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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Kondensator, Vor- und Entladewiderstand


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Autor: Thomas S. (thomasbommel)
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Ich habe ein Projekt mit angehängtem Schaltbild, nun bin ich unsicher 
welchen Wert ich für den Entladewiderstand (R2) benötige) und ob ich 
einen Vorwiderstand (R1) für C1 (benötige ich da die Spannung extremst 
unstabil ist also sie bricht immer wieder kurz ein, Wert wurde 
"ausprobiert", nicht berechnet) überhaupt brauche.

Außerdem habe ich überlegt an welchen Stellen ich Sicherungen einbauen 
soll, ich habe an folgende zwei Varianten gedacht:
 1. zwischen S2 und Load 2 und zwischen S1 und D2
 2. gleich nach "Vdd"


PS. den "24V to 5V" converter habe ich selbst gezeichnet, es ist in 
"Wirklichkeit" dieser hier (falls das irgendwas ändert).
https://www.reichelt.de/Wandler-bis-1-W/TSRN-1-2450/3/index.html?ACTION=3&LA=5700&ARTICLE=124097&GROUPID=7250&artnr=TSRN+1-2450

Im Datenblatt bei dem Converter steht "Short circuit protection", 
deshalb wäre mir Variante 2 sympathischer.

Autor: MaWin (Gast)
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Kein Widerstand, keine Sicherung nötig.

Effektiver Ripplestrom des Kondensators liegt ja unter 200mA.

Rechnest du mit Kurzschlüssen, was würde passieren, Draht so heiss dass 
Isolierung schmilzt oder 24V schalten ab ?

Autor: Thomas S. (thomasbommel)
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MaWin schrieb:
> Kein Widerstand, keine Sicherung nötig.
>
> Effektiver Ripplestrom des Kondensators liegt ja unter 200mA.
>
> Rechnest du mit Kurzschlüssen, was würde passieren, Draht so heiss dass
> Isolierung schmilzt oder 24V schalten ab ?

also weder Vor- noch Entladewiderstand?

... bleibt der Kondensator dann nicht "ewig" aufgeladen?


Wegen den Kurzschlüssen, ich rechne nicht direkt damit, bin aber ein 
"Schisser" ;)
Ob die 24V abschalten würden.. ich glaube schon aber sicher bin ich mir 
nicht.

Wär es eigentlich auch ok den Schalter S1 stattdessen direkt vor den 
Wandler zu geben?.. der Wandler versorgt nämlich ein Display und ich 
habe das mal probiert so wie es auf der Schaltung eingezeichnet ist, und 
wenn ich den Schalter dann ausschalte, dann leuchtet das Display (also 
in LOAD2 ist u.a. ein LCD Display) noch einige Sekunden, flackert dann 
ein paar Sekunden und geht dann aus.

Autor: Thomas S. (thomasbommel)
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Thomas S. schrieb:
> LOAD2

sorry hätte LOAD>>1<< sein sollen

Autor: F. F. (foldi)
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Du brauchst keinen Kondensator am Eingang. Schau ins Datenblatt.
Am Ausgang, was auch immer dein "Load" ist, ist sicher einer sinnvoll.

Autor: jz23 (Gast)
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Thomas S. schrieb:
> ... bleibt der Kondensator dann nicht "ewig" aufgeladen?

Nur wenn du keinen Strom verbrauchst - aber dann bräuchtest du ja auch 
keinen Kondensator ;-)

R1 hängt davon ab, woher die 24V kommen, manche Netzteil könnten den 
Ausgang wegen "Kurzschluss" abschalten. R1 würde ich also so 
dimensionieren, dass bei leerem Kondensator der Maximalstrom des 
Netzteils fließt.

Autor: MaWin (Gast)
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F. F. schrieb:
> Du brauchst keinen Kondensator am Eingang

Darüber hat er doch schon einen ganzen Thread lang nachgedacht.

Thomas S. schrieb:
> bleibt der Kondensator dann nicht "ewig" aufgeladen?

Nö, der Spannungswandler entläd ihn schon.

Thomas S. schrieb:
> Wär es eigentlich auch ok den Schalter S1 stattdessen direkt vor den
> Wandler zu geben?

Na ja, DANN bleibt er lange geladen, was bei 24V aber auch egal ist.

Autor: Wolfgang (Gast)
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F. F. schrieb:
> Du brauchst keinen Kondensator am Eingang. Schau ins Datenblatt.
> Am Ausgang, was auch immer dein "Load" ist, ist sicher einer sinnvoll.

Das wurde im anderen Thread schon ausführlich diskutiert. Am Ausgang 
nützt er wenig, weil er dort wegen der erforderlichen Mindestspannung 
lange nicht so tief entladen werden darf. Am Eingang des DCDC-Wandlers 
hat man viel mehr Spielraum.

MaWin schrieb:
> Effektiver Ripplestrom des Kondensators liegt ja unter 200mA.

Der R1 sollte aber so groß sein, dass S1 mit dem Einschaltwums klar 
kommt. Sonst leben die Kontakte nicht lange - es sei denn, die 24V 
Versorgung macht die Strombegrenzung schon von sich aus.

Autor: Thomas S. (thomasbommel)
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jz23 schrieb:
> R1 hängt davon ab, woher die 24V kommen, manche Netzteil könnten den
> Ausgang wegen "Kurzschluss" abschalten. R1 würde ich also so
> dimensionieren, dass bei leerem Kondensator der Maximalstrom des
> Netzteils fließt.

wäre das dann nicht 24V/1A = 1 Ohm ... also würde ich ja einen 24Watt 
Widerstand brauchen... wo liegt da mein Denkfehler?

Autor: Wolfgang (Gast)
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Thomas S. schrieb:
> wäre das dann nicht 24V/1A = 1 Ohm ... also würde ich ja einen 24Watt
> Widerstand brauchen... wo liegt da mein Denkfehler?

In der Anwendung des ohmschen Gesetzes ;-)

Autor: Thoma Sallaberger (Gast)
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Wolfgang schrieb:
> Thomas S. schrieb:
> wäre das dann nicht 24V/1A = 1 Ohm ... also würde ich ja einen 24Watt
> Widerstand brauchen... wo liegt da mein Denkfehler?
>
> In der Anwendung des ohmschen Gesetzes ;-)

also man darf es nicht anwenden oder ich habe es falsch angewendet?

Autor: Thoma Sallaberger (Gast)
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genügt da dann ein 1/4Watt 1Ohm Widerstand? oder muss der mehr Leistung 
vertragen?

Autor: Stefan S. (chiefeinherjar)
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Wie kommst du denn bitte auf 1 Ohm? Und von den 1 Ohm auf 24 Watt? Ich 
komme mit keiner Kombination der Werte 24 V und 1 A auf deine Werte, 
sodass ich nicht mal eine Ahnung habe, wo du dich vertan hast...

Autor: Wolfgang (Gast)
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Thoma Sallaberger schrieb:
> genügt da dann ein 1/4Watt 1Ohm Widerstand? oder muss der mehr Leistung
> vertragen?

Da musst du gucken, wie die Dauerlast beim normalen Betrieb und wie die 
Impulslast beim Einschalten ist.

Autor: Thoma Sallaberger (Gast)
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Stefan S. schrieb:
> Wie kommst du denn bitte auf 1 Ohm? Und von den 1 Ohm auf 24 Watt?

frage ich mich selber gerade ;)

also 24V / 1A sind 24 Ohm

dann 24 Ohm mal 1A sind 24 Watt... wobei der Kondensator ja dann geladen 
wird und damit der Strom viel kleiner wird... jetzt weiß ich aber nicht 
wieviel Leistung der Widerstand dann in Wirklichkeit vertragen muss

Autor: Stefan S. (chiefeinherjar)
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Soetwas kann man händisch mittels Integralrechnung rechnen oder 
naherungsweise mit Programmen wie LTSPICE simulieren. Diese bieten dir 
auch die Möglichkeit, die momentane Leistung und die Leistung über einen 
gewissen Zeitraum zu berechnen.

Dein Widerstand müsste eine Impulsbelastbarkeit von 24 Watt haben und - 
Ausgehend von einer Stromaufnahme von 200 mA, eine dauerhafte Leistung 
von 1 Watt abführen können. So ganz grob überschlagen.

Autor: nachtmix (Gast)
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Stefan S. schrieb:
> Soetwas kann man händisch mittels Integralrechnung rechnen oder
> naherungsweise mit Programmen wie LTSPICE simulieren.

Integralrechnung braucht man nicht einmal, da der Energieinhalt eines 
Kondensators bekanntlich  E=0,5'C*U² ist. Dahinter steckt zwar auch ein 
Integral, aber man darf annehmen, dass diese einfache Formel allgemein 
bekannt ist (Für Induktivitäten gilt E= 0,5*L*I²)

Wie man sich leicht überlegen kann, ist es für die auf dem am Widerstand 
verheizte Energie wurst, ob der Kondensator zuerst auf 24V geladen ist, 
und man ihn dann auf 0V entlädt, oder ob man ihn mittels dieses 
Widerstands von 0 auf 24V auflädt.

In beiden Fällen wird bei einer Kapazität von 10mF eine Energie von 
24²'0,01/2= 2,88J auf dem Widerstand verheizt.
Der Widerstandswert ist dabei gleichgültig, wenn annehmen darf, dass 
dies der einzige Widerstand im Stromkreis ist (Ri=0 der Spannungquelle 
beim Aufladen und Kurzschlu0 zur Entladung).

Autor: Thoma Sallaberger (Gast)
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nachtmix schrieb:
> In beiden Fällen wird bei einer Kapazität von 10mF eine Energie von
> 24²'0,01/2= 2,88J auf dem Widerstand verheizt.

dann müsste ein 24Ohm 2 Watt Widerstand doch ausreichen, oder (solche 
habe ich noch)?.. da die 2,88J ja beim Laden über ca. 1.8 Sekunden 
zustande kommen und danach ja nur mehr sehr wenig Strom fließt

Autor: Manfred (Gast)
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Stefan S. schrieb:
> Soetwas kann man händisch mittels Integralrechnung rechnen oder
> naherungsweise mit Programmen wie LTSPICE simulieren.

Dazu müsste man Werte kennen! Hätte ich das Problem, würde ich den 
Vorwiderstand einfach per ohmschen Gesetz ausgucken - kritisch ist hier 
der Schalter S1, der ja quasi auf einen Kurzschluß einschaltet. D2 muß 
den Strom auch können.

In einer Anwendung 27V auf 60.000µF vor Jahrzehnten sind mir stumpf die 
Schaltrelais um die Ohren geflogen, da haben wir mit einem Widerstand 
und zweitem Relais einfach mal eine Sekunde vorgeladen - ohne Spice oder 
sonstigen Kram.

Wenn in Thomas' Anwendung der Widerstand für den Laststrom zu hoch wird, 
würde ich den mit einer Schottky-Diode beschalten, Kathode nach oben.

Autor: nachtmix (Gast)
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Thoma Sallaberger schrieb:
> dann müsste ein 24Ohm 2 Watt Widerstand doch ausreichen

Ja, selbst die Spitzenleistung beträgt dann nur 24W und das verträgt ein 
so großer Widerstand sicherlich.

Autor: Manfred (Gast)
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nachtmix schrieb:
> Ja, selbst die Spitzenleistung beträgt dann nur 24W und das verträgt ein so 
großer Widerstand sicherlich.

Draht oder Schicht?

Was soll das überhaupt werden, welche Energie bekommt man noch aus dem 
Elko raus , wenn 24 Ohm in Serie liegen?

Autor: Thoma Sallaberger (Gast)
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Manfred schrieb:
> Draht oder Schicht?

Schicht

Manfred schrieb:
> Was soll das überhaupt werden, welche Energie bekommt man noch aus dem
> Elko raus , wenn 24 Ohm in Serie liegen?

Manfred schrieb:
> Was soll das überhaupt werden,

mein "Endziel" ist einfach gesagt folgendes
1. nichts explodiert
2. die 5V bleiben stabil

Manfred schrieb:
> Was soll das überhaupt werden, welche Energie bekommt man noch aus dem
> Elko raus , wenn 24 Ohm in Serie liegen?

da bin ich ehrlichgesagt überfragt

Autor: nachtmix (Gast)
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Manfred schrieb:
> Was soll das überhaupt werden, welche Energie bekommt man noch aus dem
> Elko raus , wenn 24 Ohm in Serie liegen?

Immer die Gleiche.
Die Frage müsste lauten, wieviel Energie man am Wandler zur Verfügung 
hat.

Das wiederum hängt vom Strom- bzw. Leistungsbedarf des Wandlers ab, der 
übrigens eingangsseitig einen negativen Innenwiderstand hat, weil seine 
Stromaufnahme mit fallender Spannung steigt.

Wenn die Stromaufnahme des Wandlers einen nennenswerten Spannungsabfall 
an R1 verursacht, sollte man dem Widerstand eine (Schottky-) Diode 
parallel schalten, die diesen Spannungsabfall begrenzt.

Autor: THOMAS SALLABERGER (Gast)
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nachtmix schrieb:
> Wenn die Stromaufnahme des Wandlers einen nennenswerten Spannungsabfall
> an R1 verursacht, sollte man dem Widerstand eine (Schottky-) Diode
> parallel schalten, die diesen Spannungsabfall begrenzt.

Also Schottky Diode  - an + "Seite" des Widerstands (also im Schaltplan 
oben), + an - "Seite" des Widerstands (also unten) ?
Verstehe ich das richtig, der Kondensator wird dann über den Widerstand 
aufgeladen, und beim Entladen ist der Widerstand dann ja mit der 
"offenen" Diode parallel und somit kann (hauptsächlich) über die Diode 
der benötigte Strom fließen.

Autor: dosenbier (Gast)
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THOMAS SALLABERGER schrieb:
> Also Schottky Diode  - an + "Seite" des Widerstands (also im Schaltplan
> oben), + an - "Seite" des Widerstands (also unten) ?
> Verstehe ich das richtig, der Kondensator wird dann über den Widerstand
> aufgeladen, und beim Entladen ist der Widerstand dann ja mit der
> "offenen" Diode parallel und somit kann (hauptsächlich) über die Diode
> der benötigte Strom fließen.

Ich verstehe kein Wort mehr.

Zu welchem Widerstand nun parallel die Diode? Wo genau säße der?

Vielleicht wäre es nützlich, Dir einen Schaltplaneditor zuzulegen,
mit dem Du gut zurechtkommst - um die Änderungen nicht prosaisch,
sondern in (durchnummerierten) Schaltskizzen festzuhalten.

(Daß das ständige NEU-Anfertigen dieser Skizzen mit einem einfachen
Zeichenprogramm zu viel Aufwand wäre --- nachvollziehbar.)

Autor: Wolfgang (Gast)
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Stefan S. schrieb:
> Dein Widerstand müsste eine Impulsbelastbarkeit von 24 Watt haben und -
> Ausgehend von einer Stromaufnahme von 200 mA, eine dauerhafte Leistung
> von 1 Watt abführen können. So ganz grob überschlagen.

Das rechne mal vor.
Bei 200mA auf der 5V Schiene fließen auf der 24V Seite grob 50mA.
50mA an 24Ω ergibt eine Leistung von 60mW, also weniger als 1/15 davon.

Autor: Thoma Sallaberger (Gast)
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dosenbier schrieb:
> Zu welchem Widerstand nun parallel die Diode? Wo genau säße der?

zu R1

dosenbier schrieb:
> Vielleicht wäre es nützlich, Dir einen Schaltplaneditor zuzulegen,
> mit dem Du gut zurechtkommst

ja da hast du recht

Wolfgang schrieb:
> Bei 200mA auf der 5V Schiene fließen auf der 24V Seite grob 50mA.
> 50mA an 24Ω ergibt eine Leistung von 60mW, also weniger als 1/15 davon.

 beim Laden des Kondensators fließt aber trotzdem mehr Strom, oder

ich probier das jetzt mal in LTSpice zu simulieren...
gibt es da wirklich keinen Wandler oder find ich ihn nur nicht?

Autor: Wolfgang (Gast)
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Thoma Sallaberger schrieb:
> beim Laden des Kondensators fließt aber trotzdem mehr Strom, oder

Ja natürlich - aber nur kurz. Da muss man sich die Impulsbelastbarkeit 
des Widerstandes angucken. Im Gegensatz zur zulässigen Dauerleistung, 
die von zulässiger Temperatur, Kühlung und Größe der Oberfläche abhängt, 
sind bei der Impulsbelastbarkeit u.a. noch die Stromdichte, 
Pulsdauer/-form, Wärmeausbreitung im Widerstand und thermische Masse 
relevant.

Falsch berechnet war die 1W Dauerleistung.

Autor: Thomas S. (thomasbommel)
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Wolfgang schrieb:
> Falsch berechnet war die 1W Dauerleistung.

kann man da grob sagen was da nötig ist, ich hätte mir gerade ein paar 
Datenblätter angeschaut und blicke kurz gesagt nicht durch

bzw. ums abzukürzen, würde die Schaltung nun so wie am Bild 
funktionieren?
(ich habe den Widerstand jetzt einfach mal überdimensioniert da ich zu 
blöd zum rechnen bin, und gleichzeitig noch einige 2W 24Ohm Widerstände 
zuhause habe ,ansonsten hätte ich noch 1/4W Widerstände rumliegen, falls 
so einer ausreicht)

Bei den Dioden ist es genauso dass ich diese zwei Diodentypen noch 
zuhause habe.


PS.ich besorg mir jetzt mal einen anständigen Schaltplaneditor

Autor: jz23 (Gast)
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Warum eine 5A Schottky-Diode? Der Schaltregler wird ja wohl weniger als 
1A im Mittel ziehen, sonst überlastet er ja das Netzteil.

Die RMS-Leistung am Widerstand ist praktisch 0, weil ja im Normalfall 
der Strom nicht durch ihn durchfließt. Wichtig ist hier nur, wie oft der 
Kondensator geladen werden muss.
Bei 2,88J und wenn die Eingangsspannung alle 1 Minute auf 0V 
zusammenbricht, wären dass 2,88J/60s=48mW, ein 1/4W-Widerstand reicht 
also locker für die Dauerlast, die Frage ist hier nur, ob er auch den 
Impuls aushält.
Wenn man hier mal auf Seite 6 schaut 
(https://www.buerklin.com/medias/sys_master/download/download/h52/h64/8893384425502/technical-data-sheet-beyschlag-mba-0204-50-ct-1-10k-de-20160422.pdf), 
würde sagen, dass ein 1/4W Widerstand nicht ausreicht, die 0,4W-Variante 
aber schon.
Tau=RC, nach Tau Sekunden ist der Strom bei 37%, die Spannung bei 67%, 
die Ladung bei 0,67^2. Nach 5*tau kann man den Kondensator als voll 
annehmen. Es fließen also [grob über den Daumen] tau=0,24s lang 
0,67^2*2,88J/0,24s=5,4W und anschließend 4*tau=1s lang 
0,37^2*2,88J/1s=0,4W.

Autor: Thoma Sallaberger (Gast)
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jz23 schrieb:
> Warum eine 5A Schottky-Diode?

weil ich keine "kleinere" zuhause habe ;)
... ist das ein Problem oder 'nur' überdimensioniert?

danke fürs ausrechnen!

Autor: jz23 (Gast)
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Thoma Sallaberger schrieb:
> ... ist das ein Problem oder 'nur' überdimensioniert?

Der einzige Nachteil einer größeren Schottky ist die größere parasitäre 
Kapazität - die interessiert aber eigentlich erst ab mehreren 100kHz. 
Also nein, schadet an der Stelle nicht.

Autor: Thomas S. (thomasbommel)
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kleine Korrektur, so werde ich es jetzt machen
(habe den Schalter umpositioniert um den oben beschriebenen 
"Flacker-Effekt" zu verhindern

Autor: Manfred (Gast)
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nachtmix schrieb:
> Wenn die Stromaufnahme des Wandlers einen nennenswerten Spannungsabfall
> an R1 verursacht, sollte man dem Widerstand eine (Schottky-) Diode
> parallel schalten, die diesen Spannungsabfall begrenzt.

Schnellmerker - siehe meinen letzten Absatz in 
Beitrag "Re: Kondensator, Vor- und Entladewiderstand"

Thoma Sallaberger schrieb:
>> Vielleicht wäre es nützlich, Dir einen Schaltplaneditor zuzulegen,
>> mit dem Du gut zurechtkommst
> ja da hast du recht

Ich habe mich recht schnell mit DipTrace angefreundet - aber zu 
Schaltplaneditoren findet man hier jede Menge Diskussionen.

jz23 schrieb:
> Warum eine 5A Schottky-Diode?

Da der Kram billig ist, ist es für Einzelstücke vollkommen egal.

Thomas S. schrieb:
> habe den Schalter umpositioniert

Da der Schalter nun aus dem kritischen Weg zwischen Netzteil und Elko 
raus ist, stellt sich erneut die Frage nach der Notwendigkeit des 
Widerstandes. Wenn das Netzgerät direkt mit dem Kondensator drauf 
anlaufen kann, ist er entbehrlich. Wenn Du schon große Schottkys in der 
Kiste hast, könnte die 1N4007 durch eine solche ersetzt werden.

Autor: Thoma Sallaberger (Gast)
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Manfred schrieb:
> Ich habe mich recht schnell mit DipTrace angefreundet

danke für den Tipp, ich sehs mir mal an

Manfred schrieb:
> Wenn Du schon große Schottkys in der
> Kiste hast, könnte die 1N4007 durch eine solche ersetzt werden.

ok dann nehme ich zwei Schottky Dioden

würde es für die Funktion von (merkbarem) Vorteil sein wenn ich den 
Widerstand (R1) und dann auch die Diode parallel zu ihm weg lasse oder 
würde ich mir "nur" Bauteile sparen?

Manfred schrieb:
> Wenn das Netzgerät direkt mit dem Kondensator drauf anlaufen kan

dafür müsste es doch "nur" 1A schaffen, oder wie genau meinst du das?

Autor: Manfred (Gast)
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Thoma Sallaberger schrieb:
> Manfred schrieb:
>> Wenn das Netzgerät direkt mit dem Kondensator drauf anlaufen kann
> dafür müsste es doch "nur" 1A schaffen, oder wie genau meinst du das?

Die Theorie ist noch noch nicht so ganz angekommen? Der leere 
Kondensator ist im Moment des Einschaltens wie ein Kurzschluß zu 
betrachten. Um den dabei auftretenden Strom zu begrenzen und den 
Schalter zu schützen, kommt der Widerstand ins Spiel.

Der Schalter vorne ist nun weg, also geht das Netzgerät direkt auf den 
Kondensator. Es gibt verschiedene Netzgeräte: Wenn das Netzgerät den 
Strom von sich aus begrenzt, kann es den Kondensator ohne Vorwiderstand 
laden und alles ist gut. Wenn es aber wegen des kurzzeitigen 
Überstromes abschaltet, wird der Widerstand benötigt. Wie sich Dein 
Netzgerät verhält, wissen wir nicht.

> würde es für die Funktion von (merkbarem) Vorteil sein wenn ich den
> Widerstand (R1) und dann auch die Diode parallel zu ihm weg lasse oder
> würde ich mir "nur" Bauteile sparen?

Mit dem Widerstand bist Du in jedem Fall auf der sicheren Seite, damit 
kommt jedes Netzgerät klar. Bei Ausfall des Netzes würde der Widerstand 
in Richtung des Wandlers wirksam und störend sein, er wird aber durch 
die Schottky-Diode weitgehend unwirksam - an dieser verliert man nur 
300..400mV. Von daher könnte man sagen, der Entfall ergibt elektrisch 
keinen merkbaren Vorteil.

Autor: Thoma Sallaberger (Gast)
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Manfred schrieb:
> Die Theorie ist noch noch nicht so ganz angekommen

wird langsam aber stetig besser, ...
ich brauch meist 2-3 "Denk-Durchgänge" um etwas zu verstehen ;)


Manfred schrieb:
> Von daher könnte man sagen, der Entfall ergibt elektrisch keinen
> merkbaren Vorteil.

ok dann bau ich ihn + die Diode lieber ein, ist ja kein Aufwand

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