Kondensatoren Reihenschaltung

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13.02.2015, 07:53
Siro

Kondensatoren Reihenschaltung

Hier geht es lediglich um das Einschaltverhalten ;)

Bei hohen Spannungen, wie im Primärkreis eines Schaltnetzteils habe ich gesehen, das hier
2 Siebelkos in Reihe geschaltet sind. So brauchen diese nicht die hohe Spannungsfestigkeit haben.
Soweit so klar, aber

was passiert generell beim Einschalten bei zwei in Serie geschalteten Kapazitäten ?

Ich geh mal davon aus, das so ein Elko +-20 Prozent Toleranz hat.
Wenn ich nun Spannung anlege, werden beide aufgeladen, wobei der Strom durch beide Elkos "identisch" von
fast (Kurzschluss) bis Null (beide geladen) abnimmt.
Da sie unterschiedliche Kapazitäten und Innenwiderstände haben, verhält sich die Spannung an den Elkos aber nicht identisch.
So könnte es passieren, dass die halbe Spannungsfestigkeit evtl. nicht ausreicht :(
Nun habe ich eben ergoogelt, dass man parallel zu den Elkos Widerstände einbaut und hier fielen Werte von 10K.
Ist dadurch wirklich das Problem gelöst, meiner Meinung nach nicht.
Wen interessiert der 10K Widerstand beim Laden der Kondis wo ein recht hoher Strom fliesst ?

Hier würde ich gern Eure Hilfe in Anspruch nehmen, auch wenn heut Freitag der 13. ist :)

Siro
13.02.2015, 09:28
PICture

Hallo!

Ich habe ein Eingang von einem Schaltnetzteil skizziert, so wie ich mir das noch von Reparaturen erinnern konnte:

Code:

NTC _ __/ +---+---|_/_|----+---+-----> + | | _/ | | - - .-. |+ D1 A A D2 R1 | | === C1 | | | | /-\ >----+ | '-' | 220V | | | | | | +---+ 50HZ | | | | >----|---+ .-. |+ | | R2 | | === C2 - - | | /-\ D3 A A D4 '-' | | | | | +---+------------+---+-----> - (created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 [url]www.tech-chat.de[/url))

Seriell mit dem Brückengleichrichter (D1...D4) ist noch Ladestrom begrenzender Thermistor (NTC) geschaltet, der den Ladestrom der Elkos (C1 und C2) anfangs stark begrenzt, so das sie nicht bei erstem Impuls der Netzspannung voll geladen werden. Die ziemlich hoche Widerstände (R1 und R2) dienen eigentlich zum vollen Enladen der Elkos nach den Abschalten der Netzspannung. Bei 230 V Netzspannung (Vs = 325 V) haben die Elkos üblich eine Nennspannung von 200 V, was angeblich genügende Reserve von 2 * 200 - 325 = 75 V garantiert.
13.02.2015, 09:41
Pyro-Mike

Zusätzlich gehe ich davon aus, dass die Kondensatoren zwar +-20% Toleranz haben zum Nominalwert, innerhalb einer Charge aber nicht so stark abweichen, wichtig ist ja hauptsächlich die Toleranz untereinander.
Die meisten Hersteller drücken da einfach fest die Daumen und länger als 2 Jahre soll so ein Gerät ja typischerweise sowieso nicht halten.
13.02.2015, 09:43
Siro

Hallo PICture, danke erstmal für die Rückmeldung.
Ja Du hast recht, am Eingang sitzt ein PTC vor den Kondensatoren, an den habe ich erstmal garnicht gedacht :p
Der begrenzt ja bei der Aufladung den dicken Strom, so werden sich die Spannungsabfälle an den Elkos in einem
"sicheren" Bereich bewegen.
Die Widerstände parallel zu den Elkos würde ich auch zustimmen, dass sie lediglich zum Entladen dienen, nur das gibt Sinn.
Eigentlich hast Du meine Frage damit schon beantwortet.

Ich danke Dir.
13.02.2015, 09:44
PICture

@ Pyro-Mike

Bei Serienherstellung sind die Bauteile nach Einkaufen vorm Einbauen oft gemessen und sortiert. ;)
13.02.2015, 09:54
Siro

Mir fällt grad auf: Müste das nicht ein NTC sein ? Kalt hochohmig
13.02.2015, 11:26
PICture

Ja, sorry habe ich verwechselt (heute ist echt Freitag der 13.) und schon in der Skizze geändert ! :D
13.02.2015, 18:35
Siro

Liste der Anhänge anzeigen (Anzahl: 1)

Zitat:

Zitat von PICture

Ja, sorry habe ich verwechselt (heute ist echt Freitag der 13.) und schon in der Skizze geändert ! :D

Das macht garnichts, Du hast vermutlich auf meine Leiterplatte geschaut:

Das steht im Bestückungsdruck tatsächlich "PTC" und auf dem Bauteil ganz gross NTC.
Und das bei einer bekannten Modellbaufirma... ;) ....

Zumindest kennen wir den Unterschied

- - - Aktualisiert - - -

Ohne Worte Anhang 29829
13.02.2015, 21:08
Peter(TOO)

Hallo,

Zitat:

Zitat von Siro

Die Widerstände parallel zu den Elkos würde ich auch zustimmen, dass sie lediglich zum Entladen dienen, nur das gibt Sinn.

Für Wechselspannung kennt man den Kapazitiven Spannungsteiler. Der funktioniert im Prinzip wie mit Widerständen.
Dieses Problem hast du beim Einschalten.

Bei Kondensatoren gibt es unterschiedlich Werte für die Spannungsfestigkeit: Gleich-. Wechsel- und Impulsspannung. Der Wert für die Impulsspannung ist normalerweise immer höher als derjenige für Gleichspannung. Beim Einschalten handelt es sich aber hauptsächlich um die Impulsspannungsfestigkeit.

Die Widerstände sorgen dann dafür, dass sich die die Gleichspannung gleich mässig auf beide Elkos verteilt.

Für die Spannungsfestigkeit sind nicht nur das Material des Dielektrikums und dessen Dicke massgebend, sondern auch die Homogenität.
eine Störung im Dielektrikum führt zu lokal höheren Feldstärken, wo dann das schwächste Glied in der Kette ist. Allerding führt dies dann nicht sofort zu einem Überschlag, meist finden da erst Materialwanderungen statt.

Bei Gaseinschlüssen führt die höhere Feldstärke zu einer Ionisation des Gases. Dieses erwärmt sich dabei und es baut sich lokal ein Druck auf welcher dann, vor allem bei Keramikkondensatoren, zu einem Riss führt. Besonders im Hochspannungsbereich kann dies zu einer regelrechten Explosion führen.
Diesen Effekt hat man, im Hochspannungsbereich auch bei Isolatoren. Diese sind technisch bedingt, auch wenn ungewollt, auch Kondensatoren (Kondensator = Zwei durch einen Isolator getrennte Leiter).

Ich habe mal einen Fall mit Isolatoren im 15kV Bereich mitbekommen, welche erst nach Monaten geborsten sind. Die Ursache lag beim Hersteller, welcher im selben Raum Isolatoren aus unterschiedlichen Keramiken hergestellt hatte. Bei manchen Kombinationen reichen schon geringste Verunreinigungen, das war in diesem Fall wirklich nur stäubchenweise, aus um eine ganze Serie unbrauchbar zu machen.

MfG Peter(TOO)
13.02.2015, 21:17
Besserwessi

Zur Strombegrenzung beim Einschalten nutzt man schon gerne NTCs: beim einschalten ist der NTC noch kalt und lädt so den Kondensator erst einmal langsam. Im Betrieb ist er dann wärmer und erzeugt so weniger Verlustleistung.

Ein PTC wäre mehr ein Kurzschlussschutz - normal Kühl und bei Überlast wird er Heiß und begrenzt so den Strom. Für 230 V ist das aber eher unüblich.
14.02.2015, 14:33
White_Fox

Zitat:

Ich geh mal davon aus, das so ein Elko +-20 Prozent Toleranz hat.
Wenn ich nun Spannung anlege, werden beide aufgeladen, wobei der Strom durch beide Elkos "identisch" von
fast (Kurzschluss) bis Null (beide geladen) abnimmt.
Da sie unterschiedliche Kapazitäten und Innenwiderstände haben, verhält sich die Spannung an den Elkos aber nicht identisch.
So könnte es passieren, dass die halbe Spannungsfestigkeit evtl. nicht ausreicht
Nun habe ich eben ergoogelt, dass man parallel zu den Elkos Widerstände einbaut und hier fielen Werte von 10K.
Ist dadurch wirklich das Problem gelöst, meiner Meinung nach nicht.
Wen interessiert der 10K Widerstand beim Laden der Kondis wo ein recht hoher Strom fliesst ?

Erstmal zu den unterschiedlichen Kapazitäten: Das Verhalten der Spannung über den beiden Kapazitäten ist zwar nicht gleich, aber immerhin proportional. Unter dem Stichwort "kapazitiver Spannungsteiler" solltest du genug zu dem Thema finden.

Zu den Parallelwiderständen: Die haben mit der Spannung über den Elkos überhaupt nichts zu tun. Sowas macht man, um die Elkos schnell wieder zu entladen. Stell dir einfach vor was passieren würde, wenn das Netzteil im unbelasteten Zustand vom Netz getrennt und der Benutzer sofort danach an die Kontakte des Steckers langen würde...da hat er dann 325V zwischen den Pfoten.
14.02.2015, 15:49
witkatz

Zitat:

Zitat von White_Fox

da hat er dann 325V zwischen den Pfoten.

Die Gleichrichterdioden mildern das Unglück ein bisschen ab.
15.02.2015, 23:30
Peter(TOO)

Hallo,

Zitat:

Zitat von White_Fox

Zu den Parallelwiderständen: Die haben mit der Spannung über den Elkos überhaupt nichts zu tun. Sowas macht man, um die Elkos schnell wieder zu entladen. Stell dir einfach vor was passieren würde, wenn das Netzteil im unbelasteten Zustand vom Netz getrennt und der Benutzer sofort danach an die Kontakte des Steckers langen würde...da hat er dann 325V zwischen den Pfoten.

Irrtum!

Bei einer angelegten Wechselspannung, verteilt sich die Spannung im Verhältnis der Kapazitäten.

Bei Gleichspannung vergisst du die Leckströme!
Der am Kondensator mit dem kleinsten Leckstrom, stellt sich die grösste Spannung ein, da spielt dar Kapazitätswert gar keine Rolle (nur bei der Zeit, bis das System im Gleichgewicht ist).

http://de.wikipedia.org/wiki/Reihens...ssymmetrierung

So als Daumenregel für die Spannungssymmetrierung, wählt man den Querstrom durch den Spannungsteiler etwa 10x den grössten Leckstrom der beteiligten Kondensatoren. Man möchte die Kondensatoren nicht schlechter machen als nötig. Gerade bei Elkos ist der Leckstrom aber sehr Temperaturabhängig.
Mit dem 10-fachen Querstrom stellen sich die Spannungen dann auch in der Grössenordnung von +/-10 ein.
Eine andere Möglichkeit sind VDR oder Z-Dioden an Stelle der Widerstände. Hier muss man die Werte so wählen, dass die Schaltschwellen bei der maximal zulässigen Spannung am Kondensator liegen. Ein Nachteil dieser Schaltung ist aber, dass wenn die Spannung ansteigt, alle VDR oder Z-Dioden leiten können und einen Kurzschluss bilden.

Zur Entladung ist die Zeitkonstante RC das Mass.8
Im Allgemeinen sind die Widerstandswerte zur Entladung wesentlich kleiner als diejenigen für die Symmetrierung.

MfG Peter(TOO)
16.02.2015, 20:01
White_Fox

Ei...Potzblitz!
Ich hätte die Leckströme für vernachlässigbar gering gehalten.

Wieder was gelernt... :)
16.02.2015, 21:10
Peter(TOO)

Hallo,

Zitat:

Zitat von White_Fox

Ei...Potzblitz!
Ich hätte die Leckströme für vernachlässigbar gering gehalten.

Wieder was gelernt... :)

So senil sind wir alten Hasen hier noch nicht :-P

MfG Peter(TOO)