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Hallo! Ich habe ein 5V / 1A Netzteil für die Schule planen müssen. Das Netzteil wird mit 230V 50Hz betrieben. Bei Netzausfall soll das Netzteil weiterfunktionieren. Das habe ich mit 6x1,2V Mignonakkus realisiert, die über eine Diode eingekoppelt werden. Ich hatte zuerst zwei Lithiumzellen mit 2400mAh und 3,6V im Einsatz. Das scheiterte jedoch schnell, da die Spannung unter Belastung auf 5V herunterbroch. Des weiteren habe ich eine Duo-LED rot/grün eingebaut um zu signalisieren, wann ich im Netzbetrieb (grün) und wann ich im Batteriebetrieb (rot) bin. Ich hatte die Idee einen 6V Trafo zu verwenden um die Verlustleistung am Low-Drop-Regler zu minimieren. Leider geht das nicht, da dann auch über die Batterien ein permanenter Strom fließt. Mit einem großen Kühlkörper ist es allerdings kein Problem die Verlustleistung abzuführen.

Nun muss ich dazu noch eine Funktionsbeschreibung machen.

Zur besseren Übersicht hänge ich Euch den Schaltplan des Netzteils an.

Trafo: Transformiert die Wechselspannung 230V / 50 Hz auf 9V herunter. Es steht eine Effektivspannung von 12,76V am Brückengleichrichter.

Brückgleichrichter: Klappt die negativen Halbwelle nach oben. Es entsteht eine pulsierende Gleichspannung. Am Brückengleichrichter gehen 2x 0,7V verloren.

Um die pulsierende Gleichspannung zu glätten, benötigt man Ladekondensator. Der Ladekondensator wurde nach 1 Ampere auf 1000µF bestimmt.

Über die Diode D102 1N4004 wird die Batteriespannung von 7,2Volt im Netzausfall eingespeist. Wenn die Kathode der Diode positiver sperrt die Diode.

C102 10µF: weiß ich momentan nicht, könnte man ggf. zur Akkupufferung nutzen, aber ist mit 10µF zu klein oder?

C103 100nF: sitzt in unmittelbarer Nähe zum Low-Drop-Regler 4940 um Schwingneigungen "Kurzzuschließen" oder zu vermeiden

D103 1N4007 Rückflussdiode: falls die Ausgangsspannung positiver wie die Eingangsspannung ist, würde der Spannungsregler kaputt gehen, mit Hilfe der Rückflussdiode ist der spannungsregler geschützt.

4940 Low Drop Regler: wird benötigt, da ich eine Batteriespannung von nur 7,2V zur Verfügung hab. Über die Einspeisediode gehen 0,7V verloren. 6,5V reichen genau aus, damit der Low Drop regler funktioniert.

C104 100nF: sitzt in unmittelbarer Nähe zum Low-Drop-Regler 4940 um Schwingneigungen "Kurzzuschließen" oder zu vermeiden

C105: da habe ich gelesen, dass der Kondensator 1/10 vom Ladekondensator sein soll. Warum wird er überhaupt benötigt?

D104: dürfte das gleiche Prinzip sein wie D103 als Rückflussdiode oder?

Was ich in der Schaltung noch nicht verstanden habe, ist die Transistorsteuerung. Der Transistor schaltet wohl durch, wenn die sppannung an der Basis abfällt. Dadurch leuchtet die LED rot.

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» Was ich in der Schaltung noch nicht verstanden habe, ist die
» Transistorsteuerung. Der Transistor schaltet wohl durch, wenn die
» sppannung an der Basis abfällt. Dadurch leuchtet die LED rot.

Also bei Spannungsausfall wird der Emitter gegenüber der Basis positiver, dadurch könnte der PNP-Transistor durchschalten.
Wie das allerdings über die 100K, 1K und vor allem die LED 101 funktionieren soll weiß ich noch nicht.
Hast Du diese Schaltung wirklich gebaut oder ist es vorerst nur ein Plan?
Wenn wirklich gebaut - die LED wird wirklich rot?

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Gruß
otti
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E-Laie aber vielleicht noch lernfähig

Hallo. Ich habe die Schaltung so wie se jetzt ist auf Lochraster aufgebaut. Die Umschaltung klappt und die LED wird auch rot.

Trafo: Er transformiert die Wechselspannung 230V / 50 Hz auf 9V herunter. Es steht eine Effektivspannung von 12,76V am Brückengleichrichter.

Brückgleichrichter: Die Graetzschaltung klappt die negativen Halbwelle nach oben. Es entsteht eine pulsierende Gleichspannung. Am Brückengleichrichter gehen 2x 0,7V verloren.

Um die pulsierende Gleichspannung zu glätten, benötigt man einen Ladekondensator. Der Ladekondensator wurde nach 1 Ampere auf 1000µF bestimmt.

Über die Diode D102 1N4004 wird die Batteriespannung von 7,2Volt bei Netzausfall eingespeist. Wenn die Kathode der Diode positiver ist, sperrt die Diode. Das ist der Fall, wenn die Netzspannung vorhanden ist.

C102 10µF: Stützt die Spannung nach den Dioden zusätzlich.

C103 100nF: sitzt in unmittelbarer Nähe zum Low-Drop-Regler 4940 um Schwingneigungen "Kurzzuschließen" oder zu vermeiden

D103 1N4007 Rückflussdiode: falls die Ausgangsspannung positiver wie die Eingangsspannung ist, würde der Spannungsregler kaputt gehen, mit Hilfe der Rückflussdiode ist der Spannungsregler geschützt.

4940 Low Drop Regler: wird benötigt, da ich eine Batteriespannung von nur 7,2V zur Verfügung hab. Über die Einspeisediode gehen 0,7V verloren. 6,5V reichen genau aus, damit der Low Drop Regler funktioniert.

C104 100nF: sitzt in unmittelbarer Nähe zum Low-Drop-Regler 4940 um Schwingneigungen "Kurzzuschließen" oder zu vermeiden

C105: da habe ich gelesen, dass der Kondensator 1/10 vom Ladekondensator sein soll.
Er Stützt die Ausgangsspannung bei schnellen Lastschwankungen, die der Regler nicht schnell genug ausregeln kann.

D104: Schützt das Netzteil vor Negativen Fremdspannungen die an den Ausgang angeschaltet werden könnten.

D101: Erzeugt bei Netzbetrieb, mit ihrer Flussspannung von rund 0,7V, eine Basis-Emitter Sperrspannung für T101

LED101: leuchtet bei Netzbetrieb über R102 grün.

T101: Wird bei Netzausfall vom Emitter zur Basis über R101, R102 und die LED101 geöffnet. Dieser Steuerstrom ist so gering, dass die Grüne LED101 nicht leuchtet.

LED102: Erhält Strom vom Kollektor des durchgesteuerten Transistor T101, über den Widerstand R103 und leuchtet rot.

» Hallo. Ich habe die Schaltung so wie se jetzt ist auf Lochraster aufgebaut.
» Die Umschaltung klappt und die LED wird auch rot.

Das heißt, die LED102 leuchtet und die LED101 leuchtet nicht mehr.
Interessant, hätte nicht gedacht, dass die LED101 genügend Strom durchlässt, damit der Transi durchschaltet.

OK.

Wenn Dein Trafo Spannung liefert fällt an der Diode im Pluszweig eine Spannung ab. Dadurch wird der Emitter negativer als die Basis. Somit sperrt der PNP-Transi.
Liefert der Trafo keine Spannung mehr, wird die Basis negativer als der Emitter und damit kann der Transi durchschalten.
Kannst Du das an Deiner Schaltung nachvollziehen?

Multimeter an Basis und Emitter klemmen und nachprüfen.

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Gruß
otti
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E-Laie aber vielleicht noch lernfähig

Super, danke olit und otti.

Waren meine Angaben dann soweit in Ordnung? Sollte ich den C102 größer machen?

» Waren meine Angaben dann soweit in Ordnung? Sollte ich den C102 größer
» machen?

Muss ja wohl so sein. Sonst hätte ich doch deinen Texts in die Tonne gekloppt.
Der 10µF Elko 102 ist schon in Ordnung so.

» » Waren meine Angaben dann soweit in Ordnung? Sollte ich den C102 größer
» » machen?
»
» Muss ja wohl so sein. Sonst hätte ich doch deinen Texts in die Tonne
» gekloppt.
» Der 10µF Elko 102 ist schon in Ordnung so.

Danke, war mir nur unsicher. Vielen Dank für eure Hilfe! Gibt es noch Dinge, die man in dem Netzteil verbessern kann?

» Gibt es noch
» Dinge, die man in dem Netzteil verbessern kann?

Einen Trafo mit ausreichender Belastbarkeit nehmen.

Gibt es noch
» Dinge, die man in dem Netzteil verbessern kann?

Der Ladeelko reicht bei der Trafospannung nicht aus.
9V * Wurzel 2 - 1,4V Fussspannug der Graetzbrücke = 11,3V
U-min ist 7,2V
Delta U = 11,3V – 7,2V = 4,1V

Erforderlicher Ladeelko
C = (1A*10ms) / 4,1V = 2439µF

Und wie xy sagt, ist der Trafo zu schwach.

» U-min ist 7,2V

Nö, er hat einen LDO-Regler verwendet.

Hier mal meine Beschreibung, die ich grad geschrieben habe.
Ich würde mich über Verbesserungen und Ergänzungen freuen.
Vielen Dank für die rege Teilnahme an meinem Thread!

Beschreibung vom Netzteil:
Für das Signalboard und die externen Sensoren wird eine Ausgangsspannung von +5 Volt benötigt. Die Eingangsspannung beträgt 230 V. Die Frequenz beläuft sich auf 50 Hz. Ich verwende in meinem Netzteil einen Trafo der Fa. Block-Trafo um die Netzspannung herunter zu transformieren.
Die Trafos zeichnen sich durch eine kompakte Bauform sowie einem niedrigen Anschaffungspreis aus. In unserem Netzteil verwenden wir einen Trafo mit einer Ausgangsspannung von 9 Volt und einem Ausgangsstrom von 1,1 Ampere. Des Weiteren hat der Trafo die Schutzklasse II, sodass eine Prüfung nach DIN 61010 am Transformator nicht notwendig ist.
Da das Gerät über eine Ausfallpufferung bei Netzausfall verfügen soll, verwende ich in meinem Fall auf Hochleistungs-Mignon Akkus (6x 1,2V / 2400mAh). Die Akkus sind in Reihe geschaltet, sodass wir auf eine Batteriespannung von 7,2V kommen. Die Akkus werden über eine Diode eingespeist und gewährleisten bei Netzausfall einen weiteren reibungslosen Betrieb. Bei normalem Netzbetrieb werden die Akku-zellen mit einem nicht messbarem Strom belastet.
Bei einer Stromaufnahme von einem Ampere würden die Akkus mind. 2 Stunden durchhalten. Nachdem aktuellen Stand benötigt das Signalboard mit allen Sensoren und Modulen 800mA. Die Akkus würden demnach rechnerisch (2400mAh/800mA) 3 Stunden ausdauern.
Auf Grund dessen, das man sechs Mignonakkus verwendet, muss man in dem Netzteil einen Low-Drop-Regler einsetzen. Der Vorteil dieser, im Gegensatz zu einem linearen Stabi-IC (z.B.: 7805) liegt da drin, dass man den Low-Drop-Regler mit nur einem 1,5 Volt höher, als die Ausgangsspannung betreiben kann. Bei einem vergleichbaren linearen Spannungsregler sollten es ca. 3V mehr sein. Der Low-Drop-Regler liefert eine Spannung von +5 Volt und eine Spitzenstrom von 1,5 Ampere.
Zur Anzeige verwende ich eine Duo-LED (rot/grün) um den Zustand des Netzbetriebs (grün) bzw. Batteriebetriebs (rot) zu signalisieren. Die LED ist über zwei Widerstände mit jeweils 1 Kiloohm betrieben, sodass eine möglichst geringe Stromaufnahme der LED stattfindet.

Funktion des Netzteils:
Das Netzteil wird über einen Netzfilter der Fa. Schurter (Technisches Datenblatt im Anhang) angesprochen. Der Vorteil dieses Netzfilters ist die Montage direkt an der Gehäuserückwand. Des Weiteren verfügt er über eine eingebaute Kaltgerätebuchse sowie einem Sicherungshalter für 2 Sicherungen (Phase & Neutralleiter). Durch die Snap-In Technik wird die Buchse in das Gehäuse eingedrückt. Ein sicherer Halt, aber auch ein schnelles Austauschen im Servicefall ist gewährleistet.
Der Trafo der Fa. Block Trafo transformiert die Netzspannung auf 9 Volt AC herunter. Diese werden nun noch einmal zusätzlich über eine Sicherung mit Sicherungshalter geschützt. Dem nachfolgenden Brückengleichrichter B500C1500 (500V AC maximale Eingangsspannung) steht eine Eingangsspannung von Ueff von (rechnerisch) 12,726 V zur Verfügung. Der Trafo stellt einen Maximalstrom von 1111mA zur Verfügung. Sodass man mit 10 Watt Ausgangsleistung planen kann.
Der Brückengleichrichter klappt die negative Halbwelle nach oben. Es entsteht die sogenannte pulsierende Gleichspannung. Deswegen benötigt man nun einen Ladekondensator, der die Anteile der Brummspannung verringert. Der Ladekondensator wurde nach bewährter Faustregel (=1000µF pro 1 Ampere) gewählt. Sodass wir einen 1000µF / 25V 105°C genommen haben. Am Brückengleichrichter gehen zweimal 0,7V durch die Dioden verloren.
Der Kondensator ist zwar etwas teurer, aber qualitativ besser.

Um die Netz- bzw. Akkubetriebsanzeige zu realisieren, haben wir einen PNP-Transistor eingebaut. Im Netzbetrieb leuchtet über den Vorwiderstand R102 die LED grün. Bei Netzausfall schaltet der Emitter die Basis durch und wird leitend. Dadurch wird über den Kollektor der LED 102 über den Vorwiderstand R103 zum leuchten gebracht. Kommt die Netzspannung zurück, ist die Spannung am Transistor positiver, sodass er wieder sperrt. Die Duo-LED wird nun wieder angesteuert und leuchtet grün.
Über die Diode D102 1N4004 wird die Batteriespannung von 7,2Volt bei Netzausfall eingespeist. Wenn die Kathode der Diode positiver ist, sperrt die Diode. Das ist der Fall, wenn die Netzspannung vorhanden ist.
Der Kondensator C102 (10µF) ist zur Batteriequelle parallel geschaltet um die Spannung der Akkuzellen zu stützen.
Die zwei bipolaren 100nF Kondensatoren (C103 & C104) sind in unmittelbarer Nähe des Low-Drop Reglers. Die entstehenden Schwingneigungen werden durch die zwei Kondensatoren kurzgeschlossen.
Der Low-Drop-Regler 4940 liefert einen maximalen Strom von 1,5 Ampere und eine Ausgangsspannung von +5 Volt. Im Netzbetrieb wird der Low-Drop-Regler mit einer Spannung von 10,626 Volt angesteuert. Bei 1 Ampere Ausgangsstrom führt dies zu einer Verlustleistung 5,6 Watt (P = 5,6V * 1 Ampere). Deshalb habe ich einen Kühlkörper mit 14K/W verwendet.
Die Diode D103 dient als Rückflussdiode. Wird die Spannung am Ausgang des Low-Drop-Reglers positiver als beim Eingang, wird der Low-Drop-Regler zerstört. Durch die Schutzdiode D103 wird diesem Problem vorgebeugt.
Der Elektrolytkondensator (C105=100µF) stützt die Ausgangsspannung bei schnellen Lastschwankungen, die der Regler nicht schnell genug ausregeln kann. Der Elektrolytkondensator wurde mit dem Wert 1/10 vom Ladekondensator gewählt.
Die Diode D104 schützt das Netzteil vor negativen Fremdspannungen die an den Ausgang angeschaltet werden könnten.

» » U-min ist 7,2V
»
» Nö, er hat einen LDO-Regler verwendet.

Gut, auch mit diesem Regler ist der Elko zu klein.

Der Ladeelko reicht bei der Trafospannung nicht aus.
9V * Wurzel 2 - 1,4V Flussspannung der Graetzbrücke = 11,3V
U-min ist 5V + Dropout 0,5V + 0,7V D101 = 6,2V
Delta U = 11,3V - 6,2V = 5,1V

Erforderlicher Ladeelko
C = (1A*10ms) / 5,1V = 1960µF

Also sollte der Ladeelko 2200µF haben.

» » » U-min ist 7,2V
» »
» » Nö, er hat einen LDO-Regler verwendet.
»
» Gut, auch mit diesem Regler ist der Elko zu klein.
»
» Der Ladeelko reicht bei der Trafospannung nicht aus.
» 9V * Wurzel 2 - 1,4V Flussspannung der Graetzbrücke = 11,3V
» U-min ist 5V + Dropout 0,5V + 0,7V D101 = 6,2V
» Delta U = 11,3V - 6,2V = 5,1V
»
» Erforderlicher Ladeelko
» C = (1A*10ms) / 5,1V = 1960µF
»
» Also sollte der Ladeelko 2200µF haben.

Wird auch nicht reichen, wir haben den Akku vergessen.