
> Bitte Zahlen, kein Bauchgefühl!
> Dann kannst Du entscheiden, anstatt zu raten.
>
> Bernhard

Die genauen Verluste kenne ich nicht, ich müsste verschiedene Netzteile 
messtechnisch untersuchen, um genaue Daten zu erhalten.

Ein 12V/4 A Netzeil konventioneller Bauart scheidet jedenfalls aus, da 
hat definitiv zu viele Verluste.
Entweder muss ein kleineres, konventionelles Netzteil her. So in der 
Richtung 1 A und Spannungssteif. Alleine schon durch den Kondensator der 
konventionellen Glättung (z.B. 4700 uF) hätte ich schon etwas 
Pufferkapazität. So ein Trafo ist auch ausreichend Überlastfest, um eine 
mehrfache Überlastung für einen so kurzen Zeitraum zu tolerieren.

Oder eben ein kleines SNT und Pufferkondensatoren. SNT sind alledings 
kaum Überlastfähig, da müssen auf jeden Fall dicke Kondensatoren her.

Autor: Sven (Gast)
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Infrage käme wohl ein kleiner Ringkerntrafo.
Die haben theoretisch deutlich niedrigere Standby-Verluste.
Und die sind sehr spannungssteif, so dass sie für den kurzen Augenblick 
der Überlastung genügend Leistung liefern können.

Autor: MaWin (Gast)
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Die Idee, das Relais aus einer Kondensatorladung anzusteuern, ist 
vernünftig.

Aber es sollte ein Elko sein und er sollte auf mehr als 12V aufgeladen 
sein, sagen wir 24V, damit das Relais im Mittel der Entladung 12V 
bekommt, dann braucht er weniger Kapazität.

Und du solltest noch mal unter schlechten Bedingungen (verdrecktes 
Relais, ein so altes, daß es bei 12V bei den Herstellerangaben gerade 
nicht mehr schaltet, da darf dann dein Elko Probleme bekommen) 
probieren, wie gross er wirklich sein muss, denn das Gerät hat pro Tag 
nur ein paar mal die Chance, nach jedem Versuch ist der Elko leer.

> weniger als 1 Watt auf 5 V

Dann würde ich dafür sorgen, daß es VIEL weniger ist

6*0.1sec*40W = 24Ws
24*60*60sec*1W = 86400Ws

versuche die Leistungsaufnahme auf unter 0.1W zu bringen, dann lässt 
sich die Schaltung vermutlich gut über ein Kondensatornetzteil 
versorgen, das kann dann auch durch seinen Konstantstrom den 24V Elko 
laden.

Sonst sind die Verluste durch einen kleinen Trafo eher grösser als die 
Nutzleistung, und die billigen Schaltnetzteile (Handylader) sind sehr 
gefährdet bei Überspannung und Netzstörungen kaputt zu gehen, halten 
selten länger als 1 Jahr am Netz durch.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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MaWin schrieb:
> versuche die Leistungsaufnahme auf unter 0.1W zu bringen, dann lässt
> sich die Schaltung vermutlich gut über ein Kondensatornetzteil
> versorgen, das kann dann auch durch seinen Konstantstrom den 24V Elko
> laden.
Bitte bitte nicht.

@Sven:
Nimm ein gutes Schaltnetzteil, aber achte darauf, dass beim Schalten der 
Relais die Strombegrenzung nicht anspringt.
Oder ein Ringkerntrafo.

Dürfte beides vom Wirkungsgrad zwischen 70% und 80% Prozent liegen.

Autor: Michael O. (mischu)
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Wenn Du ein Schaltnetzteil nimmst, wirst Du den Kondensator per relativ 
hochohmigen Widerstand ankoppeln müssen.
Sonst wird das Netzteil zyklisch in die Strombegrenzung laufen und 
wieder abschalten.

Veile Eisenkerntrafos der kleineren Leistungsklassen sind auf billig 
getrimmt. Daher werden sie mit einem gewissen Grad nahe der Sättigung 
betrieben. Du könntest zur Reduktion der Ummagnetisierungsverluste zwei 
Trafos primär- und sekundärseitig in Reihe schalten. Somit sinkt der 
Magnetisierungsstrom, damit die Aussteuerung der B/H Kennlinie folglich 
also auch die Hystereseschleife erheblich.

Autor: Falk Brunner (falk)
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Autor: Sven (Gast)
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Interessanter Artikel.
Das mit den 2 Trafos muss ich mal testen.

Ich habe einen 5 VA Ringkerntrafo im Netz gesehen, der soll angeblich 
auch nur 3 mA Lerrlaufstrom bei 230V haben. (0,5 VA Leerlaufverluste 
laut Datenblatt) haben.
Bei Ringkerntrafos sind die Verluste generell geringer, da die Bauform 
für die Magnetfeldlinien besser ist.

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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hm wenn da sowieso schon ein µC arbeitet - was spricht denn dagegen 
diesen aus irgendeinem micro-netzteil zu versorgen und bei schaltbedarf 
kurzzeitig ein zweites 12V/4A netzteil zu- und danach wieder 
abzuschalten?

Autor: Arsch (Gast)
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Ben _ schrieb:
>hm wenn da sowieso schon ein µC arbeitet - was spricht denn dagegen
> diesen aus irgendeinem micro-netzteil zu versorgen und bei schaltbedarf
> kurzzeitig ein zweites 12V/4A netzteil zu- und danach wieder
> abzuschalten?

genau das wollte ich auch gerade vorschlagen.

Autor: MaWin (Gast)
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> hm wenn da sowieso schon ein µC arbeitet - was spricht denn dagegen
> diesen aus irgendeinem micro-netzteil zu versorgen und bei schaltbedarf
> kurzzeitig ein zweites 12V/4A netzteil zu- und danach wieder
> abzuschalten?

Wenn da sowieso schon ein Elko drin ist um den Umschaltstrom für das 
Relais zu puffern,
was spricht dagegen die Schaltung per Relais welches den Trafo abklemmt 
komplett vom Netz zu nehmen wenn der Elko voll ist, und den uC aus dem 
Elko zu versorgen.
Wird der Elko gefährlich leer, schaltet man nicht das Relais, sondern 
ein anderes Relais welches den Trafo wieder anschaltet zum aufladen.

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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diese schaltung würde nicht von selbst starten da im einschaltmoment 
kein kondensator geladen ist um das relais für den trafo anzuziehen. und 
so ein ständiges an/aus-geschalte ist nicht besonders förderlich für die 
relais-kontakte, erst recht nicht wenn die einen trafo schalten sollen.

am besten wäre eine art pc-netzteil. ein kleines 5V-netzteil was den µC 
versorgt und ein größeres schaltnetzteil was über ein power-on-signal 
für eine sekunde um den schaltvorgang eingeschaltet wird. ohne jedes 
relais, ohne jeden mechanischen verschleiß. und ohne große funkstörung 
oder hohe einschaltströme.

Autor: Daniel S (Gast)
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1. Ein mittelgroßes Schaltnetzteil mit gutem Wandlertrafo, welches im 
Leerlauf in den Burstbetrieb wechselt und so wenig Strom verbraucht.

oder

2. Die Energie vom Strom in die Spannung verlagern und z.B. einen 
10.000µF Elko auf 40V aufladen. Damit direkt den Schalter betätigen.

Autor: John (Gast)
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Wie groß darf der Kondensator sein?
Youtube-Video "Fun with ultracapacitors!!"

Autor: Arno H. (arno_h)
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Warum sind keine 230V-Relais möglich?

Arno

Autor: Weinbauer (Gast)
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John schrieb:
> Youtube-Video "Fun with ultracapacitors!!"

Speziell der Part in dem Video wo die Leiterbahnen "getestet" werden ist 
cool. Da sieht man dann wo der Strom fließt und wo nicht

Autor: A. K. (prx)
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Um da mal eine Vorstellung vom Zahlen zu gewinnen habe ich grad 
nachgemessen, was diverse Netzteile im Leerlauf so verbraten:

Audio-Verstärker 2x60W-Sinus mit klassischem EI-Trafo: 4,5W.
Trafo eines 50W Lötkolbens (Nennl. irgendwo 30-40W): 1,5W.
Netbook-Netzteil (eee-pc) 12V/3A, ausgesteckt: 0,2W.
Handy-Netzteil 5V/0,9A, ausgesteckt: 0,0W.

In solchen Bereichen sind die üblichen Leistungsmessgeräte zwar eher 
Schätzeisen, andererseits passen die Werte auch sonst zu den Angaben bei 
bekannter Leistung und das Ding selbst gilt per Test als recht gut (ist 
das Reichelt-Teil).

Bei solcher Gelegenheit kann man übrigens auch feststellen, dass ein 
aktuelles HP-Notebook in der Docking-Station im abgeschalteten Zustand 
immerhin 6W frisst (ohne Docking-Station: 0W). Beim HP-Desktop sind es 
unter 1W. Soviel zu EU-Vorschriften und zum Thema Strom sparen mit 
Notebooks ;-).

Autor: SchoeneBescherung (Gast)
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> diese schaltung würde nicht von selbst starten da im einschaltmoment
 > kein kondensator geladen ist um das relais für den trafo anzuziehen.

Vielleicht gibt es andere Lösungen, wenn du berichtest, welche 
Abhängigkeiten  für das Geschalte bestehen, woher kommt der 
Auslöseimpuls?

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