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§ 17

Gleichrichter und Glättung: DC-Spannung und Welligkeit

Wie viel Welligkeit bekomme ich, und ist der Glättungskondensator groß genug?

Antwort: Ein lineares Stromversorgungsgerät besteht aus Transformator, Gleichrichter und Glättungskondensator. Der Rechner findet die Spitzenspannung nach den Dioden, wie sehr die Spannung zwischen den Ladungsimpulsen abfällt (Welligkeit) und die niedrigste Spannung, die die Regelung nach der Versorgung sieht.

Formel

Spidsspænding: Û = U_AC · √2 − antal dioder i strømvejen · U_diode

Rippel (spids til spids): ΔU ≈ I / (f_r · C), hvor f_r = f_net ved halvbølge og 2 · f_net ved helbølge

Laveste spænding = Û − ΔU. Middelspænding ≈ Û − ΔU / 2

Die Annäherung geht davon aus, dass der Kondensator die ganze Zeit mit konstanter Stromstärke entladen wird. Das ergibt eine etwas zu große Welligkeit, also auf der sicheren Seite.

Symbole und Einheiten in der Formel
SymbolBedeutungEinheit
u_acSekundärspannung des Transformators (Effektivwert)V
typeGleichrichter—
udSpannungsabfall pro DiodeV
i_maBelastungsstrommA
c_ufGlättungskondensatorµF
f_netNetzfrequenzHz
=Ripple-Spannung (Spitze zu Spitze)V
=Spitzespannung nach den DiodenV
=Niedrigste Spannung im WellentalV
=Mittlere Spannung (DC)V
=Ripple-FrequenzHz

Gültigkeit und Quelle

Quelle
Fachanmerkung: Einweg- und Zweiweggleichrichter, Innenwiderstand und Welligkeit

Gilt nicht, wenn

  • Die Sekundärspannung des Transformators ist die Nennspannung unter Last. Im Leerlauf ist sie typisch 5-15 % höher, und der innere Widerstand des Transformators zieht die Spitzenspannung unter Last herunter. Überprüfe den minimalen Spannungsunterschied des Reglers (Dropout) gegen die niedrigste Spannung in der Wellentalle.

Rechenbeispiel

Die eigenen Standardwerte des Rechners sind eingesetzt. Die Zahlen sind mit genau der Formel berechnet, die das Werkzeug verwendet.

Sat ind

  • Sekundärspannung des Transformators (Effektivwert)12 V
  • Gleichrichter2
  • Spannungsabfall pro Diode0,70 V
  • Belastungsstrom500 mA
  • Glättungskondensator2.200 µF
  • Netzfrequenz50 Hz

Geber

  • Ripple-Spannung (Spitze zu Spitze)2,27 V
  • Spitzespannung nach den Dioden15,57 V
  • Niedrigste Spannung im Wellental13,30 V
  • Mittlere Spannung (DC)14,43 V
  • Ripple-Frequenz100 Hz

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Sådan bruger du den

Når du reparerer eller bygger en lineær strømforsyning, skal du vide, om glatningskondensatoren er stor nok, og om spændingen holder sig over regulatorens mindste indgangsspænding i bunden af rippeldalen. Beregneren regner fra transformerens AC-spænding til jævnspænding med rippel.

Schritt für Schritt

  1. Indtast transformerens sekundærspænding fra mærkaten, ensrettertypen og diodefaldet.
  2. Gang AC-spændingen med √2 og træk diodefaldene fra. Det giver spidsspændingen.
  3. Del belastningsstrømmen med ripplefrekvensen gange kapacitansen. Det giver rippel fra spids til spids.
  4. Træk ripplen fra spidsspændingen. Det er den laveste spænding, regulatoren ser.
  5. Sammenlign med regulatorens udgangsspænding plus dropout i databladet.

Typische Fehler

  • At regne med 12 V DC ud af en 12 V-transformer. Spidsværdien er √2 gange større, minus diodefaldene.
  • At glemme, at brokoblingen har to dioder i strømvejen. Det koster ca. 1,4 V.
  • At se på middelspændingen i stedet for dalen. Det er den laveste spænding, der får regulatoren til at slippe.
  • At udskifte en elektrolyt med en mindre kapacitans eller lavere spændingsklasse.

Beispiele aus dem Alltag

12 V-transformer til en 7812

En gammel forsyning med 12 V-transformer, brokobling og 2.200 µF skal levere 500 mA gennem en 7812. Regulatoren skal have ca. 2 V mere ind, end den giver ud, altså mindst ca. 14 V.

Sekundärspannung des Transformators (Effektivwert)
12 V
Gleichrichter
Brückenkopplung, Vollwelle (2 Dioden in der Strombahn)
Spannungsabfall pro Diode
0,7 V
Belastungsstrom
500 mA
Glättungskondensator
2.200 µF
Netzfrequenz
50 Hz

Es bedeutet: Spidsspændingen er 15,57 V, men ripplen er 2,27 V, så dalen når ned på 13,3 V. Det er under de 14 V, og udgangen får brum ved fuld last.

Samme forsyning med 4.700 µF

Du skifter glatningskondensatoren til 4.700 µF og regner igen.

Sekundärspannung des Transformators (Effektivwert)
12 V
Gleichrichter
Brückenkopplung, Vollwelle (2 Dioden in der Strombahn)
Spannungsabfall pro Diode
0,7 V
Belastungsstrom
500 mA
Glättungskondensator
4.700 µF
Netzfrequenz
50 Hz

Es bedeutet: Ripplen falder til 1,06 V, og den laveste spænding er nu 14,51 V. Det holder regulatoren over sin dropout.

Halvbølge i stedet for bro

En billig adapter bruger kun én diode. Med samme transformer, 4.700 µF og 500 mA ser du, hvad det betyder.

Sekundärspannung des Transformators (Effektivwert)
12 V
Gleichrichter
Halbwelle (1 Diode)
Spannungsabfall pro Diode
0,7 V
Belastungsstrom
500 mA
Glättungskondensator
4.700 µF
Netzfrequenz
50 Hz

Es bedeutet: Ripplefrekvensen er kun 50 Hz, og ripplen bliver 2,13 V. Halvbølge giver dobbelt så meget rippel som bro ved samme kondensator.

Faustregel

Ved brokobling på 50 Hz giver 1 A gennem 10.000 µF ca. 1 V rippel. Halv strøm eller dobbelt kapacitans halverer ripplen.

So überprüfst du die Antwort

Mål på glatningskondensatoren med et oscilloskop på AC-kobling ved fuld last. Spids til spids skal ligge tæt på eller lidt under det beregnede.