Afvlakcondensator / piekstromen

Hallo,

Ik heb een beetje hulp nodig bij het berekenen van de juiste afvlakcondensator voor een gereguleerde voeding.

De voeding wordt gestabiliseerd op 12Vout/1Amax d.m.v. een TPS7A4700 regulator.

De volgende berekeningen heb ik gemaakt (correct me if i'm wrong):

Ueff = de piekwaarde van de rms spanning
Ur = rimppelspanning
Spanningsval om de regulator goed te laten werken = 1V
Cf = Afvlakcondensator

Bij 12V trafo:
Ueff = 1,41*12-1,4 = 15,52V
Ur mag max. = 15,52 - 13 = 2,5V
Ik rond deze af naar 1V rimpel, de C berekening:
Cf = 0,01*1/1 = 10.000uF

Bij 15V trafo:
Ueff = 1,41*15-1,4 = 19,65V
Ur mag max. = 19,65 - 13 = 6,75V
Ik rond deze af naar 5V rimpel, de C berekening:
Cf = 0,01*1/5 = ~ 2200uF

Op de website van Ti heb ik de specs bekeken van de regulator en daar komt naar voren dat de 19V input bij gebruik makend van een 15V trafo te hoog is voor de regulator waardoor ik terug moet naar de 12V trafo.
Nu komt het probleem waar ik een beetje hulp bij nodig heb.
Hoe groot wordt de stroom door de trafo en gelijkrichter als ik 10.000uF ga gebruiken?
Kan ik daar de trafo en gelijkrichter op aanpassen (hogere wattages) zodat deze niet kapot gaan of is er een betere oplossing?

Alvast bedankt.

volgens mij zijn die condensatoren te groot. hoe bereken je die?

de formule die ik ken is Ur = I / (2*f*C)
in u eerste geval is de rimpel dan 1A / (2*100Hz*0.01F) = 0.5Vrimpel.

een vuistregel is 2000µF per ampere stroom.

ik hou van werken ..., ik kan er uren naar kijken

Ic = C * (dU / dt)
Ic is de stroom door de condensator in ampère
C is de capaciteit van de condensator in farad
dU / dt is de verandering van de spanning over de condensator in volts per seconde;
dU is de rimpelspanning en dt is doorgaans 0,01 seconde.

Vereenvoudigd: C = Ic * 0,01 / dU

Voorbeeld, een ripplespanning van 0,5V:
C = 1 * 0,01 / 0,5 = 20.000µF

dU = Ic * 0,01 / C
dU = 1 * 0,01 / 20.000µF = 0,5V

Als ik uitga van 2000µF:
dU = 1 * 0,01 / 2000µ = 5V.
Bij gebruik van 12V voeding komt dit dus onder de drempelwaarde van de regulator.

[Bericht gewijzigd door Henry S. op donderdag 4 juni 2015 19:28:25 (23%)

Je rond 2.5V af naar 1V, dus een factor 2.5. Dus met 10000/2.5 = 4000, laten we zeggen 4700uF kom je ook uit. Het gaat in zoverre niet om de rimpel, maar om dat de laagste spanning nog hoog genoeg is voor de LDO.

De piekstroom krijg je alleen bij inschakelen, en kun je met de wet van Ohm berekenen, je moet dan de spanning door de weerstand van de wikkeling en de ESR van de elko's delen, en kijken naar de non-repetitive peak current rating van je diode.

kingpin, je zit met een fout in frequentie. enkelzijdige gelijkrichting is 50hz rimpel, dubbelzijdig is 100hz. je hebt dus een kleinere condensator nodig op die 100Hz (de fout zit ergens in die volts/seconde dat je gebruikt voor dU).

daarom kom ik aan 0.5V rimpel met een 10 000µF en jij aan 1.0V

[Bericht gewijzigd door fcapri op donderdag 4 juni 2015 14:38:34 (13%)

ik hou van werken ..., ik kan er uren naar kijken

Op 4 juni 2015 14:08:47 schreef sdk:
Je rond 2.5V af naar 1V, dus een factor 2.5. Dus met 10000/2.5 = 4000, laten we zeggen 4700uF kom je ook uit. Het gaat in zoverre niet om de rimpel, maar om dat de laagste spanning nog hoog genoeg is voor de LDO.

dU = Ic * 0,01 / C
dU = 1 * 0,01 / 4700 = 2,1Vpp dat moet dus idd net lukken, alhoewel mijn voorkeur voor een iets lagere rimpel zou gaan, dan zou 6800uF zeker kunnen.

De piekstroom krijg je alleen bij inschakelen, en kun je met de wet van Ohm berekenen, je moet dan de spanning door de weerstand van de wikkeling en de ESR van de elko's delen, en kijken naar de non-repetitive peak current rating van je diode.

Thanks!
Dat moet ik even uitzoeken hoe ik dat bereken.
Suggesties (formule) etc?

Op 4 juni 2015 14:37:58 schreef fcapri:
kingpin, je zit met een fout in frequentie. enkelzijdige gelijkrichting is 50hz rimpel, dubbelzijdig is 100hz. je hebt dus een kleinere condensator nodig op die 100Hz (de fout zit ergens in die volts/seconde dat je gebruikt voor dU).

daarom kom ik aan 0.5V rimpel met een 10 000µF en jij aan 1.0V

De rimpelspanning is de verandering van spanning tussen twee toppen van de gelijkgerichte spanning,oftewel dU/dt, waarbij dt gelijk is aan ongeveer een honderste seconde (de tijd tussen twee toppen van een dubbelfasig gelijkgerichte wisselspanning van 50Hz).

Dit vinden we door de formule als volgt om te werken:
dU / dt = Ic / C

dus

dU / 0,01 = Ic / C

dus

dU = 0,01 · Ic/C

Stel, we gebruiken een afvlakcondensator van 220uF in een voeding die maximaal 0,1 ampère moet leveren, dan krijgen we de volgende rimpelspanning:

dU = 0,01 · 0,1 / 220·10-6 ≈ 4,5 volt

Vaak ook zijn de stroom en de maximaal toelaatbare rimpelspanning bekend, en willen we weten hoe groot de afvlakcondensator moet zijn. We werken de formule als volgt om:

C = Ic · 1 / (dU/dt)

oftewel

C = Ic · 0,01 / dU

Zo heb ik het van het net (en meerdere linkjes).

En hier nog 1, even kijken bij rimpelspanning: http://86.91.251.42/OudeBreem.nl/index.htm

nm

ik ging ervan uit dat de frequentie van top tot top op 100Hz (welke ook zo is).
maar in de formule Ur = I / (2*f*c) gebruiken ze de gewone 50Hz frequentie. ze verdubbelen die met 2 in de formule voor de 100 te bereiken van dubbelzijdig gelijkrichten.

ik maakte de fout door dan al 100Hz te gebruiken en nog eens te vermenigvuldigen met 2

[Bericht gewijzigd door fcapri op vrijdag 5 juni 2015 07:26:06 (99%)

ik hou van werken ..., ik kan er uren naar kijken

Suggesties (formule) etc?

In er ergste geval schakelt de voeding in op de top van de sinus. Als de spanning over de elko dan 0V is heb je dus een equivalente weerstand die gelijk is aan de gezamelijke weestand van de sec. wikkeling, de ESR van de elco en de bulkweerstand van de diode. Als dat samen bijv. 0.1 Ohm is, dan is de piek 150A.

rbeckers

Overleden

Er zijn twee verschillende situaties: inschakelen en bedrijf.
In bedrijf valt er ongeveer 1V, i.p.v. 0,7V, over de diode en bij inschakelen nog meer.

Kingpin, je doet het volgens mij helemaal goed. Gewoon vanaf de basis uitrekenen.

Als je uit 15V piek 12V wil maken is dat eigenlijk wel krap. Je zit met weinig ruimte voor rimpelspanning en komt dus op grote condensatoren uit. De vraag is of je aan je regelaar vast moet houden als die de 19V piek van een 15V trafo niet trekt....

Over de piekstroom bij inschakelen: Bij diodes staat er vaak een "max voor 8.3 ms" die VEEL hoger is dan het gemiddelde. Lastig uitrekenen, maar meestal gaat het wel gewoon goed.

[Bericht gewijzigd door rew op vrijdag 5 juni 2015 08:24:11 (21%)

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Die max voor 8.3ms is de non-repetitive piek rating. Als je aanneemt dat de sinus op 0V start, krijg je een piekstroom van Vpiek / (Xc + R) waarbij Xc de reactantie is (1/(2*pi*f*C) en R de Ohmse weerstand in het circuit. Dit is dus in het optimale geval, waarbij de spanning ingeschakeld wordt als de fase 0 graden is.

[Bericht gewijzigd door sdk op vrijdag 5 juni 2015 10:44:36 (21%)

fatbeard

Honourable Member

Op 4 juni 2015 10:41:20 schreef Kingpin:...
Op de website van Ti heb ik de specs bekeken van de regulator en daar komt naar voren dat de 19V input bij gebruik makend van een 15V trafo te hoog is voor de regulator waardoor ik terug moet naar de 12V trafo.
...

Vreemd, de datasheet van dat IC noemt bij de absolute maximum ratings 36V, en bij de recommended operating conditions een maximale ingangsspanning van 35V...

Waar je wel serieus op moet letten is de koeling, die kan een limiet leggen op de maximale dissipatie (en dus de maximale ingangsspanning).
Als de koeling een probleem is kun je overwegen om een pre-stabilizer (13.5V of zo) te maken die de bulk van het vermogen dissipeert, dan kun je met hogere ingangsspanningen (en kleinere elko's) werken.

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.

@fatbeard: klopt, wat ik bedoel is idd de dissipatie bij 12V uitgang.

zou ik ook gewoon een krachtiger trafo kunnen nemen die de boel wel onder controle kan houden met dito bruggelijkrichter?

Ik had ook ooit eens problemen met het inschakelen van een versterker, dit hadden ze opgelost met een ntc weerstand.
Heeft hier iemand ervaring in het gebruik van een ntc op de primaire wikkeling?

[Bericht gewijzigd door Henry S. op woensdag 10 juni 2015 19:03:13 (34%)

Ik heb verleden week nog gebruik gemaakt van een elco om een telerupteur te schakelen met een (iets) te zwak transformatortje. Werkt perfect !

Mvg Oswald

Hoe bereken ik de juiste NTC weerstand?

blackdog

Golden Member

Hi,

Even dit, omdat het handig is, 50Hz dubbel fasige gelijkrichting geeft bij 1-Ampere stroom 1V ripple bij 10.000uF.

Voor iedere voeding moet je zelf bepalen hoeveel ripple je kan hebben en hoeveel energie reserve je nodig hebt in je buffer elco.

De ook hier weer hier in dit topic aangegeven 2000uF/Ampere vind ik bijna altijd te weinig, maar dat is verder aan jou of je daar voor gaat.

Dan nog iets, kijk goed in je datasheet van deze Low Drop regulator.
Kom je in de buurt van minder dan 400mV dropout spanning dan word de onderdrukking voor de ripple er slecht, puntje van aandacht!

Gegroet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.

Bedankt Blackdog.

Ik zit eraan te denken om een 12V/120VA die max 10A aankan te nemen en daarop een 10A gelijkrichterblok te monteren, dan zit ik altijd goed en heb ik voldoende reserves.
Aan de primaire kant zou ik een NTC als 'beveiliging' bij opstarten kunnen nemen.

Ik zou dan een voldoende grote 4700/6800uF kunnen nemen voor afvlakking zodat de ripple voldoende klein blijft zodat deze niet onder het werkingsgebied van de regelaar komt.
Is dit goed zo?

blackdog

Golden Member

Kingpin,

Ik heb geen tijd om uitgebreid in te gaan op je ontwerp.
Denk ook vooral aan je verliezen van je brugcel.
Bij 10-Ampere uitgangstroom, kan dit zo tot 15-Watt aan energie zijn dat daar wordt opgestookt.

Kijk naar deze pagina voor een Linear Technologie oplossing die ik heb toegepast.
Dit is de laatste pagina van mijn voedings project en gaat over de verliezen in de brugcel, leesvoer!!! ;-) (het hele artikel trouwens als ik zo vrij mag zijn)
http://www.circuitsonline.net/forum/view/110029/12/voeding

Succes,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.

@Blackdog: de voeding wordt max 1A aan de uitgang bij 12Vdc.
Aangezien een 15V trafo de piekspanning te hoog wordt voor de ingang van de gebruikte regulator omdat deze anders teveel vermogen staat te verstoken kom ik dus uit op een 12V trafo die met een beetje grotere afvlakcondensator goed te voeden is.

Alleen kom ik nu op het punt waar ik op strand.
- welke geschikte trafo en gelijkrichter moet ik hebben
- eventueel met NTC beveiliging of zoiets dergelijks
- hoe bereken ik de juiste trafo en gelijkrichterbrug bij de gekozen afvlakcondensator ?

blackdog

Golden Member

Hi Kingpin,

Je zal nog meer moeten weten en/of rekening mee moeten houden...

Kijk bij de regelaar van TI hoevel rimpel je toelaatbaar vind.
Dit bepaald de dropout spanning waarme je minimaal rekening moet houden.

Bij welke netspanning met de schakeling minimaal werken en bij welke maximale netspanning mag de regelaar niet stuk gaan.
Kies dan voor de fout situatie kortgesloten aan de uitgang regelaar regeld terug er loopt weinig stroom en de ingangsspanning van de regelaar is bijna maximaal.
Kom je nu buiten de specs van de regelaar?

Hoe moet de voeding ontworpen worden, ik bedoel hiermee, je geeft Max. 1A aan.
Hoevaak en hoelang komt dit voor?
Is het voor redelijk lang zeg 0,8 to 1A, dan heb je in ieder geval een trafo nodig die 1,6 Ampere is.

Is die maximal stroom regelmatig nodig dan kies ik voor minstens een 2-Ampere trafo.
Waarom, minder verliezen!
Om minder verliezen te krijgen kan je ook een brug opbouwen met schottky dioden.

Er zijn nog meer zaken waar je op moet letten, die mag je verder zelf uitzoeken. ;-)

Dan nog dit over je NTC, dit is weer afhankelijk van de trafo die je gebruikt.
Tot zo'n 50VA trafo (ringkern) zou ik me daar niet zo druk om maken,
heb je een "normale" trafo, hou het dan maar op ongeveer 200VA voor je er aan gaat denken een NTC te gebruiken.

Het hierbovenstaande is een gemiddelde, aan jouw om uit te zoeken wanneer het zinnig is, dat hoort bij het ontwerpen!

Nog wat linkjes
http://www.changpuak.ch/electronics/power_supply_design.php

http://www.skillbank.co.uk/psu/vr2.htm

Lees & leer :-)

Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.

Thanks!
De eerste link ken ik, als ik daar de waarden invul gaat het met een 4700uF nog goed als afvlakcondensator.
De piekstroom is dan bij het inschakelen ongeveer 6A, daarna stabiel.
Bij 6800uF is de inschakelpiekstroom ongeveer 8A, daarna net als bij de 4700uF dezelfde stroom, alleen minder rimpelspanning die volgens mij beter aansluit op de regulator.

Zelf zat ik te denken om in plaats van een NTC gewoon de trafo VA te verhogen, zodat deze minder belast wordt en daardoor ook minder warm wordt.
Als deze de piekstroom bij inschakelen kan opvangen, en dat geld ook voor de bruggelijkrichter dan zou ik er zijn.

Ik ga me nog even verder verdiepen in de materie.

En de 12V/1A versie finished ...

Als het meezit zal ik deze week er nog aan meten.
Gezien het geringe strooiveld van de trafo ga ik later even testen of een stukje mu-metaal zin heeft of niet op het uiteindelijke resultaat.

http://i193.photobucket.com/albums/z316/kingpin112_photo/Electronics/DSC_0398_zpscq9ojiw6.jpg

http://i193.photobucket.com/albums/z316/kingpin112_photo/Electronics/DSC_0395_zps5gbs0fsf.jpg

rbeckers

Overleden

Zijn het voor en achter paneel ook geaard?

blackdog

Golden Member

Hi Kingpin, :-)

Netjes gebouwd!

Nog wat tips, om de brom zo laag mogelijk te houden heb je in ieder geval al de bedrading getwist, mooi!

En dan kan je het afmaken door je bedrading van de trafo op je laatste plaatje, naar rechts te leggen.
Dat is zover mogelijk bij het printje vandaan.

De bedrading vanaf de brugcel, hou je ook bij het printje vandaan.
Nu loopt de rood/zwarte kabel over de elco heen, daar lopen grote piekstromen en dat straald.

Als je de blauw/gele en de geel/grijze trafo draden naar rechts hebt verplaatst, dan kan de rood/zwarte netjes langs de andere kant van de elco.

De bedrading vanaf de elco naar het printje lijkt me wat kort.
Als dit kastje veel getransporteerd gaat worden, zou ik deze bedrading iets langer maken.

Het blauwe kerntje werkt het beste als deze direct achter de connector op het front zit, je wilt namelijk dat het HF veld dat door de bedrading opgepikt wordt zo snel mogelijk gedempt word.
Doe je dit meer midden in het kastje, dan kan het eerste stuk bedrading in het kastje gaan stralen.

Dan nog het printje met plakvoetjes, ik heb de ervaring dat bij warm wordende behuizingen vooral samen met kastjes die regelmatig getransporteerd worden, dat ze los komen.

Ik zie dat je een groen/gele draad als massa naar de bodemplaat hebt gebracht mooi!
Ik kan het niet zien maar daar hoort in ieder geval een tandring tussen.
Eigenlijk hoor je dan ook zo'n groen/gele draad aan de achterzijde en de deksel te monteren.

Mijn 2 cent ;-)

Gegroet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.
pamwikkeling

Special Member