Aktiver Gleichrichter mit Mosfets für 12V

Hi,
ich möchte meine Halogenlampem gegen LEDs austauschen. Dafür muss ich die Spannung gleichrichten.

Meine Gedanken dazu:
Bei einem normalen Graetzgleichrichter fällt immer 2x die Diodenspannung ab. Bei Shottkys sind das dann 2*0.5V und bei normalen Dioden 2*1V im Leistungsbereich. Wenn ich nur 12V zur Verfügung habe, dann sind das im ungünstigen Fall 2V Verlust, also schonmal 16% der zur Verfügung stehenden Spannung. Damit lohnen sich LEDs kaum noch, weil auch die Konstantstromquelle einen Wirkungsgrad von maximal 85% hat.

Deswegen meine Idee: Ein µC misst den Nulldurchgang. Die Abstände zwischen den Intervallen sind relativ gleich, d.h. der µC kann vorhersagen, wann der nächste Nulldurchgang kommt (20ms bei 50Hz).
Die beiden Wechselspannungsleitungen werden von 4 Mosfets, zwei pro Leitung, auf Plus und Minus durchgeschaltet. Die Logik im µC entscheidet welcher durchgeschaltet wird.

Der Nulldurchgang müsste nicht jedes mal gemessen werden, sondern konnte aus der vorherigen Messung interpoliert werden. Wenn jede Sekunde einmal gemessen wird, ist es mehr als genug. Auf diese Weise hätte man eine Vorhersage. Weil die Frequenz relativ gering ist, und die Leistung im Nulldurchgang auch, kann man die Ansteuerung der Mosfets wahrscheinlich ohne Treiber realisieren, indem man schon etwas früher als eigentlich nötig durchschaltet.

Warum ein µC?
Attinyxx kostet 1,50€. Damit ist er billiger & einfacher als 1-2 Komparatoren. Außerdem bräuchte ich für die LEDs sowieso einen µC. Evtl. könnte man diese sogar per i2c o.Ä. verbinden und Helligkeit etc. Zentral steuern. Ein µC ist einfach flexibler :)

Der Vorteil:
Auch bei großen Leistungen fällt kaum Verlustleistung an. Bei 12V und 10A wären das ja schon 20W! Man könnte einen Eingang des µC als An/Aus Schalter verwenden und bräuchte keinen extra Mosfet/Relais um die Schaltung komplett Stromlos zu machen. Mit den Mosfets kann man eine Phasenanschnittssteuerung realisieren, um z.B. Halogenlampen zu dimmen oder LEDs mit Konstantstrom zu versorgen.

Wird das so funktionieren? Gibt es bessere Methoden? Oder genau das, wenn ja wonach muss ich suchen? Tipps sind mir willkommen!

Hallo,

musst du zur Stromversorgung unbedingt einen normalen Trafo verwenden? Besser wäre ein Schaltnetzteil, das direkt Gleichspannung liefert. Falls das nicht möglich ist, kann man die Sache natürlich mit Mosfets machen. Allerdings musst du beachten, dass für den positiven Zweig entweder P Kanal Mosfets (teuer) oder ein high side driver (aufwändig) eingetzt werden muss, um das Gate richtig anzusteuern. Wenn sich nach dem Gleichrichter ein Glättungskondensator befindet, dann kann man nicht einfach während der ganzen Halbwelle den Mosfet durchschalten, da der Kondensator sich sonst über den Mosfet und den Trafo wieder entladen würde. Der Strom darf nur während einer relativ kurzen Zeit um den Scheitelpunkt der Wechselspannung herum fliessen. Dadurch ist der tatsächlich fliessende Strom durch den Mosfet wesentlich höher als der mittlere Strom, was bei der Dimensionierung des Mosfets berücksichtigt werden muss.

Gruss
Jakob

Hi!
Das mit den FET's funktioniert, da war sogar mal in der Elektor ein Artikel drüber (war aber ein Messgleichrichter).
Mit den FET's bildest du eine Ideale Diode nach und verschaltest die zu einem Synchrongleichrichter.
Bild hier  

Dazu soll es auch IC's geben, die dir das von selbst regeln...aber Beispiele kann ich dir keine nennen. Diese Bauteile werden aber älter sein, da heute eigentlich nur noch Primär getaktete Netzteile gebaut werden (Kupfer kostet viel Geld!).

MfG

Wo ist denn der Widerspruch zwischen Synchrongleichrichtung und Off-Line-Betrieb mit primärer Taktung? Gerade da spielen die Synchrongleichrichter ihre Vorteile aus, wenig Verluste im Schalter und wenig Verluste im Gleichrichter. Einen Brückengleichrichter kann man auch aus 4 MOSFETs bauen, muss dann aber mit den Potenzialen etwas aufpassen, weil die zwangsläufige Schaltungsweise der MOSFETs (Bodydiode beachten!) etwas unschöne Ansteuerung erfordert. Der Aufwand ist auf jeden Fall so groß, dass ein Schaltnetzteil mit Synchrongleichrichtung und dann auch nur einem Gleichrichter im Strompfad immer gewinnt.

@ Jakob
Ich habe garnicht daran gedacht, dass sich die Schaltung über den Mosfet auch entladen kann :( Das mit den n-fets und U_gs ist mir schon klar, aber das Problem hat man ja immer. Ein BUZ11 hat schon 40mR und ist bei weitem nicht der Beste. Das ist wesentlich weniger Spannungsabfall als 2V ;)

@ Basti
Einen Schaltplan für einen Messgleichrichter habe ich schon gefunden. Lässt sich mit zwei Opamps relativ einfach realisieren. Für Große Leistungen ist das nicht geeignet :(
Dein Plan sieht interessant aus, auch wenn es kein Brückengleichrichter ist. Ich habe ihn jetzt unter Wikipedia gefunden :)

@ shaun
Sorry, ich verstehe kaum etwas von dem was du geschrieben hast. Du meinst ein Schaltnetzteil wäre billiger? Ich möchte kein Schaltnetzteil einsetzen weil
1. Halogentrafos sehr billig sind und es fertige Stecksysteme gibt (WAF)
2. 230V gleichrichten --> 385V mit Elko. Das traue ich mir einfach nicht zu
3. geht's um das Prinzip :P
Was verstehst du unter off-line-betrieb?


@ Alle
Ich habe jetzt unter dem Stichwort "Synchrongleichrichtung" einiges gefunden. Wäre auch zu schön gewesen, wenn ich der erste mit der Idee bin...
Unter http://de.wikipedia.org/wiki/Gleichr...ngleichrichter ist das Prinzip erklärt. Synchrongleichrichtung wird bei niedrigen Spannungen und hohen Strömen, z.B. Vcore für CPU, benutzt.
Laut http://www.fuld.de/html/synchrongleichrichtung.html ist diese oft dem traditionellem Ansatz vorzuziehen. Da ich eine LED damit treiben möchte, kann ich mittels Phasenanschnittssteuerung die Stromstärke regulieren.
Ich bin also zufrieden :)

mhh das Thema ist sehr interressant, dass sich die Frage stellt wo bekommt man SUM85N03-08P und den Ansteuer-IC STSR2 her damit man ein paar Schaltungsexperiemente wagen kann ?


Gruß
Steffen

Hier beschäftigt man sich auch damit.
www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=32269

japp ich weiß deswegen bin ich auch auf diesen "Ursprungsbeitrag" gestoßen :-)

Ich finde über Reichelt und Co. bis jetzt immer noch keine Lösung Beiteile zu beziehen um einen Synchrongleichrichter zu realisieren verstehe ich nicht und das obwohl es angeblich neue und strengere Energierichtlinien geben soll oder schon gibt.

Wie bitte soll man sich da drann halten wenn es nichts dafür zu kaufen gibt ?

Gruß
Steffen

Was denn, Reichelt hat keine Komparatoren, keine MOSFETs und keine MOSFET-Treiber (sofern nötig) mehr?

@ Steffen
Du kannst es diskret aufbauen wie shaun gesagt hat.
Oder wenn du sowieso einen mikrocontroller verwendest, diesen verwenden wie ich es vorgeschlagen habe. Wenn das ganz irgendwann einmal Realität wird dann sag ich dir, ob und wie es geklappt hat ;)

uCs werden hier ja ordentlich gehyped. Per Software Bauteile brennen lassen war schon immer der Wunschtraum von Virenschreibern, und obwohl digitale Netzteilregelungen eine gewisse Faszination auf mich ausüben -endlich könnte das Sparen an eigentlich sinnvollen Regelfunktionen aufhören- sollte man die letzte Sicherheit doch immer hart verdrahten.