Leistungsnetzteil Frage

[Thomas Laepple]

Hallo,

ich kenne mich recht wenig mit Elektronik aus und wollte mich vor dem
teuren Kauf gerne mit euch beraten.

Dies sind meine Überlegungen nach der DSE-Faq

Für den Betrieb von 6x24Vx250W Halogenlampen mit je vorgeschalteten
von einem Mikroprozessor gesteuerten Dimmer (über MosFet PWM, 5KHZ)
muss ich mir ein Netzteil bauen.

Eigentlich reicht eine unstabilisierte halbwegs glatte Gleichspannung
aus. Nur wenn ich damit mehrere Kanäle aus einem Netzteil speise
werden sind die Lampenhelligkeiten nicht mehr voneinander unabhängig
(logischerweise).

Ich denke es ist billiger dies Kanäle aus getrennten Netzteilen zu
speisen, als die Spannung zu stabilisieren da ich beim stabilisieren
wieder stärkere Netzteile, viel Kühlung etc. brauche. Oder gibt es
eine günstigere Variante ?

1.) Frage: Zwei unabhängige Kanäle aus einem Ringkerntrafo möglich ?

Sind bei Netzteilen (z.B Ringkerntrafos) die zwei Wicklungen
unabhängig voneinander (Im Bezug auf Spannungsabfall bei Belastung) ?

Kann ich also ein 2x18V Ringkerntrafo nehmen und damit nach zwei
getrennten Gleichrichtern + Kondensatoren zwei Kanäle unabhängig
betreiben ?
(Nach Glättung hätte ich 18*1.41-Spannungsabfall ca. 2x 23-24V ?)

2.) Frage: Stimmt die Dimensionierung der Trafos ?

Je zwei Kanäle also 2x250W 24V Lampen an einem Trafo.
Nach Berechnung von
http://www.atc-frost.com/products/design/va.htm#FWB (Link aus DSE-FAQ)

werden 760VA benötigen. [Schaltung Full Wave Bridge + Capacitor: Watts
= 2x250,Idc=2x11A, VA = 1.4x(Watts + 2xIdc) ]

Also am Ende 3x[ 800VA 2x18V ] Ringkerntrafos.

3.) Einschaltsrombegrenzung:

Reicht es auf der Sekundärseite über ein Relais den vollen Laststrom
erst
einzuschalten sobald der Kondensator voll ist ?
Oder muss ich auf der Primärseite etwas einbauen.

Würde es reichen wenn ein Trafo jeweils den anderen einschaltet indem
ein Relais
auf der Sekundärseite des 1ten (2ten) Trafos den 2ten (3ten)
einschaltet ?

Vielen Dank für eure Hilfe


Thomas Laepple

 

[Uwe Hercksen]

Thomas Laepple schrieb:

1.) Frage: Zwei unabhängige Kanäle aus einem Ringkerntrafo möglich ?

Sind bei Netzteilen (z.B Ringkerntrafos) die zwei Wicklungen
unabhängig voneinander (Im Bezug auf Spannungsabfall bei Belastung) ?

Kann ich also ein 2x18V Ringkerntrafo nehmen und damit nach zwei
getrennten Gleichrichtern + Kondensatoren zwei Kanäle unabhängig
betreiben ?

Hallo,

wenn die zwei Sekundärwicklungen fast unabhängig voneinander sein
sollen, dann müsste die Primärwicklung (Drahtdurchmesser) und die
Kerngrösse des Trafos deutlich überdimensioniert sein.
Stelle Dir zwei getrennte Ringkerntrafos vor denen man primär einen
gemeinsamen Vorwiderstand vorschaltet. Ist dieser Vorwiderstand zu gross
sind die beiden Sekundärspannungen auch nicht mehr unabhängig voneinander.

Bye

 

[Marcel Müller]

Thomas Laepple wrote:

Kann ich also ein 2x18V Ringkerntrafo nehmen und damit nach zwei
getrennten Gleichrichtern + Kondensatoren zwei Kanäle unabhängig
betreiben ?
(Nach Glättung hätte ich 18*1.41-Spannungsabfall ca. 2x 23-24V ?)

Naja, eher 20-30 Volt, je nach Last. (Leerlauffaktor und
Spannungseinbruch unter Vollast nicht vergessen.)

Je zwei Kanäle also 2x250W 24V Lampen an einem Trafo.
Nach Berechnung von
http://www.atc-frost.com/products/design/va.htm#FWB (Link aus DSE-FAQ)

werden 760VA benötigen. [Schaltung Full Wave Bridge + Capacitor: Watts
= 2x250,Idc=2x11A, VA = 1.4x(Watts + 2xIdc) ]

Schon, aber sowas macht man nicht mit einem *Gleichrichter*. Der
örtliche Stromversorger hätte da was dagegen...
Ohne PFC darf die Leistungsklasse mit klassischer Gleichrichtung
jedenfalls nichts verkauft werden.

3.) Einschaltsrombegrenzung:

Reicht es auf der Sekundärseite über ein Relais den vollen Laststrom
erst
einzuschalten sobald der Kondensator voll ist ?
Oder muss ich auf der Primärseite etwas einbauen.

Primärseitig! Die Ringkerntrafo's sind viel schlimmer, als eine /mäßig/
geglättete Last. Wenn man die auf dem falschen Fuß einschaltet, fährt
der Kern in die Sättigung und das Licht ist aus, da dann (fast) nur noch
der Gleichstromwiderstand der Primärwicklung wirkt. Vor allem, wenn sie
nur kurz aus waren, und die Sekundärelkos noch voll sind (z.B. mangels
Last).

Würde es reichen wenn ein Trafo jeweils den anderen einschaltet indem
ein Relais
auf der Sekundärseite des 1ten (2ten) Trafos den 2ten (3ten)
einschaltet ?

Naja, kommt auf die Sicherung an. Eine 63er fliegt wegen ein paar 800VA
Trafos nicht gleich raus...

Besser gefällt mir da die Variante mit den Widerständen im Primärkreis,
die von einem Relais überbrückt werden. Wenn irgendwas schiefgeht
rauchen die allerdings ab (was durchaus erwünscht sein kann).
In jedem Fall sind sie für kapazitive und induktive Lastkomponenten wirksam.


Muß es denn ums zerplatzen 24V DC im Lastkreis sein?
Würde es nicht reichen 24V /ungeglätteten/ Gleichstrom in den Lastkreis
zu schaffen und mit 5kHz zu zerhaken? Die Wirkleistung wäre die gleiche,
die 100Hz sieben 250W Strahler mühelos aus, das PFC-Problem wäre gelöst,
die Spannungsstabilität wäre besser und die Trafos müßten nur noch 500VA
können, da sie jetzt praktisch an ohmscher Last laufen. (Sie müssen
jetzt natürlich 24V AC haben)
Ich würde dann nur Siebelkos einbauen, die gerade so die 5kHz vom
Zerhacker glätten (so 15-20mF pro 500W, auf ESR achten!!!)

Alternative B ist ein halbwegs stabilisiertes SMPS. Damit bekommt man
auch alle 3 Lastkreise auf einmal hin. Allerdings ist in der Lastklasse
Half-Bridge oder Full-Bridge fällig, und es ist weiß Gott kein
Einsteiger-Projekt.


Marcel

 

[MaWin]

"Thomas Laepple" <thomas.laepple@iup.uni-heidelberg.de> schrieb im Newsbeitrag
news:2d76eff0.0408310544.5fce46e7@posting.google.com...

Für den Betrieb von 6x24Vx250W Halogenlampen mit je vorgeschalteten
von einem Mikroprozessor gesteuerten Dimmer (über MosFet PWM, 5KHZ)
muss ich mir ein Netzteil bauen.

24V klingt also wie eine ziemlich bloede Idee. DieTrafos sind gross
und teuer und verbraten sinnlos Leistung so das der Wirkungsgrad sinkt.
Warum nicht 230V Lampen ?
Und wenn schon 24V, muessen die denn netzgetrennt sein ?
Du koenntest auch die 230V per PWM an die Lampe schalten, es darf
dann halt (im 325V Scheitel) die Lampe nicht laenger als 5.5% der
Zeit an diese hohe Spannung gelegt werden. Aber da du sowieso mit
so sinnlos hohen 5kHz schalten wolltest, ist Geschwindigkeit ja
nicht dein Problem.
Und wenn man die exorbitant hohen Stromimpulse vermeiden will, und
das will man schon aus Entstoergruenden, kommt eine Drossel in die
Zulietung jeder Lampe, die begrenzt die PWM-Impulse auf schoen
langsam steigenden und fallenden Strom (man braucht dann aber
MOSFETs hoeherer Spannungsfestigkeit und Freilaufdioden).
Bei 6 Lampen kommen alle zeitlich nacheinander an's Netz, damit die
Peak-Stromaufnahme nicht zu hoch wird, und man sollte synchron zur
Netzspannung arbeiten, damit sich keine Schwebungseffekte ergeben,
ausserdem kann man gleich die Einschaltdauer korrekturrechnen.

So eine direkte PWM-Schaltung waehre vor allem BILLIG und klein
und kostet kaum Verlustleistung.
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

 

[Stefan Rehm]

Thomas Laepple wrote:

Für den Betrieb von 6x24Vx250W Halogenlampen mit je vorgeschalteten
von einem Mikroprozessor gesteuerten Dimmer (über MosFet PWM, 5KHZ)
muss ich mir ein Netzteil bauen.

Eigentlich reicht eine unstabilisierte halbwegs glatte Gleichspannung
aus. Nur wenn ich damit mehrere Kanäle aus einem Netzteil speise
werden sind die Lampenhelligkeiten nicht mehr voneinander unabhängig
(logischerweise).

Hallo,

wenn die PWM-Endstufen alle vom selben Prozessor gesteurt werden, kannst Du
das doch durch Software rausrechnen. Miss die Leerlaufspannung und dann die
bei alle Lampen voll an. Nun kannst Du einen Korrekturfaktor berechnen,
bezogen auf 6x100% PWM-Einschaltdauer. Wenn Du nun z.B. an den Lampen 10%,
20%, 30%, 40%, 50% haben willst, addierst Du das zu 150%. Nun muß jede
Lampe mit (150% / 600%) * Korrekturfaktor * gewünschte Helligkeit
angesteuert werden (wenn ich mich nicht verrechnet habe, ich hoffe mal, die
Idee ist meiner Darstellung entnehmbar ;-).
Natürlich kann es sein, daß das Ganze alles andere als linear abläuft, z.B.
wird wohl der durchschnittliche Trafo nicht unbedingt linear mit
zunehmender Last in die Knie gehen (was man durch beliebig komplizierte
Korrekturtabellen/-Funktionen aus entsprechenden Messungen ja lösen kann)
usw., aber vielleicht käme es ja auf einen Versuch an, wenn Du die Teile
schon alle hast. Software im Mikroproz. kostet ja "nur" Hirnschmalz...

Gruß,
Stefan

 

[Thomas Laepple]

Uwe Hercksen <hercksen@mew.uni-erlangen.de> wrote in message news:<41348A56.4090108@mew.uni-erlangen.de>...

Hallo,

wenn die zwei Sekund rwicklungen fast unabh ngig voneinander sein
sollen, dann m sste die Prim rwicklung (Drahtdurchmesser) und die
Kerngr sse des Trafos deutlich berdimensioniert sein.
Stelle Dir zwei getrennte Ringkerntrafos vor denen man prim r einen
gemeinsamen Vorwiderstand vorschaltet. Ist dieser Vorwiderstand zu gross

sind die beiden Sekund rspannungen auch nicht mehr unabh ngig voneina
nder.

Danke für diese Überlegung. Die Frage ist nur noch wie stark der
Spannungsabfall jeweils von Primär und Sekundärseite abhängt.
Aber vermutlich muss ich wohl doch eher 6 kleine Trafos
verwenden.

Gruss

Thomas

 

[TekMan]

Marcel Müller <news.5.maazl@spamgourmet.org> wrote in message news:<2pjimbFlmr9lU1@uni-berlin.de>...

Thomas Laepple wrote:
...snippety..
Muß es denn ums zerplatzen 24V DC im Lastkreis sein?
Würde es nicht reichen 24V /ungeglätteten/ Gleichstrom in den Lastkreis
zu schaffen und mit 5kHz zu zerhaken? Die Wirkleistung wäre die gleiche,
die 100Hz sieben 250W Strahler mühelos aus, das PFC-Problem wäre gelöst,
die Spannungsstabilität wäre besser und die Trafos müßten nur noch 500VA
können, da sie jetzt praktisch an ohmscher Last laufen. (Sie müssen
jetzt natürlich 24V AC haben)
Ich würde dann nur Siebelkos einbauen, die gerade so die 5kHz vom
Zerhacker glätten (so 15-20mF pro 500W, auf ESR achten!!!)

Alternative B ist ein halbwegs stabilisiertes SMPS. Damit bekommt man
auch alle 3 Lastkreise auf einmal hin. Allerdings ist in der Lastklasse
Half-Bridge oder Full-Bridge fällig, und es ist weiß Gott kein
Einsteiger-Projekt.


Marcel

Speziell für Alternative B: Da gibt's von Siemens
einigermßenpreiswerte SMPS für den Steurungsbau. z.B. 24V/40A. Kan man
zwischne 22 und 30 volt reglen, um Leitungsverluste etwas
auszugleichen.
Allerdigns benötigt man bei 6 derartigen Halogenlampen wohl gleich 2
davon.

Und natürlich die typischen 24V Boligen aus dem Schaltschrankbau
(3-Phasenstrom, Eisentrafo, etc.)

vorteile:
Beide Lösungen sind oft sehr preiswert zu bekommen (als gebrauchtware
oder im Surplus-Verkauf). Man bekommt eine x-Fach erprobte Lösung und
kann sich drauf verlassen, daß es funktioniert.

Nachteile: Man muß etwas danach suchen und man benötigt 3-Phasenstrom.

hth,
Andreas

 

[Uwe Hercksen]

Thomas Laepple schrieb:

Danke für diese Überlegung. Die Frage ist nur noch wie stark der
Spannungsabfall jeweils von Primär und Sekundärseite abhängt.
Aber vermutlich muss ich wohl doch eher 6 kleine Trafos
verwenden.

Hallo,

üblicherweise dimensioniert man den Drahtdurchmesser für die Primär- und
Sekundärwicklung so das die ohmschen Verluste in den Wicklungen auf
beiden Seiten in etwa gleich gross sind.

Manchmal werden ja von den Trafoherstellern Diagramme angegeben die den
Spannungsabfall zwischen Leerlauf und Volllast zeigen.
Da dürfte die Rückwirkung zwischen zwei Sekundärwicklungen etwas über
der halben Steigung der Kurve liegen. Etwas darüber deshalb weil ja der
Kern von beiden Wicklungen belastet wird.

Bye

 

[Thomas Laepple]

Vielen Dank für eure zahlreichen Antworten.

24V mit Netztrennung sollten es sein, da dass ganze in einer
Kunstinstallation
öffentlich ausgestellt wird, und ich ohne Netztrennung noch mehr
Sicherheitsbedenken habe.


@Marcel: Erst nach der PWM Steuerung etwas zu glätten klingt
einleuchtend. Ich
hatte ohne Glättung vor der PWM bei meinen Experimenten nur Probleme
bei kleinen Helligkeiten. Dort war das Licht etwas flackernd.
Eventuell durch Schwebung durch Interferenz mit den 50Hz. Nach der PWM
zu glätten hatte ich noch nicht versucht.
Die Einschaltstrombegrenzung werde ich also primär einbauen. Ich hatte
bis jetzt nur Sorgen vor dem schmorenden Widerstand im Falle eines
Problems. Aber wenn der gut eingebaut wird wirkt er einfach als
Zusatzsicherung.

Schon, aber sowas macht man nicht mit einem *Gleichrichter*. Der
örtliche Stromversorger hätte da was dagegen...
Ohne PFC darf die Leistungsklasse mit klassischer Gleichrichtung
jedenfalls nichts verkauft werden.

Bekomme ich / der Stromversorger / oder das Netz (Zähler etc) bis zur
Anlage bei 1500W gleichgerichteter Leistung schon irgendwelche
Probleme ?





@Andreas: Die Siemens SMPS klingen gut. Brauchen diese auch
3-Phasenstrom. Irgendwelche Hinweise wo ich die Suche beginnen kann ?


@MaWin: Die Netztrennung ist mir schon wichtig. Aber das
synchronisieren mit den 50Hz klingt interessant. Irgendwelche Hinweise
wie dies am besten zu realisieren ist ?. Das Problem ist, dass der
Prozessor schon halbwegs beschäftigt ist, da er zusätzlich noch sechs
Schrittmotoren ansteuert, und dies alles synchron zum Licht.


@Stefan: Gute Idee. Ich werde mal einen Versuch wagen. Da das ganze
schon läuft (Nur bis jetzt aus vier alten Computernetzteilen gespeist
und 4x75W 12V Lampen) kann ich dies mal mit einem Halogentrafo testen.

 

[Marcel Müller]

Thomas Laepple wrote:

@Marcel: Erst nach der PWM Steuerung etwas zu glätten klingt
einleuchtend.

Ich meinte nicht nach der PWM. Ich meinte schon davon, aber von der
auslegung so, daß die Rückwirkung der 5kHz verhindert wird und mehr
nicht. Die angegebene Dimensionierung würde den 100Hz-Halbwellen
weitgehend folgen.

Ich
hatte ohne Glättung vor der PWM bei meinen Experimenten nur Probleme
bei kleinen Helligkeiten. Dort war das Licht etwas flackernd.
Eventuell durch Schwebung durch Interferenz mit den 50Hz.

Möglich. Allerdings sollte das bei 5kHz eigentlich im Bereich <1%
liegen. Aber Synchronisation hilft.

Nach der PWM zu glätten hatte ich noch nicht versucht.

Halte ich auch für sinnlos (s.o.) - jedenfalls bei der Frequenz.

Bekomme ich / der Stromversorger / oder das Netz (Zähler etc) bis zur
Anlage bei 1500W gleichgerichteter Leistung schon irgendwelche
Probleme ?

Weiß ich nicht.
Aber alleine der Kostenaspekt:
- für eine Glättung braucht es selbst bei 10% Ripple schon insgesamt
0,25 Farad!
- größere Trafos bei Gleichrichtung

@Andreas: Die Siemens SMPS klingen gut. Brauchen diese auch
3-Phasenstrom. Irgendwelche Hinweise wo ich die Suche beginnen kann ?

Sicher nicht. Würde ich überlegen, denn damit wären die meisten Probleme
sofort gelöst.

@MaWin: Aber das
synchronisieren mit den 50Hz klingt interessant. Irgendwelche Hinweise
wie dies am besten zu realisieren ist ?.

Ein Signal von einem Mini-Trafo mit etwa 24V mit einem Clamping-Netz an
einen Eingang des ľC leiten, dann hat er Zugriff auf die Netzfrequenz.
(Es geht auch nit weniger V, aber dann muß man dem Signal ein Bias von
ca. 2V verpassen.

Der Rest wäre eine PLL in software, aber...

Das Problem ist, dass der
Prozessor schon halbwegs beschäftigt ist, da er zusätzlich noch sechs
Schrittmotoren ansteuert, und dies alles synchron zum Licht.

Man kann ihn entlasten, wenn man die Schaltfrequenz senkt. Im
einfachsten Fall auf 100Hz. Das ist (wie von MAWin angedeutet) völlig
hinreichend. Dann muß man ab jeder Taktflanke des Sync-Eingangs
(Pegelwechsel) nur die Zeit zwischen 0 und 100ms laufen lassen. Gibt man
100ms lang Saft, heißt das volle Helligkeit. (natürlich nichtlinear,
aber das ist die Lampe auch)
Ich würde übrigens, falls die Lampen länger halten sollen, die Leistung
nie unter 10% fahren. Da kommt eh noch nichts erkennbares raus, aber die
Lebensdauer dank es. Das kann man zusammen mit der Linearisierung von
oben über eine einfache Lookup-Tabelle realisieren.


Marcel