Wirkungsgrad Kondensatornetzteil

Bernd Stromberg schrieb:
> In LTSpice habe ich so eine Standardschaltung simuliert (sihe Anhang).

Nimm doch besser richtige Dioden.

Ein Brückengleichrichter-Kondensatornetzteil, das nur einen 
Stromverbraucher wie eine LED versorgt, hätte einen guten Wirkungsgrad.
Da man aber mit einem Vorwiderstand dafür sorgen muss, dass der 
Aufladestrom des Kondensators wenn man im Scheitelpunkt der Netzspannung 
einschaltet nicht den zulässigen Spitzenstrom der Dioden übersteigt, 
handelt man sich einen Verlust ein.
Verwendet man nur Einweggleichrichtung sind schon 50% Verlust +na ja, je 
nach Durchlasspannung in Gegenrichtung). Will man gar eine 
Konstantspannungslast versorgen in dem man nach dem Gleichrichter mit 
Elko und Z-Diode stabilisiert, ist aller Strom den die Last nicht 
braucht Verlust, man muss aber den Strom so einstellen dass selbst bei 
maximaler Stromaufnahme genug fliesst, und dabei bedenken, dass der 
Mittelwert 1.1mal kleiner ist als der rms-Wert.
Zur Verbesserung des Wirkungsgrades kann man eine kleinere 
Ausgangsspannung nutzen. So ist es schlau, eine Elektronik nur mit 3.3V 
zu versorgen, und ein Relais dazu in Reihe, das dann, weil es nur genau 
so viel Strom wie die Elektronik brauchen soll, eine eher höhere 
Spannung hat, sagen wir 24V, zum ausschalten zu überbrücken in dem man 
es mit einem Transistor kurzschliesst. Sinkt die Ausgangsspannung des 
Kondensatornetzteils bei gleichem oder sogar leicht höheren Strom, sinkt 
die reelle Last.

>prozentual weniger Verluste in den Widerständen

Die Spannung über den Widerständen steigt. Die Spannung über den Dioden 
bleibt gleich - lässt sich alleine damit der Unterschied von 46% auf 51% 
erklären?

So richtig verstehe ich eure Hinweise noch nicht.

Da schlage ich vor, du entfernst zuerst mal R3, R4 D5, D6 und C2.

Dann berechnest du die Wirkleistung an allen Widerständen und Dioden. Da 
an C1 keine Wirkleistung abfällt, muss die Summe 100% der Leistung von 
V1 ergeben.

Hast du alle Zahlen für 100n und 150n durch gerechnet, wird 
herauskommen, alle absoluten Zahlen werden grösser, aber die 
prozentualen Verhältnisse ändern sich.

Abdul K. schrieb:
> Bin so frei.

Immer noch die Dioden vom Typ "D".

Abdul K. schrieb:
> Ich habe nur das Bild erzeugt und das Layout etwas verändert. Ist
> ja
> nicht meine Schaltung.

Schon klar, ich wollte nur Bernd nochmals darauf hinweisen.

hinz schrieb:
> Schon klar, ich wollte nur Bernd nochmals darauf hinweisen.

Abdul K. schrieb:
> Echte Dioden ändert nix wesentliches.

Eben. Es geht hier ja nur um irgendwelche Wirkungsgrade, die sich aus 
einem Verhältnis ergeben.

Abdul K. schrieb:
> Naja. Das ist eher ne Diskussion für SPICE-Insider. Hier mal der
> Vergleich. Ist schon ein großer Unterschied. Bei anderen Bauelementen
> wie npn oder jfet ist es noch krasser. Nimm besser echte Typen!!

Schon klar, aber mich interessiert die Frage warum der Wirkungsgrad 
besser wird, wenn ich 150n statt 100n einbaue. Da ist es doch egal ob 
ich Dioden oder nen Schlitten einbaue. Die Berechnung ändert sich nicht.

Jobst Q. schrieb:
> R1 und R2 machen den größten Teil der Verluste aus. Um den Wirkungsgrad
> zu verbessern könntest du R1 verkleinern und R2 durch eine Drossel bzw
> Induktivität  ersetzen, um Stromspitzen durch schnelle
> Spannungsänderungen zu verringern.

Ne Drossel? In einem realen Netzteil? Wo der Widerstand weit aus 
günstiger ist als eine Induktivität?

Werner H. schrieb:
> Der große Vorwiderstand ist überflüssig, weil viel zu groß. Ein kleiner
> Sicherungswiderstand genügt.

Einschaltstrombegrenzung für das Netzteil. Ist notwendig.

Bernd Stromberg schrieb:
> Bei 100n
> komme ich auf einen Wirkungsgrad von 46%. Ich habe die Gesamtleistung
> von R5 durch die Gesamtleistung von V1 geteilt. Bei 150n komme ich auf
> 51%.

Das ist schon mal seltsam: wenn ich die von dir angehängte Simu laufen 
lasse, komme ich beide male auf andere Werte des Wirkungsgrads (65% bzw. 
75%).

Das Verhältnis der Kondensatoren bestimmt die Kurvenform der 
Nachladespitzen, aka Crest-Faktor, und damit mit die Verluste im 
Vorwiderstand.

> Das Verhältnis der Kondensatoren bestimmt die Kurvenform der
> Nachladespitzen, aka Crest-Faktor, und damit mit die Verluste im
> Vorwiderstand.

Es gibt hier keine Nachladespitzen wie beim klassischen Netzteil mit 
Ladekondensator, es gibt Nachladelücken (wg. der Begrenzung auf die 
Spannung der Z-Dioden).
Unterstellt, die Spannung an diesen ist annähernd konstant, ist es die 
Nutzleistung am Verbraucher R5 ebenfalls.
Ein kleinerer Kondensator C1 bewirkt dann einen kleineren arithmetischen 
bzw. Effektivstrom, so dass dann weniger Verlustleistung ausserhalb des 
Verbrauchers R5 anfällt und der Wirkungsgrad grösser ist.

Elektrofan schrieb:
> (wg. der Begrenzung auf die
> Spannung der Z-Dioden).

Gibts bei der Schaltung des TE nicht, es werden keine 48V erreicht.

Achim S. schrieb:
> Das ist schon mal seltsam: wenn ich die von dir angehängte Simu laufen
> lasse, komme ich beide male auf andere Werte des Wirkungsgrads (65% bzw.
> 75%).

Integrier mal von Beginn an, dann solltest du auf mein Ergebnis kommen. 
Aber vllt sollte ich über deine Grenzen auch nochmal integrieren.

Elektrofan schrieb:
> Ein kleinerer Kondensator C1 bewirkt dann einen kleineren arithmetischen
> bzw. Effektivstrom, so dass dann weniger Verlustleistung ausserhalb des
> Verbrauchers R5 anfällt und der Wirkungsgrad grösser ist.

Aber es ist ja gerade so, dass ein größerer C1 einen besseren 
Wirkungsgrad liefert.

> Gibts bei der Schaltung des TE nicht, es werden keine 48V erreicht.

Egal, der Wirkungsgrad ist in beiden Fällen ähnlich gross,
grob gerechnet:

1.) C1=100nF:

Ieff≈ 7,22 mA => Iarith≈ 6,50 mA

Verluste in R1,R2: Pv1≈ (7,22mA)² * 1360Ω =  71 mW
Verluste in R3,R4: Pv2≈ (230V)² / 1,2MΩ   =  44 mW
Diodenverluste:    Pv3≈ 6,50mA * 1,4V     =   9 mW
Leistung an R5:    P2 ≈ (6,5mA)² * 2880Ω  = 122 mW

η≈ P2/(Pv1+Pv2+Pv3+P2)= 50 %


2.) C1=150nF:

Ieff≈ 10,8 mA => Iarith≈ 9,75 mA

Verluste in R1,R2: Pv1≈ (10,8mA)² * 1360Ω  =  159 mW
Verluste in R3,R4: Pv2≈ (230V)² / 1,2MΩ    =   44 mW
Diodenverluste:    Pv3≈ 9,75mA * 1,4V      =   14 mW
Leistung an R5:    P2 ≈ (9,75mA)² * 2880Ω  =  274 mW

η≈ P2/(Pv1+Pv2+Pv3+P2)= 56%

Bernd Stromberg schrieb:
> Integrier mal von Beginn an, dann solltest du auf mein Ergebnis kommen.

Sorry, war tatsächlich mein Fehler. Ich habe bei der Quelle die Spannung 
einer Gleichrichterdiode mitgemessen.

Bernd Stromberg schrieb:
> Aber es ist ja gerade so, dass ein größerer C1 einen besseren
> Wirkungsgrad liefert.

Wurde oben schon von jemand anders angedeutet: größerer Kondensator gibt 
größeren Strom, und damit steigt gleichermaßen die Leistung in R5 und 
die Verluste in R1, R2. Aber die Verluste in R3, R4 bleiben einigermaßen 
konstant (39mW), so dass die Leistung in der Last relativ zu den 
Gesamtverlusten ansteigt.

Bernd Stromberg schrieb:
> Ne Drossel? In einem realen Netzteil? Wo der Widerstand weit aus
> günstiger ist als eine Induktivität?

Ich verbaue seit längerer Zeit kleine Drosseln in Kondensatornetzteile.
Allerdings kosten mich diese praktisch nichts (ausgebaut).

Mittlerweile würde ich zu diesem Zweck aber wohl sogar welche kaufen,
falls sie mir doch mal ausgehen würden. Ganz real.

Die paar Cent amortisieren sich doch baldigst.

Die Verluste der Entladewiderstände R3,R4 hatte ich erst (um 15:38) 
ausser Acht gelassen.

Yalu X. schrieb:
> Ja, ganz so trivial ist das Problem wohl doch nicht, wie ich jetzt
> eingesehen habe ;-)
>
> Deswegen habe die Schaltung mal etwas genauer analysiert mit dem
> Ergebnis (was auch Elektrofan herausgefunden hat), dass R3 und R4 für
> die Erhöhung des Wirkungsgrads bei Vergrößerung von C1 verantwortlich
> sind. Der Gesamtstrom teilt sich auf den Zweig mit C1 und den Zweig mit
> R3+R4 auf. Ist C1 klein, dann fließt der größte Anteil des Stroms über
> die Widerstände und verursacht dort Verlustleistung. Wird C1 vergrößert,
> fließt ein größerer Anteil des Stroms durch C1, wo nur Blindleistung
> entsteht. Man kann das auch leicht rechnerisch nachweisen, wenn man die
> Dioden und C2 weglässt, die Schaltung also als Wechselspannungsnetzteil
> betreibt.
>
> Übrigens:
>
> Lässt man R3 und R4 weg, führt die Vergrößerung von C2 zu einer leichten
> Verminderung des Wirkungsgrads.

Guten Morgen und Danke!
Wenn ich so darüber nachdenke ist das schon einleuchtend.
Vielen Dank für eure Hilfe.

Abdul K. schrieb:
> Es gibt also eine optimale Kombination der Werte.
>
> Übrigens habe ich gerade entdeckt, daß LTspice den Multiplikator % für
> Prozent versteht. %=0.01
> Man kann also z.B. schreiben: .ic V(out)=50%
> Im Waveform-Viewer gehts auch.

Ich hätte nie gedacht, dass ich das mal sage, aber LTSpice ist ein 
tolles Programm, wenn man weiß wie man damit umgeht und was es alles 
kann.
Erstaunlich ist auch, dass Realität und Simulation teilweise Hand in 
Hand gehen.

> Erstaunlich ist auch, dass Realität und Simulation teilweise Hand in
> Hand gehen.

Der Fachmann staunt, und der Laie wundert sich.     ;-)

Bernd Stromberg schrieb:
> Erstaunlich ist auch, dass Realität und Simulation teilweise Hand in
> Hand gehen.

Elektrofan schrieb:
> Der Fachmann staunt, und der Laie wundert sich.     ;-)

Nun ja, die Formulierung "...auch, inwieweit doch tatsächlich/ wirklich/ 
unglaublicherweise nun doch, Realität... (streiche"teilweise")" wäre 
vielleicht etwas weniger aufwühlend für die Allgemeinheit gewesen. 
;-)

Der Wirkungsgrad wird nicht kleiner oder größer.

Ein Kondensatornetzteil ist ein Parallelregler.
Klar kann man den Querstrom optimieren.

Aber wen stört das? Der Zähler sieht das sowieso nicht.