Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik sparsames kleines Netzteil für 3,3V 50mW


von Hardy F. (hflor)


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Hallo,

ich suche ein Netzteil, wenn möglich fertiges Modul, was bei 3,3V ca. 
15mA liefert.

Kennt jemand so eine Modulbezeichnung? Das kleinste was ich gefunden 
habe war bei 1W.

Hardy

: Verschoben durch User
von Stefan F. (Gast)


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Bei so geringer Stromaufnahme sind Kondensatornetzteile ohne 
Potentialtrennung üblich.

von Harald (Gast)


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von Falk B. (falk)


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@ Hardy F. (hflor)

>ich suche ein Netzteil, wenn möglich fertiges Modul, was bei 3,3V ca.
>15mA liefert.

Wird eng.

>Kennt jemand so eine Modulbezeichnung? Das kleinste was ich gefunden
>habe war bei 1W.

Da hast du schon ein SEHR kleines gefunden. Viel weiter runter lohnt 
sich praktisch nicht, der Materialaufwand und die Kosten bleiben 
konstant.

von Hardy F. (hflor)


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@Stefanus,

so war auch meine erste Idee. Schaltplan und Berechnung in der Anlage.

Wie wird aber nur der Wirkungsgrad ausgerechnet?


@Harald,

so etwas, nur noch kleiner und preiswerter :-)

Hardy

von Falk B. (falk)


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@Hardy F. (hflor)

>so etwas, nur noch kleiner und preiswerter :-)

Warum? Selbst normale, USB-Steckernetzteile mit 5W sind nicht viel 
größer als die Steckdose in der sie stecken. Kleiner ist sinnlos.

Billiger? Warum? Wieviel Millionen willst du davon kaufen oder 
verkaufen?

von Stefan F. (Gast)


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> Wie wird aber nur der Wirkungsgrad ausgerechnet?

Ich würde alle berechenbaren Verluste zusammen addieren und mit der 
Ausgangsleistung vergleichen.

220nF haben bei 50Hz etwa 15k Ohm. Dazu noch 250 Ohm in Reihe mach immer 
noch 15k Ohm :-)

Deine Zenerdiode hat 6,2V. Plus 2x0,7V für den Gleichrichter macht 7,8V.

(230V -7,8V) / 15k Ohm = 14,8mA Überraschung :-)

Jetzt zu den Verlusten:

a) an den ganzen Dioden: 7,8V * 14,8mA = 115,4mW

b) an dem 250 Ohm Widerstand: 250Ω * 14,8mA * 14,8mA = 54,76mW

Im unbelasteten Fall hast du die größten Verluste, nämlich a+b = 170mW. 
Im Belasteten Fall kannst du die Nutzlast davon subtrahieren, der Rest 
bleibt Verlust.

von Mikki M. (mmerten)


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von Harald (Gast)


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Stefanus F. schrieb:
> Im unbelasteten Fall hast du die größten Verluste, nämlich a+b = 170mW.
> Im Belasteten Fall kannst du die Nutzlast davon subtrahieren, der Rest
> bleibt Verlust.

Und mit den erforderlichen Bauteilgrößen (wenn es nicht zwischendurch 
mal abbrennen soll) kommt man kaum unter das Bauvolumen des Wandlers von 
Vigortronix. Das hätte sogar so einige Zulassungen, ob man die noch 
braucht oder nicht, aber es spricht irgendwo für Zuverlässigkeit und 
erprobtes Design.

von Hardy F. (hflor)


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@Falk,

ich möchte in einem 6er Hutschienengehäuse (108mm) einiges unterbringen:
- 10x Relais RT314
- 5x SSR S216S01
- 5x Kondensator X2 200nF
- 5x Netzteil
- ... (s. Anlage)

Das ganze brauche ich dann 14 mal, also 70 Netzteile.

@Stefanus,

vielen Dank für die Erläuterungen, ist der Kondensator einfach so weg 
aus der Berechnung? Nur gehst Du etwas zu optimistisch an die Werte, die 
Netzspannung darf einen Wert von +/-10% aufweisen. Das mit dem 270nF ist 
schon fast die Grenze, da der Kondensator auch noch mal 10% Toleranz 
hat.

Ich habe nun ein Netzteil mit dem NCP1060 gesehen, das nur 0,2W 
Leerlaufleistung hat, ich kenne noch keine Werte für den Lastfall.

Hardy

von Mikki M. (mmerten)


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10 RT314 Relais und 5 Optotriacs da würde mir in einem 6 TE 
Hutschienengehäuse die enstehende Wärme Sorgen bereiten. Von den 
erforderlichen Leiterbahnabständen und -Breiten ganz zu schweigen. 
Ebenso erschliest sich mir der Bedarf an 5 Netzteilen nicht so ganz. 
Anstelle des KICAD zip sollte man besser die Schaltung als PDF anhängen.

: Bearbeitet durch User
von Stefan F. (Gast)


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> ist der Kondensator einfach so weg aus der Berechnung?

Ja, weil ich ihn als ideal annehme. Er gibt die geladene Energie stets 
wieder in elektrischer Form ab, ohne Verlustwärme.

> Nur gehst Du etwas zu optimistisch an die Werte

Ich habe den 220nF Kondensator nicht vorgeschlagen. Für mich ist auch 
klar, dass man bei 15mA Ausgangsstrom mehr Eingangsstrom benötigt, sonst 
bleibt keine Reserve für die Regelung übrig.

Ich habe nur auf Basis des Schaltplanes nachgerechnet.

von Falk B. (falk)


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@ Hardy F. (hflor)

>    Schaltplatine_kicad.zip (47,4 KB, 1 Downloads)

Nicht jeder kann KiCad lesen.

>ich möchte in einem 6er Hutschienengehäuse (108mm) einiges unterbringen:
>- 10x Relais RT314
>- 5x SSR S216S01
>- 5x Kondensator X2 200nF
>- 5x Netzteil
>- ... (s. Anlage)

>Das ganze brauche ich dann 14 mal, also 70 Netzteile.

Da würde ich mal das Grundkonzept in Frage stellen. 70 Netzteile auf so 
kleinen Raum klingt eher unsinnig.

von Hardy F. (hflor)


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@Mikki,

Die Wärme wird mit erfasst :-)

Mir fehlen aber wirklich noch die Einschaltwiederstände der RT314, 
Schrack verweist einfach an einen anderen Hersteller, der kein 
funktionierendes Kontaktformular hat.

Die S216S01 werden nur ein paar Sekunden geschaltet, die werden also 
nicht warm.

Das Kicad-Projekt habe ich wegen der Platine angehangen, die kann nicht 
gedruckkt werden. Der Schaltplan ist jetzt als PDF angehangen.

Ich brauche durch die verschiedenen Phasen je Messplatz ein eigenes 
Netzteil.

Hardy

von Falk B. (falk)


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Man könnte über viele kleine Minitrafos nachdenken, die mit 100kHz++ 
gespeist werden. Dann braucht man nur einen Primärteil und viel kleine 
Sekundärseiten. Braucht weniger Platz und Verlustleistung.

von hinz (Gast)


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Hardy F. schrieb:

> so war auch meine erste Idee. Schaltplan und Berechnung in der Anlage.


Das macht man nicht mit einem Längsregler, sondern mit einem 
Parallelregler, z.B. TL431.

von Hardy F. (hflor)


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@Hinz,

vielen Dank für den Hinweis, ich werde es berücksichtigen, wenn es bei 
der Kondensatorlösung bleibt.

Hardy

von Mikki M. (mmerten)


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Ron der Relais kann man mit deutlich <50 mOhm annehmen. Stimmt Schrack 
macht da keine Angaben. Aber beu Fujitso oder Panasonic wird bei 
gleichen Relaistypen mit obigen Werten gearbeitet, da aber recht 
konservativ sind. Der eigentliche Wärmeproduzent ist eher die 
Relaisspule.

von Harald (Gast)


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So ganz steige ich durch deinen Ansatz nicht durch, aber was wäre denn 
mit gewöhnlichen isolierten 1W DCDC Wandlern, die gibt es ja mit 
ausreichend hoher Isolationsklasse. z.B. 12V rein, 3.3V raus und dann 
ein zentrales Netzteil (Hutschiene?)

von Hardy F. (hflor)


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@Mikki,

die RT314 sind bistabile Relais, also auch null Wärme.

Aber 50mOhm wären bei Vollast eines Gehäuses 128W :-(

Hardy

: Bearbeitet durch User
von Mikki M. (mmerten)


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Mit bistabilen Relais könnte es klappen. Die C-Netzteil Lösung schon 
hier wohl am wirtschaftslichsten zu sein, da ja geregelte kleine DC/DC 
Wandler mit 3 kV auch nicht gerade ein Schnäppchen sind und auch noch 
etwas Filterbeschaltung brauchen. Jeder Kanal ist ja augenscheinlich 
voll isoliert und die Kommmunikation findet ja nur über optoisolierte 
UART-Schnittstelle statt.

von Harald (Gast)


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Mikki M. schrieb:
> da ja geregelte kleine DC/DC
> Wandler mit 3 kV auch nicht gerade ein Schnäppchen sind

3kV so schnell nicht gefunden, wenn auch 1,5kV reichen sind wir bei 2€
https://www.tme.eu/de/details/am1ss-1203s-nz/dcdc-wandler/aimtec/

So ein schwammiges Kodensatornetzteil wird kaum billiger und sicherlich 
nicht kleiner.

von Mikki M. (mmerten)


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@harald
Der ist aber nicht geregelt. Geregelte mit 3kV kosten schnell da 
Doppelte.

@Hardy
Hier noch mal 2 Relaisdatenblätter wo die Hersteller bei ähnlichen 
Relais den max. Kontaktwiderstand angeben. Wie gesagt die Angaben sind 
eher als Worst Case zu betrachten. Real sind eher Werte deutlich <10mOhm 
Standard wenn die Teile neu sind, aber garantieren tuts der Hersteller 
halt nicht.
Da sind dann eher >30 mOhm üblich.

https://www.panasonic-electric-works.com/cps/rde/xbcr/pew_eu_en/ds_61A10_en_dw.pdf
https://www.tme.eu/de/Document/0fc2b45042a4ad6cc204d1c2ceba74ca/G5RL-U-K-EN.pdf

von eh (Gast)


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Topologie und Betriebsmodi der kleinen Wandler? Wie gut / schlecht kommt
also so ein Mini-Konverter mit maximal-Last = 5% der Nennlast zurecht?
Könnte / sollte (Datenblätter begutachten) man zusätzlich Elko dahinter?

von temp (Gast)


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Was ich nicht verstehe ist, warum du das Netzteil überhaupt so oft 
aufbauen willst. Die GND Anschlüsse aller deiner MCP39F501 liegen doch 
sowieso alle auf N. Da die Strommesseingänge differential sind spielen 
auch ein paar mV auf der GND Schiene keine Rolle. Ich würde für alle ein 
gemeinsames Netzteil mit 5V verwenden und noch einen guten Linearregler 
dahinter.

Jetzt könnte noch der Einwand kommen, hier gibt es verschiedene N 
(hinter verschiedenen RCD). Das würde ich dann aber bleiben lassen oder 
hinter jeden RCD ein eigenes komplettes Modul verbauen.

von Der Andere (Gast)


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Was ich nicht verstehe: Warum müssen in ein Gehäuse 5 getrennte 
Netzteile?
Galvanische Trennung von 5 Schaltungen? Aber die ist ja mit 5 
Kondensatornetzteilen auch nicht gegeben.

Also warum nicht ein Netzteil?
Was soll das eigentlich werden?

von Hardy F. (hflor)


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@temp,

ich weiß nicht wo Du eine Verbindung von GNDPWR und N siehst ...
... die N-Leitung hat den größen Spannungsabstand zu Schaltung 
überhaupt.

Das ist ja das Problem bei Strommessungen ohne Stromwandler (die sind zu 
groß, müsten extern verbaut werden).


@all

vielen Dank für die Hilfe, ich werde es bei vermutlich der 
C-Netzteillösung belassen. Die DC/DC_Wandler bekomme ich auf der 
isolierten Seite einfach nicht mit hin. Die ISO-Abstände kann ich damit 
nicht einhalten. Ich werde nochmal die ganze Platine neu anfangen, 
vielleicht geht es dann.
Die gesamten Kosten eines Kanals sind z.Z. ca. 22€, so das ein 
Wandlermodul mit 15€ nicht in Frage kommt.

Hardy

von hinz (Gast)


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Hardy F. schrieb:
> Das ist ja das Problem bei Strommessungen ohne Stromwandler (die sind zu
> groß, müsten extern verbaut werden).

Wieviel Ampere willst du denn da messen?

von Hardy F. (hflor)


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@hinz,

ausgelegt sind die Schaltstufen für 16A, ein paar (ca. 6Stück) werden 
auch diesen Wert erreichen. Alle anderen maximal 10A.

Hardy

von hinz (Gast)


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Hardy F. schrieb:
> @hinz,
>
> ausgelegt sind die Schaltstufen für 16A, ein paar (ca. 6Stück) werden
> auch diesen Wert erreichen. Alle anderen maximal 10A.

Sag mal, kennst du nur riesige Stromwandler? Die Dinger können kleiner 
sein als der fürs Netzteil nötige Kondensator.

von eh (Gast)


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Hardy F. schrieb:
> werde es bei vermutlich der C-Netzteillösung
> belassen. Die DC/DC_Wandler bekomme ich auf der
> isolierten Seite einfach nicht mit hin.

Du hast verstanden, daß Kondensatornetzteile gar keine galv.
Trennung / Isolierung bieten? Das hört sich nicht so an.

https://www.mouser.de/ProductDetail/Triad-Magnetics/CST-1020?qs=U28YatCw3SLIfLWnzZJMKA%3d%3d

Groß ist so einer nun nicht gerade. (Woanders vielleicht noch kleiner?
Für höhere Frequenzen wären Stromwandler geradezu winzig möglich.)


Da niemand auf meinen obigen Einwand einging, ist das alles egal?

von eh (Gast)


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eh schrieb:
>> werde es bei vermutlich der C-Netzteillösung
>> belassen. Die DC/DC_Wandler bekomme ich auf der
>> isolierten Seite einfach nicht mit hin.

Oder was bedeutet das?

a.) C-Netzteile auf der isolierten Seite? ...und/oder:
b.) Einzelne Elemente (und damit deren Versorgungen) müssen
    gar nicht voneinander isoliert sein (keine Isol. bieten)?

Irgendwas versteh ich hier nicht ganz.

von temp (Gast)


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Hardy F. schrieb:
> ich weiß nicht wo Du eine Verbindung von GNDPWR und N siehst ...
> ... die N-Leitung hat den größen Spannungsabstand zu Schaltung
> überhaupt.

Sorry, du hast Recht ich meine auch nicht N sondern L.

Wenn ich mir das Manual zum MCP39F501 ansehe liegt AGND und DGND Auf der 
Eingangsseite von L.
Danach kommt der Shunt in Reihe dann die Last. Es spricht also nichts 
dagegen ein einzelnes 3.3V Netzteil gegen L für alle MCP39F501 an der 
selben Phase zu verwenden.

von temp (Gast)


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Nachtrag:
Jetzt könnte wieder der Einwand kommen, es kommen verschiedene L hinter 
separaten Sicherungen in das Gehäuse. Dann muss aber auch ein richtig 
fetter N gelegt werden. Das wäre aus meiner Sicht aber keine gute Idee, 
ob es erlaubt ist steht auf einem anderen Blatt. In so einem Fall ist es 
sicher besser völlig separate Geräte in kleineren Gehäusen zu bauen.
Bei einem L  und einem N als gemeinsamer Eingang in dein Gehäuse ist 
aber nur eine 3.3V Versorgung nötig.

von Stefan F. (Gast)


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> Du hast verstanden, dass Kondensatornetzteile gar keine
> galv.Trennung / Isolierung bieten?

Ich dachte schon ich wäre der Einzige, der es nicht kappiert. Hatte mich 
deswegen nicht getraut, die Frage hin zu schreiben:

Warum ist bei Schaltnetzteilen eine Isolation auf 3000 Volt gefordert, 
aber beim Kondensatornetzteil der vollständige Verzicht auf Isolation 
akzeptabel?

von Hardy F. (hflor)


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@Stefanus,

weil die Isolation durch die Relais bzw. Optokoppler erfolgt. Diese 
haben jeweils 5kV. Das S216S01 hat auch noch 4kV.

Hardy

von Der Andere (Gast)


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Stefanus F. schrieb:
> Ich dachte schon ich wäre der Einzige, der es nicht kappiert. Hatte mich
> deswegen nicht getraut, die Frage hin zu schreiben:

Nö, das hatte ich auch schon vorher gefragt:

Der Andere schrieb:
> Was ich nicht verstehe: Warum müssen in ein Gehäuse 5 getrennte
> Netzteile?
> Galvanische Trennung von 5 Schaltungen? Aber die ist ja mit 5
> Kondensatornetzteilen auch nicht gegeben.
>
> Also warum nicht ein Netzteil?

Hardy F. schrieb:
> weil die Isolation durch die Relais bzw. Optokoppler erfolgt. Diese
> haben jeweils 5kV. Das S216S01 hat auch noch 4kV.

Und warum nimmst du dann nicht ein Netzteil sondern willst pro Gehäuse 5 
verbauen?

von Hardy F. (hflor)


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@Der Andere,

weil es nicht klar ist welche der 3 Phasen wo angeschlossen werden. 
Selbst wenn ich jetzt nur eine Phase pro Gehäuse verwenden, habe ich 
unterschiedliche Spannungen, wenn der LSS ausgelöst hat.

Hardy

von temp (Gast)


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Hardy F. schrieb:
> weil es nicht klar ist welche der 3 Phasen wo angeschlossen werden.
> Selbst wenn ich jetzt nur eine Phase pro Gehäuse verwenden, habe ich
> unterschiedliche Spannungen, wenn der LSS ausgelöst hat.

Ich glaube kaum dass es den gültigen Vorschriften entspricht 2 oder 
mehrerer verschiedene Stromkreise wieder in einem Gehäuse zusammen zu 
schalten. Das mag zwar technisch möglich sein aber vorschriftsmäßig 
nicht. Selbst wenn du z.B. 3 Phasen Drehstrom in das Gehäuse führst muss 
der LSS davor gemeinsam Schalten.

von Hardy F. (hflor)


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@temp,

es ist doch nichts anderes als ein KNX-Mehrfachaktor, wie z.b. dieser:
https://www.hager.de/neuheiten/knx-aktoren/41220.htm
Dort steht auch nichts von nur einem Stromkreis ...
... wo sollte auch das Problem sein? Das Gerät ist in einer Verteilung 
eingebaut. Die Kanäle sind alle mit 4kV Isolationsspannung gegenseitig 
und zum Lokikteil isoliert.


Hardy

: Bearbeitet durch User
von Stefan F. (Gast)


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> weil die Isolation durch die Relais bzw. Optokoppler erfolgt

Das beantwortet immer noch nicht meine Frage, warum dann die 
Schaltnetzteile 3kV Isolation haben müssen. Aber egal, ich bin wohl zu 
dumm dafür.

von Hardy F. (hflor)


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@Stefanus,

jetzt habe ich die Frage verstanden, wo steht das das Schaltnetzteil 3kV 
Isospannungen haben soll?

Dieser Wert (eigentlich sogar 4kV) wären für die DC/DC-Wandler nötig.
Die Schaltung mit dem NCP1060 wäre auch direkt verbunden.

Hardy

von Stefan F. (Gast)


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> wo steht das das Schaltnetzteil 3kV Isospannungen haben soll?

13.08.2018 22:30 von Harald

Wenn das Quatsch war hättest du es gerne eher Klarstellen können.

von Hardy F. (hflor)


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In dem Beitrag von Harald ging es doch um die DC/DC-Wandler?!?!?

Beitrag #5521429 wurde von einem Moderator gelöscht.
von hinz (Gast)


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3,9V Z-Dioden sind ziemlich weich!

von Stefan F. (Gast)


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> In dem Beitrag von Harald ging es doch um die DC/DC-Wandler?!?!?
Ach so, jetzt hab ich's. Ich sage ja ich bin zu doof.

von Ach Du grüne Neune (Gast)


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hinz schrieb:
> 3,9V Z-Dioden sind ziemlich weich!

Stimmt, oder direkt den Optokoppler über hohe Widerstände und einem 
parallelgeschalteten Glättungskondensator flackerfrei an 230V~ 
anschließen. Dann entfällt auch der Bauraum für den 220nF Kondensator.

Jetzt hat die Schaltung aber fast nix mehr mit der Originalschaltung zu 
tun.

: Wiederhergestellt durch Moderator
von Mikki M. (mmerten)


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An und für sich ist das vom TO angedachte Konzept recht nett. Die 
Relais-Kontakte werden schon mal vor der Belastung durch heftigen 
Inrush-Current besonders bei C-Lasten (Schaltnetzteile) geschützt. 
Trotzdem würde ich dringend anraten sich erst einmal Relais der RT3xx 
Serie zu besorgen, und diese mal bei 16 Ampere Nennlast nachmessen in 
Bezug auf Verluste durch Übergangswiderstände auch nach >1000 
Schaltspielen. Ich vermute danach muß noch ein wenig an der 
Dimensionierung gefeilt werden ...

von Hardy F. (hflor)


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@Mikki,

hast Du mal in Stromstoßschalter von Eltako (ES12DX-UC) reingeschaut?
Außen steht 16A/250~, innen auf dem bistabilen Relais (in der Baugröße 
des RT314) stehen dann nur noch 10A/250~.

In ein paar Wochen werde ich mal ein Relais einige Schaltversuche machen 
lassen.

Danach kann ich mir mal einen KNX-Aktor zulegen und zerlegen, bis auf 
die von Gira habe ich noch keine Strompfadverluste gefunden. Bei Gira 
wollen sie mit 1W/Ausgang(3,9mOhm) auskommen.

Hardy

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