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Thema: 230V -> 5V ohne Trafo

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    230V -> 5V ohne Trafo

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    Hallo Leute,

    Ich bin jetzt an einer Sache dran, wo ein AVR in ein Reiheneinbaugehäuse rein soll.
    Das Problem, ist die Spannungsversorgung.
    Gibt es eine einfache Lösung die 5V für den AVR zu gewinnen, ohne einen Trafo zu verwenden?
    Es wird auch nicht viel Leistung benötigt, nur der µC und ein kleines Relais.

    Gruß Sebastian.

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Roboter Experte
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    Wenn deine Schaltung ohne Potentialtrennung auskommt kannst du das auch so machen. Ein+Ausgänge über Relais oder Optokoppler ?

    https://www.roboternetz.de/phpBB2/vi...=119519#119519

    Die Schaltung habe ich auch schon in einem Bewegungsmelder gesehen.
    Prostetnic Vogon Jeltz

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  3. #3
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Hallo Vogon,
    Danke für Deine Antwort.
    Ich meine aber eher die Spannungsversorgung für den AVR und nicht die Wandlung für die Sensoren.

    Oder hab ich da was falsches verstanden?

    Gruß Sebastian

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von SprinterSB
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    Zunächst gibt's da trafolose Stromversorgungen.
    Oder (primär)getaktete Netzteile. Da braucht's auch kein Trafo, allerdings ne Speicherdrossel.
    Disclaimer: none. Sue me.

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Hallo,
    schau mal nach Schaltnetzteil,
    ich hatte eins hier in einem Switch, die sind relativ klein (meins 11x5x3cm), und ohne Trafo der brummen könnte.

    Die Vorteile eines Schaltnetzteils merkt man erst, wenns defekt ist, und man es durch ein herkömmliches Netzteil ersetzen muss, weil grad kein andres da ist.

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Roboter Experte
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    Na ja, im Schaltnetzteil sitzt ja auch ein Trafo.
    Der Trafo arbeitet nur nicht mit der Netzfrequenz. Das Netzteil macht aus der Netzspannung erst mal eine Gleichspannung. Ein Transistor-Schalter daraus dann eine Wechselspannung für den Trafo mit nachgeschalteten Gleichrichter. Da man dabei eine wesentlich höhere Frequenz nimmt braucht der Trafo nicht so groß sein. Dazu kommt noch das die Regelung der Ausgangs-Spannung/Leistung, ähnlich wie PWM, auf den Transistor-Schalter zurück geführt wird.

    So wie bei der Schaltung für den Optokoppler kann das auch für den AVR als Stromversorgung gehen. Nicht nur bei dem Bewegungsmelder, Dimmer, Toaster, Schaltuhren usw ist das üblich. Der notwendige Strom für die Elektronik kommt über einen Vorwiderstand vom Netz. Damit nicht unnötig Wärme produziert wird, wird der durch den Blind-widerstand eines Kondensators ersetzt.
    Und damit die Spannung auch stabil steht, noch so ein Regler:
    https://www.roboternetz.de/phpBB2/ze...=128748#128748

    Der Vorteil: die notwendigen Teile sind billig und brauchen wenig Platz.
    Der Nachteil: Die Schaltung ist nicht potentialfrei und führt Netzspannung.
    Prostetnic Vogon Jeltz

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  7. #7
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von SprinterSB
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    Im grossen ganzen stimmt die Beschreibung der Bauteile in einem Abwärtswandler. In einem Abwärtswandler übernimmt allerdings nicht ein Trafo die Spannungsumformung, sondern eine Speicherdrossel.

    Im Trafo erscheint die Energie, die man Primärseitig reinsteckt, unmittelbar am Ausgang. Verluste gibt es durch ohmschen Widerstand der Wicklungen, durch Ummagnetisierungsverluste, und Abstrahlung. Je höher die Frequenz, bei der ein Trafo betrieben wird, desto höher sind diese Verluste; im ohmschen Anteil wegen Skineffekt.

    In einem Abwärtswandler fliesst der Strom zunächst durch einen Schalter (zB FET), und durch eine Drossel direkt zum Ausgang, wo die Spannung durch einen C gebügelt wird. Durch die Induktivität der Drossel fällt über dieser eine Spannung ab, so daß die Ausgangsspannung entsprechend niedriger ist. Die Energiedifferenz zwischen Drosselein- und Ausgang wird jedoch nicht in Wärme verbraten wie bei einem Längsregler, sondern in einem Luftspalt in der Drossel in Form magnetischer Energie gespeichert. Die Energie wächst an, der Strom nimmt zu und der Spannungsabfall reduziert sich.

    Hat die Spannung am Ausgang den gewünschten Wert erreicht, macht man den Schalter auf. Der Strom durch die Drossel kann nicht aufhören zu fliessen und fliesst weiter. Durch eine (Schottky)-Diode mit Kathode zwischen Schalter und Drossel (Anode an GND), saugt die Drossel weiterhin Strom, der nun jedoch zu sinken beginnt. Allerdings wird weiterhin Energie zum Ausgang transportiert, die aus der Energie im Luftspalt gespeist wird. Fällt der Strom unter eine bestimmte Grenze, schaltet man den Schalter wieder durch, falls die Spannung am Ausgang dies zulässt.

    Verluste entstehen durch Spannungsabfall an der Diode, Schaltverluste im Schalter, Streu- und Kernverluste an der Drossel, Wicklungsverlusten, Umladeverluste am C und parasitären Schwingkreisen, die durch Drossel und FET/Diodenkapazitäten gebildet werden..

    Die in der ON-Zeit des Schalters anfallende Energie wird in der Drossel zwischengespeichert. Daher auch die Bezeichnung Speicherdrossel. Je kleiner die Indiktivität ist, desto schneller wächst der Strom und man hat die Drossel 'geladen'. Die speicherbare Energie ist aber proportional zur Induktivität. Das Verhältnis von ON/OFF-Zeit hängt von dem verhältnis von Ein- zu Ausgansspannung ab. Die Schaltverluste steigen mit der Frequenz, höhere Frequenzen machen mehr Störungen, aber ermöglichen kleinere Kerne, die jedoch nicht mehr so viel Energie speichern können.

    Fatal wird es dann, wenn die Drossel wegen Designfehlern in die Sättigung geht. Dann steigt der Strom sehr rasch an. Schaltet dann der Schalter nicht fix genug aus, haben die Teile hinter der Drossel ein kleines Problem mit zu hoher Spannung. Sie hängen dann praktisch direkt an der Primärversorgung. Auch übel, wenn der Schalter sich verabschiedet und dazu entscheidet, dauerleitend zu werden...
    Disclaimer: none. Sue me.

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo izaseba!
    Die Netzteile ohne Trafo sind für festen Strom durch Last vorgesehen. In Deinem Fall ist das Relay eine nicht feste Belastung. Die lässt sich aber fest machen, indem das Relay, wenn durch die Spule kein Strom fliest, mit einem freiem Kontakt ein Widerstand (statt eigene Spule) als Belastung eigeschaltet hält. Um das zu verdeutlichen habe ich für Dich eine Skizze erstellt.
    Solche Netzteile sind z.B. in einer application note von Microchip beschrieben. Wenn Du probleme mit english haben solltest, kan ich Dir helfen.
    MfG
    Code:
                                    VCC
                                      +
                                      |
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                                  -  _|_ o
                                  A |_/_| \
                                  |   |  o \o
                                  +---+     |
                                      |    .-.
                                    |/     | |Rs
                               -----|      | |
                                    |>     '-'
                                      |     |
                                     ===   ===
                                     GND   GND
    Angehängte Dateien Angehängte Dateien

  9. #9
    Super-Moderator Lebende Robotik Legende Avatar von Manf
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    Oder doch die klassische Lösung:
    22mm x 24mm x 15mm
    Trafo, 0,33VA, 6V
    1.90€
    http://www.reichelt.de

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Hallo,

    Danke für die vielen Antworten
    Solch eine klasische Lösung, wie von Manf vorgeschlagen werde ich diesmal noch anwenden, weil ich noch glücklicherweise ein Reiheneinbaugehäuse mit doppelter Breite aufgetrieben habe (alter Heizungsschütz)
    So eine Lösung ist mir auch lieber, wegen der galvanischen Trennung und naja, irgendwann vor Jahren hat man das ja auch nur so gelernt.
    @ PICture,
    das mit der festen Belastung wußte ich nicht, wie wichtig ist das?
    Die Lösung mit dem Wechslerkontakt und einem Widerstand ist gut, aber beim Umschalten ist die Schaltung für einen ganz kurzen Moment unbelastet, oder spielen da so kurze Zeiten doch keine Rolle?

    Gruß Sebastian

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