Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Gleichrichter Fragen


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Janosch (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Guten Abend,

Für eine kleinserie möchte ich ein Raspberry-Pi 4B in einem dafür 
gefertigten Gehäuse mit einem "I/O"-Shiels verbauen sowie einen kleinen 
Lüfter.

Der Raspberry-Pi verbraucht nach Messungen aus dem Internet bis zu 
900mA, somit nehme ich 1A für den RPi.

Einen 5V Lüfter (20mm) habe ich hier bei mir Zuhause mit ca. 50mA 
gemessen. Ärgert man den Lüfter etwas (z.b. den Finger draufhalten oder 
eine Münze mitdrehen lassen, steigt der Strom auf 100mA. Das kann ja in 
der Realität z.b. durch Staub passieren.

Mein I/O Shield verbaucht nur beim Schalten der Eingänge ca. 10mA pro 
Eingang, also rechne ich einfach mal mit nochmals 100mA.

Somit sollten 5V, 1.5A reichen. Das höchste anzunehmende maximum wären 
2A, somit 10W@5V

Als Wandler von der Eingangspsannung möchte ich den LMZM33604 einsetzen. 
Da ich aber diese Kleinserie möglichst flexibel haben möchte, wünsche 
ich mir das der LMZM33604 mit DC und AC versorgt werden kann. Da dieser 
aber nur DC kann, müsste davor ein Gleichrichter mit Kondensatoren. Die 
"Nennspannung" bei AC wäre ~24V aus einem Trafo (auf dem Trafo steht 
24VAC, 7.8A). Die DC-Versorung sollte mit 24VDC, 28VDC und optional auch 
12VDC möglich sein. Für den LMZM33604 also kein Problem.

Nun meine Fragen:

1.) Kann ich einen Gleichrichter mit Kondensatoren auch einfach per DC 
versorgen? Klar verliert man dann 1-2V über den Dioden, aber das wäre ja 
nicht Schlimm

2.) Wie kann ich bestimmen was für Dioden und was für Kondensatoren 
(welche Werte) ich einsetzen muss?


Grüsse Janosch

von hinz (Gast)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Janosch schrieb:
> (auf dem Trafo steht 24VAC, 7.8A)

Das wird arg eng für den LMZM33604. Nach der Gleichrichtung und Siebung 
können das 40V werden.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Janosch schrieb:
> .) Kann ich einen Gleichrichter mit Kondensatoren auch einfach per DC
> versorgen? Klar verliert man dann 1-2V über den Dioden, aber das wäre ja
> nicht Schlimm
Ja, allerdings musst du dann aufpassen, denn GND vom Netzteil ist über 
eine Diode mit dem GND deiner Schaltung verbunden.

> Die "Nennspannung" bei AC wäre ~24V aus einem Trafo (auf dem Trafo steht
> 24VAC, 7.8A).
Der hat also bei Nennlast eine Spannung von 24Vac. Bei Teillast werden 
das mehr, so dass du bei 2A auch mal 26Vac haben kannst. Und 26V*sqrt(2) 
sind dann 36,6V. Davon fallen noch 1,4V an den Gleichrichterdioden ab, 
verbleiben 35V. Der vorgesehene Regler kann bis 36V, da bleibt nicht 
viel Luft für eine mögliche Überspannung am Netz. Mir wäre das zu eng...

von Günni (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Das wird kritisch. Ein Trafo 24V der für 7,8 A ausgelegt ist, liefert 
bei kleinen Lasten meist eine höhere Spannung und wenn der auch noch aus 
der Zeit stammt, als die Netzspannung 220V war, ist die nochmals höher. 
Nach Gleichrichung erhält man am Siebelko eine Spannung, die grob 
abgeschätzt das 1,5-fache der Wechselspannung ist. (Genauer: Die 
Spannung mal 1,414 minus 2 Diodenflussspannungen.) Aber wenn man mit dem 
Faktor 1,5 rechnet, hat man ein wenig Sicherheit. Aber generell muss man 
mit einer Spannung 36 V rechnen, zumal auch die Netzspannung Toleranzen 
hat und somit auch mal etwas höher sein kann. Der LMZM33604 hat eine 
maximale Eingangsspannung von 36V und passt somit nicht zu diesem Trafo. 
Dass im Datenblatt unter "Absolute Maximum Ratings" eine Spannung von 42 
V angegeben ist, bedeutet nur, dass dann der Baustein nicht sofort 
defekt wird. Die spezifizierte Funktion kann man dann aber nicht mehr 
erwarten.

Soll die Schaltung statt von einem Trafo von einer Gleichstromquelle 
versorgt werden, kann man die am einfachsten an die 
Wechselspannungsanschlüsse des Brückengleichrichters anschließen. 
Beachten muss man dann nur, dass dann der Minuspol der Ausgangsspannung 
nicht mit dem Minuspol der Versorgung übereinstimmt. Wenn man das haben 
will, muss man etwas "tricksen". Aber das kann speziell bei Leuten mit 
wenig Erfahrung leicht daneben gehen.

von Janosch (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Lothar M. schrieb:
> Janosch schrieb:
>> .) Kann ich einen Gleichrichter mit Kondensatoren auch einfach per DC
>> versorgen? Klar verliert man dann 1-2V über den Dioden, aber das wäre ja
>> nicht Schlimm
> Ja, allerdings musst du dann aufpassen, denn GND vom Netzteil ist über
> eine Diode mit dem GND deiner Schaltung verbunden.
Wieso ist dies so? Ich dachte der GND der Schaltung entsteht am einen 
Pol des Brückengleichrichters?



>> Die "Nennspannung" bei AC wäre ~24V aus einem Trafo (auf dem Trafo steht
>> 24VAC, 7.8A).
> Der hat also bei Nennlast eine Spannung von 24Vac. Bei Teillast werden
> das mehr, so dass du bei 2A auch mal 26Vac haben kannst. Und 26V*sqrt(2)
> sind dann 36,6V. Davon fallen noch 1,4V an den Gleichrichterdioden ab,
> verbleiben 35V. Der vorgesehene Regler kann bis 36V, da bleibt nicht
> viel Luft für eine mögliche Überspannung am Netz. Mir wäre das zu eng...

Okay, dann lieber den LMZ360003 der würde bis 60V vetragen.

Wie kann ich die KOndensatoren/Dioden für den Gleichrichter berechnen?

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Janosch schrieb:
> Der Raspberry-Pi verbraucht nach Messungen aus dem Internet bis zu
> 900mA, somit nehme ich 1A für den RPi.

Nicht so knapp! Der Hersteller empfiehlt "You need a good-quality power 
supply that can supply at least 3A at 5V for the Model 4B"
https://www.raspberrypi.org/documentation/setup/

Bedenke, dass Schaltnetzteile im mittleren Bereich meist den besten 
Wirkungsgrad haben.

> möchte ich den LMZM33604 einsetzen

Der arbeitet mit 2,2 MHz! Hast du damit Erfahrung? Wenn nicht, dann 
suche dir lieber einen gutmütigen Schaltwandler mit 100 kHz aus.

Dein 24V Trafo wird (ohne Vollast) hinter dem Gleichrichter mehr als 40V 
liefern. So viel Spannung verträgt der Chip nicht.

> Wie kann ich bestimmen was für Dioden und was für
> Kondensatoren (welche Werte) ich einsetzen muss?

Der Kondensator muss die Leerlaufspannung des Trafos mal 1,4 aushalten, 
denn das ist die Höhe der Spitzenwerte der Sinuskurven. Die Dioden 
müssen den Strom aushalten. Die Dioden arbeiten immer paarweise im 
Wechsel, aber wegen des Kondensators werde sie nicht gleichmäßig 
belastet, sondern mit regelmäßigen Peaks. Bei sogenannten 
Gleichrichterdioden, wie die 1N400x wird das im Datenblatt 
berücksichtigt, dort findest du Beispiel-Rechnungen.

Ich mache es mir einfach: Wenn der Trafo 1A liefern kann, nehme ich 1A 
Dioden. Damit habe ich noch etwas Sicherheitsreserve drin.

Der Kondensator muss groß genug sein, um die Lücken zwischen de Wellen 
zu füllen. Als grobe Faustformel reicht in deinem Fall 1000µF pro 
Ampere.

von MaWin (Gast)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Janosch schrieb:
> 1.) Kann ich einen Gleichrichter mit Kondensatoren auch einfach per DC
> versorgen?

Ja, allerdings (stell dir vor der Gleichrichter besteht aus 4 
Einzeldioden) werden dabei nur 2 vom Strom durchflossen. Die Verluste 
teilen sich also nicht durch 4 sondern nur durch 2. Also solltest du 
einen Gleichrichter nehmen, drer nicht nur 1500mA aushält, sondern bei 
dem jede Diode 1500 aushält. Das muss jetzt kein 3000mA gelabelter 
Brückengleichrichter sein, aber mehr als 1500 schon (z.B. 2200).

Janosch schrieb:
> was für Kondensatoren

Wie bei einem Netzteil musst du einen ausreichend grossen Elko einbauen, 
damit die Spannung in den Pausen nicht unter die Mindestspannung fällt. 
Gleichzeitig muss er gross genug sein, um 1500mA Ripplestrom zu 
vertragen.

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

von Joachim B. (jar)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Janosch schrieb:
> sowie einen kleinen
> Lüfter.

warum?
kannst du nicht lüfterlos planen?
Willst du immer Staubflusen einsaugen oder den Lüfterausfall 
provozieren?
Nichts ist schlimmer als Winzlüfter lernten wir schon beim 486er!

Lothar M. schrieb:
> Ja, allerdings musst du dann aufpassen, denn GND vom Netzteil ist über
> eine Diode mit dem GND deiner Schaltung verbunden.

kann ein Fehler werden, dann sollte man doch eher einen isolierenden 
DC/DC Wandler nutzen um derlei (angehobenen GND) zu meiden.

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Dein 24V Trafo wird (ohne Vollast) hinter dem Gleichrichter mehr als 40V
> liefern. So viel Spannung verträgt der Chip nicht.

auch das!

Janosch schrieb:
> Raspberry-Pi 4B

für den gibt es auch schon passende gute Kühlkörper ohne unsichere 
Nervlüfter.
https://www.amazon.de/Metallgeh%C3%A4use-Raspberry-Aluminium-schnelle-K%C3%BChlk%C3%B6rper/dp/B07VMD25SK

von Janosch (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Stefan ⛄ F. schrieb:
> Janosch schrieb:
>> Der Raspberry-Pi verbraucht nach Messungen aus dem Internet bis zu
>> 900mA, somit nehme ich 1A für den RPi.
>
> Nicht so knapp! Der Hersteller empfiehlt "You need a good-quality power
> supply that can supply at least 3A at 5V for the Model 4B"
> https://www.raspberrypi.org/documentation/setup/

Ja, das ist mir bekannt, das ist aber meistens so gerechnet, das der 
User noch ein haufen anderes Zeugs wie USB-Geräte und z.b. Displaymodul 
oder sonstige Dinge anschliessen kann. Tests zeigen das bei CPU Vollast 
um die 850mA benötigt werden. Die Module welche ich zu Auswahl habe, 
können >=2A liefern


>> möchte ich den LMZM33604 einsetzen
>
> Der arbeitet mit 2,2 MHz! Hast du damit Erfahrung? Wenn nicht, dann
> suche dir lieber einen gutmütigen Schaltwandler mit 100 kHz aus.

Ja hierbei Handelt es sich nicht um einen reinen Schaltwandler, sondern 
um komplett fertige Module, was gerade für Kleinserien meist einfacher 
und sogar günstiger kommt. Texas bringt meist gute Layout examples, 
welche bei mir immer fuktioniert haben (bis jetzt). Es gibt eine ganze 
Reihe solcher Module




Joachim B. schrieb:
> Lothar M. schrieb:
>> Ja, allerdings musst du dann aufpassen, denn GND vom Netzteil ist über
>> eine Diode mit dem GND deiner Schaltung verbunden.
>
> kann ein Fehler werden, dann sollte man doch eher einen isolierenden
> DC/DC Wandler nutzen um derlei (angehobenen GND) zu meiden.
Das Verstehe ich immernoch nicht ganz. Der GND welcher am Gleichrichter 
erzeugt wird, ist doch für den Raspberry der GND welchen er benötigt. 
Also der GND des Gleichrichters ist ja mit dem GND des RPi verbunden. 
Eigentlich so wie ein Steckernetzteil. Es gibt ja mittlerweilen 
Steckernetzeile welche auch mit z.b. 120VDC laufen können.

> für den gibt es auch schon passende gute Kühlkörper ohne unsichere
> Nervlüfter.
> 
https://www.amazon.de/Metallgeh%C3%A4use-Raspberry-Aluminium-schnelle-K%C3%BChlk%C3%B6rper/dp/B07VMD25SK

Damit entfällt aber das eigene Gehäuse. Ich habe einen Liefranten in CN, 
welcher eine ganze Palette von Alu-Standartgehäusen für RPi's anbietet, 
diese sind auch etwas breiter, höher oder länger verfügbar und 
indiviualisierbar. Wenn ich ein Standartgehäuse einsetze, brauche ich ja 
wiederum ein Verbindungskabel und ein weiteres Gehäuse für die 
Tochterplatine. Alles in einem Gehäuse wäre natürlich schöner.

Gibt es allenfalls die Möglichkeit irgendwie einen Kühlkörper darauf zu 
montieren?

von Bjoern B. (per)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Achtung!!!
Ein Rasperry Pi laeuft nicht mit 5V.
Erst ab 5.1 V zeigt er keinen Unterspannungsfehler mehr an.

gruss,
Björn

von Joachim B. (jar)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Janosch schrieb:
> Das Verstehe ich immernoch nicht ganz. Der GND welcher am Gleichrichter
> erzeugt wird, ist doch für den Raspberry der GND welchen er benötigt.
> Also der GND des Gleichrichters ist ja mit dem GND des RPi verbunden

dann zeichne doch mal was wirklich alles angeschlossen ist!

Deine Netzteile werden nicht nur den PI versorgen und der PI steuert 
irgendwie Pumpen, Relais, oder anderes und die Ansteuerschaltungen 
liegen beziehen sich dann auf PI GND und diese ist durch die 
Gleichrichter Dioden um 0,7V angehoben und hat mit dem Netzteil GND vor 
Brückengleichrichter nichts mehr zu tun!

Janosch schrieb:
> mit DC und AC

ist ein schwacher Plan wenn keiner weiss wie es weitergeht!

: Bearbeitet durch User
von Janosch (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Also etwas mehr Info zum Projekt

Der Raspberry-Pi soll dazu verwendet werden, Schaltwerte direkt an einen 
Online-System zu senden. Aktuell werden Geräte vom Typ "Avanttech Adam 
6060" eingesetzt, diese sind aber nicht sehr intelligent, daher benötigt 
es nochmals einen Computer, welcher den Adam6060 ausliest und dann dann 
als Webrequest weitersendet.

Daman für den Preis eines Adams eine fix fertige Lösung mit RPi, ohne 
zusätzlichen PC lösen kann. Soll dies so gemacht werden.

Auf der "Zusatzplatine" werden nur sehr wenige Bauteile sein

- Gleichrichter
- DC/DC Wandler
- Dipswitch (an 3v3 des RPi)
- 7 LED (an 3v3 des RPi)
- 4 Optokoppler

Die 4 Optokoppler sind auf eine 12-polige Phönix-Steckerleiste 
verbunden. Die Restlichen 4 Kontakte wären für je 2xVin/AC und 2xGND/N

Wichtig ist voralle das es möglichst aus "einem Guss" ist, also keine 
Zusammensteckerei mit verschiedenen Modulen und Erweiterungsplatinen.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.