Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Dimensionierung von Kondensatoren für Spannungsversorgung


von Oscar Meier (Gast)


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Hallo zusammen,

ich habe für meinen Schaltungsaufbau (Phasenanschnittsteuerung mit 
TRIAC) eine Spannungsversorgung (siehe Anhang) mit Spannungsteiler und 
Spannungsreglern aufgebaut.

Mein Problem liegt bei der Dimensionierung der Kondensatoren:

Ich habe 5 Hauptverbraucher verbaut:

MOC3022  -  330mW
ATmega16 -  5,5mW
Gatter   -  100mW
OP       -  4mW
LED      -  250mW

Also in Summe 589mW. Da die Widerstände noch nicht berücksichtigt wurden 
gehe ich von 1W aus.

Das hieße ja für die einzelnen Spannungsbereiche müsste ich wie folgt 
dimensionieren:

I_15V = 66mA
I_5V  = 200mA

Mit C = I* dt / dU und dt = 10ms , dU = 0,2V

ergibt sich:

C1=C2=C3 = 1320µF
C4       = 4000µF


Würde dann natürlich gerundete Standardgrößen auswählen wie 3900µF und 
1200µF bzw 4700µF und 1500µF.


Jetzt meine Frage:

Ist das so richtig berechnet? Wie rechnet man sonst? Was muss ich für 
Werte nehmen?

Ok, Danke für eure Hilfe !!!

von Harald W. (wilhelms)


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Oscar Meier schrieb:

> Mein Problem liegt bei der Dimensionierung der Kondensatoren:

Ja, speziell den Sinn von C1 musst Du noch erläutern.
Gruss
Harald

von Karl H. (kbuchegg)


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> Würde dann natürlich gerundete Standardgrößen auswählen wie 3900µF und
1200µF bzw 4700µF und 1500µF.

Für ~600mA?

Faustformel:  1A -> 1000µF

von nicht "Gast" (Gast)


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C1 liegt an Wechselspannung und wird (als Elko) sterben. C1 entweder 
weglassen oder durch ein paar nF ersetzen.

Für die Werte von C3 und C4 siehe einfach im Datenblatt der Regler nach!

Für C2 ist deine Rechnung prinzipiell OK, im Detail aber falsch. Der 
Strom I_5V fließt ja auch durch den 15V-Regler. Daher ist der 
Gesamtstrom 266mA. Für deine Annahme von dU=0.2V komme ich somit auf 
C2=13300µF. Aber auch mit dU=1V sollte der erste Regler noch 
funktionieren - wenn wir für ein Hobby-Projekt einmal die Einberechnung 
der Netzspannungstoleranzen beiseite lassen.

von Oscar Meier (Gast)


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Also an 12VAC untersuche ich den Nulldurchgang der Sinuswelle.

Ich dachte eigentlich weil ich dort mein Signal entnehme wäre es besser 
dieses zu puffern.

Aber das Signal könnte damit ja auch verfälscht werden..

hmm .. da bin ich grad überfragt ..

von Falk B. (falk)


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@Oscar Meier (Gast)

>Ich habe 5 Hauptverbraucher verbaut:

>MOC3022  -  330mW
>ATmega16 -  5,5mW
>Gatter   -  100mW
>OP       -  4mW
>LED      -  250mW

Schreib lieber, welcher Strom und Spannung, sonst kann es sein, dass du 
auf die Nase fällst.

Beispiel. Rote LED mit 1,8V und 20mA, macht 36mW. Mit Vorwiderstand an 
5V sind es aber plötzlich 100mW 8-0

>Mit C = I* dt / dU und dt = 10ms , dU = 0,2V

Naja, 0,2V Ripple sind arg wenig. 1 V ist OK.

>Ist das so richtig berechnet?

Im Prinzip ja.

von Falk B. (falk)


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@  Karl Heinz Buchegger (kbuchegg) (Moderator)

>Faustformel:  1A -> 1000µF

Mal nachgerechnet?

Beitrag "Re: Glättungselko nach Gleichrichter dimensionieren?"

von Oscar Meier (Gast)


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Bei den Leistungswerten sind die verschiedenen Spannungen 
berücksichtigt.

von nicht "Gast" (Gast)


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Karl Heinz Buchegger schrieb:
>
> Faustformel:  1A -> 1000µF

Bei hohen Spannungen (bspw. Röhrengeräte) ja. Hier wird diese 
"Faustformel" versagen:

Bei den 266mA (wie kommst du auf 600mA?) hätte er selbst 1mF immerhin 
2.66V Brummspannung (mit Ri=0). Damit hätte der erste Regler nur mehr 2V 
zum Regeln übrig...

von MaWin (Gast)


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> Mein Problem liegt bei der Dimensionierung der Kondensatoren:

Wahrschinelich nicht.

Wahrscheinlich liegt dein Problem bereits hier:

MOC3022  -  330mW
ATmega16 -  5,5mW
Gatter   -  100mW
OP       -  4mW
LED      -  250mW

Das sind entweder die maximal oder Minimalwerte laut Datenblatt,
aber wohl nicht die realen Werte.

> I_15V = 66mA
> I_5V  = 200mA

Richtig, man muß wissen, wie viel Strom benötigt wird.

Aus den 15V kommen aber auch die 5V, also zusammengefasst:

I_15V = 266mA

Nun muß man die zur Verfügung stehende Spannung  berechnen:

15V Trafo bei 10% Netzunterspannung liefert 13.5V~.
Dessen Spitzenspannung beträgt 13.5 * 1.414 = 19V.
Davon abzürlich 2 Diodenspannungsabfälle von 1V sind 17V.

Das geht in einem 7815 Spannungsregler der 266mA liefern muß.
Dazu braucht er 1.75V für sich, also mindestens 16.75V.

http://www.hep.upenn.edu/SNO/daq/parts/lm7815.pdf

Bleiben 0.25V Verlust am Kondensator bei 226mA, die Formel
kennst du schon, mach 10640uF.

Dein 15V Trafo ist also Blödsinn, nimm einen 18V Trafo,
dann reichen 1000uF.

Über C1, C2 und C3 reden wir besser nicht, die ziegen dein
massives technisches Unverständnis wozu Kondensatoren da sind,
C1=0pF, C3 = 330nF, C4=100nF wären passend.

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.9

von nicht "Gast" (Gast)


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Oscar Meier schrieb:
> Bei den Leistungswerten sind die verschiedenen Spannungen
> berücksichtigt.

Aber welchen Sinn hat das? Für deinen Aufbau kannst du die Leistungen ja 
nicht einfach addieren, die Ströme hingegen schon.

von MaWin (Gast)


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> Faustformel:  1A -> 1000µF

Ich fass es nicht !

Strunzdümmste Moderatoren bar jeglicher Kenntnisse über elektrinische 
Grundlagen versauen hier die Köpfe und Threads der Fragenden.

Die Faust solltest du in die Fresse bekommen !

Und bevor du löscht, versuche es ein mal in deinem Leben mit 
nachrechnen.

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.9

von Oscar Meier (Gast)


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Ok also in der Tat ist ein Elko bei der Wechselspannung unsinnig. 
Erstens würde er kaputt gehen, zweitens würde er mein Signal 
beeinflussen.

Ich lasse diesen also weg.

Für die Werte C2-C4 studiere ich mal eben die Datenblätter.

von Falk B. (falk)


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@  Oscar Meier (Gast)

>Also an 12VAC untersuche ich den Nulldurchgang der Sinuswelle.

Nennt man Nulldurchgangsdetektor. Dafür braucht man aber ganz sicher 
nicht 1000µF an Wechselspannung.

>Ich dachte eigentlich weil ich dort mein Signal entnehme wäre es besser
>dieses zu puffern.

;-)

C3 und C4 sind auch massiv zu groß, die braucht kein Mensch. Für 
einfache Sachen reichen 100nF Keramik, wenn massive Verbraucher 
geschaltet werden sollen, dann braucht man größere Elkos.

von Falk B. (falk)


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@  MaWin (Gast)

>> Faustformel:  1A -> 1000µF

>Ich fass es nicht !

>Strunzdümmste Moderatoren bar jeglicher Kenntnisse über elektrinische
>Grundlagen versauen hier die Köpfe und Threads der Fragenden.

>Die Faust solltest du in die Fresse bekommen !

http://www.vali_um-online.de

von Karl H. (kbuchegg)


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MaWin schrieb:
>> Faustformel:  1A -> 1000µF
>
> Ich fass es nicht !
>
> Strunzdümmste Moderatoren bar jeglicher Kenntnisse über elektrinische
> Grundlagen versauen hier die Köpfe und Threads der Fragenden.
>
> Die Faust solltest du in die Fresse bekommen !
>
> Und bevor du löscht, versuche es ein mal in deinem Leben mit
> nachrechnen.
>
> http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.9

Ich zitiere einen gewissen MaWin
> Dein 15V Trafo ist also Blödsinn, nimm einen 18V Trafo,
dann reichen 1000uF.

von Oscar Meier (Gast)


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Danke erstmal für Eure Antworten.

Stimmt schon, da ja eh ein Spannugsregler verbaut ist braucht man das 
nicht noch extra zu glätten. Eigentlich sind die Kondensatoren dann eh 
überflüssig, es sei denn man will noch ein Tiefpass oder so 
integrieren..

aber ok - das muss ich nochmal in Ruhe angehen

von nicht "Gast" (Gast)


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Karl Heinz Buchegger schrieb:
>>
>> Dein 15V Trafo ist also Blödsinn, nimm einen 18V Trafo,
> dann reichen 1000uF.

Das wären dann aber immer noch 3760µF/A...

von Dietrich L. (dietrichl)


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Karl Heinz Buchegger schrieb:
>>> Faustformel:  1A -> 1000µF
...
> Ich zitiere einen gewissen MaWin
>> Dein 15V Trafo ist also Blödsinn, nimm einen 18V Trafo,
> dann reichen 1000uF.

Und damit siehst Du auch, dass der Kondensator von dem Strom und der 
Spannung abhängt, die man als "Reserve" hat. Also ist "1A -> 1000µF" 
keine ausreichende Beschreibung.

Gruß Dietrich

von MaWin (Gast)


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> Ich zitiere einen gewissen MaWin
> > Dein 15V Trafo ist also Blödsinn, nimm einen 18V Trafo,
> dann reichen 1000uF.

Zitieren reicht nicht, verstehen solltest du,
1000uF für 266mA !

Der ganze Rechenweg steht dort, tu es EIN MAL
damit du nicht auf ewig dumm sterben musst.

von Karl H. (kbuchegg)


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OK, was du mit ankreiden kannst, ist dass ich nicht gesehen habe, dass 
er einen 15V Trafo nehmen will.

Bin ich weit genug über der Mindestspannung für den 78xx, dann ist mir 
auch 1V Ripple ziemlich wurscht.

von Falk B. (falk)


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@  Karl Heinz Buchegger (kbuchegg) (Moderator)

>Bin ich weit genug über der Mindestspannung für den 78xx, dann ist mir
>auch 1V Ripple ziemlich wurscht.

Was MaWin in seiner ureigensten Art die soufflieren wollte ist, dass die 
Faustformel 1mF/A falsch ist. 1mF/A macht ~10V Ripple.
1mF als Kondensatorwert ist hier bei ~260mA OK, macht ja schließlich 
~4mF/A und damit ca. 2V Ripple.

von Fachkraft (Gast)


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MaWin (Gast) schrieb:


>> Ich zitiere einen gewissen MaWin
>> Dein 15V Trafo ist also Blödsinn, nimm einen 18V Trafo,
>> dann reichen 1000uF.

> Zitieren reicht nicht, verstehen solltest du,
> 1000uF für 266mA !

> Der ganze Rechenweg steht dort, tu es EIN MAL
> damit du nicht auf ewig dumm sterben musst.

Und was soll an 1000uF falsch sein?

266mA * 10ms / (15 V * 1.41 - 18 V) = 844 uF

also doch 1000 uF

:)

von nicht "Gast" (Gast)


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Na, du bist ja eine ganz schnelle und ausgeschlafene Fachkraft...

von Karl H. (kbuchegg)


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Fachkraft schrieb:

> Und was soll an 1000uF falsch sein?

Nein, das passt schon.
Er hat ja grundsätzlich recht.


Mir ist nur im Originalbeitrag aufgefallen, dass da über den Daumen ein 
paar 1000 µF zusammenkommen für einen popeligen M16. Und über den Daumen 
gepeilt braucht der das nie und nimmer.
Oder aber mein Wald/Wiesen µC Netzteil ist ein technisches Wunderwerk, 
weil ich an den 5V eben keinen derartig großen Ripple beobachte, selbst 
wenn ich noch 'ein paar' Milli-Amper zusätzlich ziehe - wann auch in 
Summe nicht 1A

von MaWin (Gast)


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> OK, was du mit ankreiden kannst, ist dass ich nicht
> gesehen habe, dass er einen 15V Trafo nehmen will.

Nein, ich kreide dir an daß du vollkommen lernresistent
eine vollkommen falsch gemerkte Theorie verbreitest,
und offenkundig trotz 3-maliger Aufforderung alles tust,
um bloss nicht selber nachrechnen zu müssen, damit bleibt
natürlich der Erkenntnisgewinn aus.


> Bin ich weit genug über der Mindestspannung für den 78xx,
> dann ist mir auch 1V Ripple ziemlich wurscht.

Es ist aber nicht 1V, sondern bei deinen vollkommen
unzureichenden 1000uF/A satte 10V, daher wäre es beseer
sich zu merken daß 10000uF pro A pro V nötig sind.

von Karl H. (kbuchegg)


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MaWin schrieb:

> Es ist aber nicht 1V, sondern bei deinen vollkommen
> unzureichenden 1000uF/A satte 10V, daher wäre es beseer
> sich zu merken daß 10000uF pro A pro V nötig sind.

Writing to brain-flash
.......
Done.

Thank you

von B.A. (Gast)


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Anstatt des Trafos hätte ich heutzutage ein kleines Schaltnetzteil 
genommen, dahinter dann einen einfachen Tiefpass und dann die 
Linearregler.

Der Tiefpass begrenzt auch etwas den Strom wenn die Kondensatoren beim 
einschalten gefüllt werden.

@ Oscar Meier (Gast)
Bloß weil dir hier ein paar Spezialisten (wie der Falk) sagen dass du 
die Kondensatoren weglassen kannst würde ich das deshalb noch nicht 
machen.

Ich packe lieber ein paar µF mehr in meine Schaltung rein damit ich im 
Fehlerfall nicht aufgeschmissen bin.

Was noch doof ist: (wie immer hier)
 - Wenn man irgend etwas nicht richtig macht wird man runter gemacht.

von Karl H. (kbuchegg)


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B.A. schrieb:

> Was noch doof ist: (wie immer hier)
>  - Wenn man irgend etwas nicht richtig macht wird man runter gemacht.


Das muss man aushalten, wenn man sich öffentlich äussert.
Wer zart besaitet ist, sollte sich nicht aus dem Fenster lehnen.

(Und ausserdem kennen wir ja 'unseren' MaWin)

von B.A. (Gast)


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@ Oscar Meier (Gast)
Schau auf den Wirkungsgrad deines Netzteils ... werde grün :)

Wie gesagt, die 10.000µF brauchst du nur wenn du bei 100Hz Sinus am 
Eingang eine "Rippelspannung" von 1V am Ausgang erlaubst und dabei 1A 
ziehst.

So ein 19V Schaltnetzteil ist da etwas günstiger geeignet als ein Trafo, 
da liegt schon Gleichspannung am Ausgang an und die ist bei guten 
Netzteile sogar sehr stabil.

Ich nutze auch öfters 10.000µF / 6.3V Elkos, zum Beispiel nach einem 
3.3V Schaltregler an dem ein µC mit SD-Karte und GPS dran hängt, einfach 
weil eh Platz ist und weil es die Schaltung auch etwas stabiler macht.

von Georg W. (gaestle)


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B.A. schrieb:
> Anstatt des Trafos hätte ich heutzutage ein kleines Schaltnetzteil
> genommen, dahinter dann einen einfachen Tiefpass und dann die
> Linearregler.

Oscar muss aber die Nulldurchgänge bestimmen. Wenn er jetzt ein 
Schaltnetzteil nimmt braucht er zusätzlich noch eine Schaltung für die 
Netztrennung.
Sonst hast du schon recht. Alleine für den Preis von Trafo, 
Gleichrichter, Spannungsregler und Kühlkörper bekommt man oft schon ein 
Schaltnetzteil, welches dann auch einen höheren Wirkungsgrad bietet.

@Oscar: Am besten wäre es das alles mal selbst auszuprobieren und am 
Oszi anzuschauen (man nehme sofern man hat). Da sieht man dann schön wie 
sich der Ripple verändert und irgendwann der Regler nicht mehr ausregeln 
kann.

von Unbekannter (Gast)


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Zur Info, die Kondensatoren nach den Spannungsreglern sollten nicht zu 
groß gewählt werden, < 1µF. Sind die Kondensatoren zu groß 
verschlechtern sich die Regeleigenschaften des Spannungsreglers. Wenn du 
keine Regelung hast brauchst du große Kondensatoren.
Und für die Klugscheißer. Selbst wenn er bei seinem 15V-Trafo große 
Kondensatoren verwendet wird nich garantier, dass er einen Ripple von 
0,2V hat. Abhängig von der Leistung des Trafos, z. B. bei 15V * 0,3A = 
4,5VA wird es nicht funktionieren. Der Trafo muss in der Lage sein den 
Ladestrom für die Kondensatoren zu liefern, sonst wird es mit der 
Glättung nichts.

Gruß

Der Unbekannte

von noch ein Unbekannter (Gast)


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Unbekannter schrieb:
> Sind die Kondensatoren zu groß
> verschlechtern sich die Regeleigenschaften des Spannungsreglers.

Kannst du das mal genauer ausführen oder einen Link oder eine LTspice 
Simulation zu dem Thema aufzeigen?

von (prx) A. K. (prx)


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Oscar Meier schrieb:
> Also an 12VAC untersuche ich den Nulldurchgang der Sinuswelle.

Kannst du machen, aber ob du mit der dort auftretenden Spannung wirklich 
glücklich wirst wäre so eine Frage. Jedenfalls bezogen auf das GND der 
Regler. Denn du kriegst da keine simple Wechselspannung zu sehen, 
sondern abwechselnd zwei verschiedene positive Halbwellen abzüglich 
Diodenflussspannung, eine über einen 1K/5K Teiler, die andere über 
4K/5K.

von Werner (Gast)


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Karl Heinz Buchegger schrieb:
> Mir ist nur im Originalbeitrag aufgefallen, dass da über den Daumen ein
> paar 1000 µF zusammenkommen für einen popeligen M16.

Nur, dass die Cs zwischen/hinter den Reglern praktisch so gut wie 
wirkungslos sind, weil sie bei konstanter Belastung des Netzteils keinen 
Beitrag zur Stabilisierung liefern (Ausgangsspannungen der Regler sind 
sowieso konstant und werden ausgeregelt) und für Lastspitzen eher einen 
zu hohen ESR haben.
Allenfalls stören sie den Regler, weil sie durch die kapazitive 
Belastung schon mal einen Haufen Phasendrehung erzeugen, damit die 
Phasenreserve reduzieren und das Regelverhalten verschlechtern.

von Oscar Meier (Gast)


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So also ich mach es jetzt so wie es Datenblatt steht und zwar vor dem 
Regler 0,33µF und dahinter 0,1µF.

* = Cin is required if regulator is located an appreciable
distance from power supply filter.
** = Co is not needed for stability; however, it does improve
transient response.


Da ich 2 Regler hinter einander habe wähle ich entsprechend:

C2 0,33µF
C3 0,47µF
C4 0,1µF

C1 lasse ich erstmal weg und nehme bei Bedarf einen kleinen KERKO

von MaWin (Gast)


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> Da ich 2 Regler hinter einander habe wähle ich entsprechend:

WEISST du eigentlich, wozu dort Kondensatoren sitzen ?

Gibt es einen bestimmten Grund, WARUM du Hinweise möglichst
ignorierst und dich nicht wunderst, wenn deine eigenen
Überlegungen zu den hier gemachten Vorschlägen Abweichungen
ergeben ?

von noch ein Unbekannter (Gast)


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Werner schrieb:
> weil sie bei konstanter Belastung des Netzteils keinen
> Beitrag zur Stabilisierung liefern

Wenn der AVR zu erst im PowerDown ist und über MOC und LEDS kein Strom 
fließt, dann gibt es doch beim einschalten all dieser Verbraucher eine 
Impulsantwort vom Regler. Ich möchte mal sehen wie diese aussieht wenn 
da nur 100nF den Ausgang stützen.

von MaWin (Gast)


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> Ich möchte mal sehen wie diese aussieht wenn
> da nur 100nF den Ausgang stützen.

So wie im Datenblatt gezeigt.
Der Regler ist ab 100nF schnell genug,
um seine Eigenschaften einzuhalten.

von Hochklomplexe (Gast)


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Elektronik hier,in Hard- und Software ! super ! Dabei mangelt es an den 
einfachsten Grundlagen.

von Stefan F. (sfrings)


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Es ist ein hartnäckiges Gerücht, dass Mikrocontroller eine besonders gut 
geregelte und stabilisierte Versorgungsspannung bräuchten. Und der 
Hinweis, dass ein 10.000yF Kondensator für den Betrieb einer SD Karte 
aus stabilitäts-Gründen angebracht sei....das ist wirklich grober Unfug.

Ich gehe davon aus, daß fast alle Fehlfunktionen durch 
Programmierfehler, Sonnen-Strahlung, Statische Ladungen beim Berühren 
und falsches Schaltungsdesign ausgelöst werden.

Ein 10.000yF Kondensator am Ausgang eines Spannungsregler ist dafür 
keine Lösung.

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