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Bauelemente für Stromversorgungen

Kondensatoren für kompakte Lösungen

11. Januar 2016, 15:06 Uhr | Alfred Goldbacher

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Sichere Versorgung durch gute Glättung

C₂ ist für die Glättung der Ausgangsspannung zuständig. Da es sich um eine einpulsige Gleichrichtung handelt, muss während der negativen Halbwelle der gesamte Ausgangsstrom von C₂ zur Verfügung gestellt werden. Dessen erforderliche Kapazität hängt von der zulässigen Welligkeit der Ausgangsspannung ab. Für die Beispielschaltung ist ein Maximalwert von 1 V gefordert. Bei der maximalen Stromaufnahme der Last von 15 mA bei 9 V ergibt sich ein Lastwiderstand von 600 Ω. Mit einer Netzfrequenz von 50 Hz (10 ms pro Halbwelle) kann somit die Mindestkapazität von C₂ bestimmt werden:

$C subscript 2 space space end subscript equals space fraction numerator negative 10 space m s over denominator 600 space capital omega times I n space open parentheses begin display style fraction numerator 8 space V over denominator 9 space V end fraction end style close parentheses space end fraction space equals space space 140 µ F$

Gewählt wird ein Single-Ended-Aluminium-Elektrolyt-Kondensator mit einer Kapazität von 1500 µF und einer zulässigen Spannung von 25 V (DC). Um eine möglichst hohe Lebensdauer zu erreichen, sollte dieser Kondensator für eine Temperatur von mindestens 105 °C ausgelegt sein.

Optional kann zu C₂ zusätzlich ein Keramik-Kondensator parallel geschaltet werden (C₃). Er dient der Rauschunterdrückung und dem Abblocken von Spannungs-Peaks. Für diese Funktion kommt zum Beispiel ein TDK-MLCC mit einer Kapazität von 0,1 µF in Frage. Gewählt wurde dabei der Typ C1608X7R1E104K080AA mit einer Nennspannung von 25 V (DC) in der Baugröße 1608 (IEC) und der Temperaturcharakteristik X7R (–55 bis +125 °C, ±15 %).

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Schaltungsschutz ist ein Muss

Beim Ausschalten ohne Last kann es im ungünstigsten Fall passieren, dass C₁ mit der Scheitelspannung von 325 V geladen bleibt. R₂ hat dann die Aufgabe, den Kondensator möglichst schnell zu entladen. Bei der Festlegung des Widerstandswerts muss ein Kompromiss zwischen Verlustleistung und Entladezeitkonstante eingegangen werden. Gewählt wurde in diesem Fall der Wert von 470 kΩ. Dabei tritt eine Verlustleistung von ca. 0,1 W auf, und die Entladezeit auf eine maximal zulässige Berührungsspannung von 50 V beträgt rund 0,5 s. Ist die Stromversorgung ständig fest mit dem Netz verbunden, kann auf diesen Widerstand allerdings verzichtet werden.

Wichtig ist natürlich auch der Überspannungsschutz am Netzeingang (RV₁). Für die genannte Schaltung eignen sich zum Beispiel Typen aus der Epcos-Standard-Serie, die mit Scheibendurchmessern zwischen 5 und 20 mm entsprechend der geforderten Stoßstrombelastbarkeit und Energieabsorption zur Auswahl stehen – so zum Beispiel der Typ B72205S0231K101 mit einem Scheibendurchmesser von 5 mm, der bei einem Impuls von 8/20 µs mit einer Stoßstrombelastbarkeit von 400 A ausgewiesen ist (Bild 4).

Beispiele für den Überspannungsschutz Bilder 4 bis 6

Alle Bilder anzeigen (3)

Zusätzlich kann auch der Ausgang der Schaltung – zum Beispiel mit der SMT-CeraDiode B72590D0150A060 – gegen Überspannung geschützt werden (Bild 5). Für die Strombegrenzung am Netzeingang schließlich sorgt ein PTC vom Typ B59873C0120A570 (RT₁), der für einen maximalen Laststrom von 90 mA bei 25 °C ausgelegt ist (Bild 6).

Sollte in der Schaltung ein Fehler auftreten, der zu erhöhtem Stromfluss führt, erwärmt sich der PTC. Sein Widerstand steigt in diesem Falle sehr stark an und begrenzt den Strom auf unkritische Werte.