für rotes PicoPSU: Ringkerntrafo statt Tischnetzteil?
Willkommen in der Mk-Community › Foren › Hardware › Bastelecke › für rotes PicoPSU: Ringkerntrafo statt Tischnetzteil?
- Dieses Thema hat 16 Antworten und 5 Teilnehmer, und wurde zuletzt aktualisiert vor 11 Jahren, 8 Monaten von littledevil.
-
AutorBeiträge
-
-
15. Juli 2011 um 21:07 Uhr #499543HVR4000erTeilnehmer
Hallo,
wollte mal zu einem allgemeinen Gedankenaustausch anregen. Im Kleinleistungsbereich sind PicoPSUs verbreitet, und die roten haben einen Wide Range Input und können somit unstabilisierte Spannungen verarbeiten.
Ringkerntrafos verwandeln mit recht hohem Wirkungsgrad die 230V 50Hz direkt in eine Kleinspannung. Nach meinen Recherchen erreichen 50VA Exemplare 85% Wirkungsgrad, 80VA sogar 90%. Zudem gibt es mittlerweile günstige Hochleistungs-Schottkydioden (für mehr als 20A), die haben auch bei geringer Belastung nur ca. 0,3V Spannungsverlust.
Die Siebung verringert natürlich zunächst zusätzlich den Wirkungsgrad, weil bei üblichen großen Ladeelkos der Trafo eine sehr hohe Oberwellenblindleistung liefern muß ( nur noch kurze Strompeaks fließen für ca. 1/4 der Dauer einer Halbwelle), wenn nicht folgende Maßnahmen geroffen werden:
1.) eine Siebdrossel wird verwendet, dazu eignen sich starke Lautsprecher-Spulen für Frequenzweichen mit Ferrit- oder Eisenkern. Optimal ist, wenn der Ladeelko und die Siebdrossel bei 100Hz den selben Blindwiderstand erreichen, und dieser auf dem Niveau des Lastwiderstandes ist. Es handelt sich dann um einen Resonanzabstimmung, der cos phi wird =1 . Beispiel: Ca. 250µF und 10mH. Allderdings kosten Profidrosseln mit nur 0,05 Ohm Gleichstromwiderstand 70 Euro. Wer sich das leisten kann, nimmt als C dann auch gleich einige große Folienkondensatoren.
2.) das rote PicoPSU hat einen Spannungsbereich von 12-25V. Eigentlich müßte es doch auch eine ganz starke Brummspannung (Ripple) von 10V ss locker ausregeln können, wodurch der Ladeelko stark verkleinert werden kann, so daß die Oberwellenblindleistung die dem Trafo abverlangt wird kleiner wird.
Warum überhaupt Ringkerntrafo? Der Ringkerntrafo ist ein sehr robustes passives Bauteil. Es hat bei mäßiger Belastung eine fast unbegrenzte Lebensdauer, ist kurzzeitig stark überlastbar, erzeugt keine EMV-Störungen.
Es gibt Ringkerntrafos in sehr feinen Leistungsabstufungen auf dem Markt, so daß man sein Netzteil individuell maßschneidern kann. Kosten 20-30Euro, Schottky-2Wege Gleichrichter 1,20 Euro. Danach kommt die große Unbekannte wie man weiter vorgeht.Grob geschätzt dürfte man mit einem optimierten passiven Netzteil locker 80-85% Wirkungsgrad erreichen – im Kleinleistungsbereich freier Wahl.
Wer hat Erfahrungen gemacht?
-
16. Juli 2011 um 11:07 Uhr #898341VJoe2maxTeilnehmer
Eigene Erfahrungen habe ich damit zwar noch nicht gemacht aber prinzipiell spräche wenig dagegen es mal auszuprobieren. Allerdings habe ich doch erhebliche Zweifel daran, dass damit ein effizientes Schaltnetzteil zu schlagen wäre und der Aufwand ist ungemein höher. Auch finanziell nimmt sich das letztlich nichts viel. Schaltnetzteile mit an die 90% Wirkungsgrad sind in der Leistungsklasse ohne Weiteres und bezahlbar verfügbar und letztendlich definitiv die komfortablere Lösung ;).Falls du es ausprobierst, wäre eine Doku schön. Ich würde allerdings schon mal damit rechnen eventuell doch mehr in die Siebung und Glättung stecken zu müssen ;). Ein ganz praktischer Nachteil von Ringkerntrafos ist btw das fehlende Gehäuse.
-
16. Juli 2011 um 20:07 Uhr #898387ulvTeilnehmer
Ich finde das sollte man durchaus mal ausprobieren, ich fürchte aber, dass so eine Schaltung auch ohne jede Last ca. 5 Watt verbraucht. Kannst ja erstmal einen blanken Trafo mit offener Sekundärwickling vermesen -> dann sehen wir weiter.
-
16. Juli 2011 um 20:07 Uhr #898385HVR4000erTeilnehmer
Bei meinen Recherchen über Gleichrichtung bin ich über Synchrongleichrichter bzw. aktive Gleichrichter gestoßen. Dabei verwendet man statt der Diodenstrecke MOSFETS mit niedrigem RDS ON, so daß man Spannungsverluste im Millivolt-Bereich hat. Der Nachteil einfacher Schaltungen ist, daß Rückspannungen von geladenen Ladeelkos (während der Zeit wo die Elkospannung höher als der Momentanwert der Halbwelle ist) nicht gesperrt werden und im Gleichrichter verheizt werden.
Einen genialen Kompromiß habe ich in einem Forum für LED und Fahrradscheinwerfer gefunden. Die Gleichrichterbrücke besteht halb aus Schottkydioden, und halb aus MOSFETs. (sozusagen ein Halbsynchrongleichrichter) Sie ist extrem einfach (besteht auch nur aus 4 Bauteilen) und sperrt Rückspannung. Sie hat nur 0,3V Spannungsverlust, also die Hälfte eine klassischen Brücke aus 4 Schottky-Dioden.
Alles außer die 2 Schottkydioden und die 2 MOSFETs muß man sich wegdenken.
Die Schaltung ist ideal für verbreitete Doppel-Schottkys mit gemeinsamer Katode.
Dann noch ein absichtlich kleinen (wegen der Oberwellenblindleistung) aber verlustarmen Ladeelko, so daß die Brummspannung bis zu 10V ss beträgt (unter der Prämisse daß das rote Pico diesen Ripple sauber wegregelt), und man hat einen Gleichrichter, der bei 50VA / 15V den Wirkungsgrad nur ca. um 2% verschlechtert. Mit einem guten Ringkerntrafo sind damit 88% drin. Zusammen mit dem roten Pico (92%) macht das mehr als 80% Gesamtwirkungsgrad. (Vornetzteil+PicoPSU)
Schaltnetzteile mit an die 90% Wirkungsgrad sind in der Leistungsklasse ohne Weiteres und bezahlbar verfügbar und letztendlich definitiv die komfortablere Lösung
Gibt es wo zu kaufen? (Link zum Shop)
Ein ganz praktischer Nachteil von Ringkerntrafos ist btw das fehlende Gehäuse.
Kapier ich jetzt nicht. Mainboards haben doch auch kein Gehäuse?! (Ringkerntrafo -> Teil was direkt in den PC eingebaut wird, mit praktischer Einlochmontage)
Übrigens ist man mit der Variante fast ohne Siebung bei 30€ (Trafo), 1,20 (gute Doppel-Schottky) und pro MOSFET nochmal 1€.
-
16. Juli 2011 um 21:07 Uhr #898389HVR4000erTeilnehmer
Dummerweise hat mein HTPC jetzt ein gelbes PicoPSU. Für den Ringkerntrafo ist unbedingt ein Rotes erforderlich.
Zum Wirkungsgrad: Ich habe irgendwo schon mal eine typ. Wirkungsgradkurve gesehen. Innerhalb der ersten 10% Auslastung steigt der Wikrungsgrad von 0 beginnend steil an. Zwischen 1/3 und 2/3 steigt der Wikungsgrad nur noch marginal an, bei 2/3 erreicht er das Maximum. Danach fällt er flach.
Der Leerlaufverbrauch ist bei einem 50VA Trafo IMHO kleiner als 5W. Aber man kann ja über ein Relais (Öffner) ein winziges Schaltnetzteil in Reihe zur primären Trafowicklung schalten für den Standbybetrieb. Dann wird der Trafokern auch ständig etwas ummagnetisiert und hat keinen hohen Einschaltstromstoß.
-
17. Juli 2011 um 11:07 Uhr #898424HVR4000erTeilnehmer
Es gibt noch einen theoretischen Vorteil des Ringkerntrafos: Man kann ihn als Spartrafo schalten und somit seinen Wirkungsgrad schlagartig um 5..10% verbessern. (je weniger verschieden Ue und Ua sind, um so besser) Der Spareffekt rührt daher, daß der Primärstrom Teil des Ausgangsstromes wird und der Kern für die selbe Ausgangsleistung mit weniger magnetischem Fluß beaufschlagt wird.
Das große praktische Problem dabei ist, daß fast alle externen Anschlüsse des Mainjboards (außer Toslink) Bezugspotential zu GND haben und damit dann “unter Saft” stünden.
Selbst wenn man den Schutzleiter als definierten Rückleiter mißbraucht und alles durch einen 10mA FI schickt, bekommt man das Problem, das der Rückstrom auch den Weg über HDMI-Kabel-Monitor-Schutzleiter nehmen würde und damit der FI auslöst.Es gab früher vor 50 Jahren schon mal elektronische Unterhaltungsgeräte die “unter Saft” standen. Das waren billige Röhrenradios der Unterklasse, sog. Allstromempfänger, wo ein primitiver Selengleichrichter die Netzspannung direkt gleichrichtete und alle Röhrenheizungen zusammen mit der Skalenpampe und Vorwiderstand in Reihe an 220V geschaltet waren.
Das Besondere an den Geräten war, daß nach außen hin alles isoliert war, sogar die Madenschrauben in den Drehknöpfen waren versiegelt. Antennenbuchsen kann man sehr leicht potentialtrennen durch einen HF-Trafo oder einfach Kondensatoren.
Auf Audioein- und Ausgänge verzichtete man natürlich.Wenn man so konsequent auch bei einem HTPC vorgehen könnte… also ein schutzisoliertes Gehäuse, Satkabel-Potentialtrenner, HDMI-Potentialtrenner, USB-Potentialtrenner… ersteres auf Trafobasis, letzteres auf Optokoppler-Basis + DC-DC-Wandler für Signalbaugruppen am Ausgang.
-
17. Juli 2011 um 11:07 Uhr #898427HVR4000erTeilnehmer
Schaltnetzteile mit an die 90% Wirkungsgrad sind in der Leistungsklasse ohne Weiteres und bezahlbar verfügbar und letztendlich definitiv die komfortablere Lösung
Gibt es wo zu kaufen? (Link zum Shop)
Die Frage habe ich mir jetzt selbst beantwortet:
http://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.dll?lang=de&site=DE&KeyWords=MWA150012A&x=0&y=0
Der Preis von 125€ ist natürlich ein ganz großer Ansporn dafür, daß ich mir jetzt schnell mal einen Ringkerntrafo, eine Doppel-Schottky und 2 MOSFETS bestelle 🙂
-
17. Juli 2011 um 12:07 Uhr #898432littledevilTeilnehmer
Wenn Du dich uns anschließt, kann es deutlich preisgünstiger für Dich werden
-
25. Mai 2012 um 17:05 Uhr #920453HVR4000erTeilnehmer
Hallo Leute, ich melde mich mal wieder zurück, nachdem mein HTPC-Projekt eingeschlafen ist weil ich mit der am Markt verfügbaren Hardware unzufrieden bin.
Es gibt etwas Neues zum Thema Ringkerntrafo. Ich stelle die Beleuchtung bei meinen Eltern im Obergeschoß komplett auf MR16 / GX5,3 LED-Lampen um. Da ich festgestellt habe, daß diese hochwertigen Lampen bei 50Hz~ kein 100Hz-Flimmern zeigen, habe ich als gemensame Quelle bei Reichelt einen 80VA Ringkerntrafo für 20€ bestellt und ihn natürlich gleich vermessen.
Jetzt haltet euch fest: Der Leerlaufverbrauch ist ca. [SIZE=”6″]0,5W[/SIZE]
Eine grobe Wirkungsgradermittlung gab bei ca. 38% Auslastung einen Wirkungsgrad von [SIZE=”6″]90%[/SIZE].
Zusammen mit dem roten Pico PSU und einer halb-aktiven Gleichrichtung ergibt sich also ein Potential beim Gesamtwirkungsgrad (incl. PicoPSU) von 83%.
Der Preis von Ringkerntrafo, Gleichrichtung und Feinsicherung liegt bei ca. 25€. Wenn man den Mehrpreis eines roten Picos von 10€ (ggü. einem gelben) noch dazuzählt, liegt man mit dieser Tischnetzteil-Alternative bei 35€, das ist die Hälfte eines 12V-Tischnetzteils mit vergleichbarem Wirkungsgrad.
Sobald es Hardware gibt die mir gefällt (z.B. bezahlbare IvyBridge mit 35W TDP) werde ich einen Mini-PC mit Ringkerntrafo auf jeden Fall bauen und hier dokumentieren.
-
25. Mai 2012 um 19:05 Uhr #920457spokekillerTeilnehmer
Das klingt äußerst interessant. Kannst Du mal Details zu Aufbau Deiner Gleichrichterschaltung geben?Ich hatte vor kurzem in Zusammenhang mit dem Bau eines Audio-Verstärkers nach “gainclone” Muster genauer nach Ringkerntrafos geschaut. Der einzige Pferdefuß scheint mir bei diesen die schiere Größe und Gewicht.Bin gespannt, zu gegebener Zeit dann was von Dir in Form eines Stromspar-PC zu sehen.
-
25. Mai 2012 um 21:05 Uhr #920461HVR4000erTeilnehmer
Und noch etwas: Wenn man ein BOINC-Array oder ein kleines Rechenzentrum betreibt und jede Einheit mit einem roten PicoPSU ausstattet, kann man als Stromversorgung 3 Ringkerntrafos am Drehstromnetz verwenden. (CEE-Steckdose) Die Siebung entfällt dann völlig, da sich Halbwellen mit 60° Phasenverschiebung überlagern.
-
25. Mai 2012 um 21:05 Uhr #920460HVR4000erTeilnehmer
Hallo spokekiller, den halb-aktiven Brückengleichrichter habe ich in Post #3 verlinkt. 3 stärker dimensionierte Bauteile von Reichelt für insg. ca. 3€ habe ich ebenfalls verlinkt.
Der halb-aktive Brückengleichrichter ist so genial, daß es ihn eigentlich als vergossenes oder verpreßtest Fertigbauteil geben müßte.
Der einzige Pferdefuß scheint mir bei diesen die schiere Größe und Gewicht.
Halb falsch. Das Volumen ist kaum größer als beim Schaltnetzteil. Aber das Gewicht bzw. die Masse an Eisen und Kupfer ist deutlich größer, so daß der Kupferpreis hier natürlich zuschlägt. Ein 08/15 ATX-Netzteil mit 70% Wirkungsgrad wird immer billiger sein, solche China-Kracher gibts schon für 10€.
Aber im Bereich der lüfterlosen Netzteile <100W und >80% Wirkungsgrad ist meine Ringkerntrafo-Lösung interessant.
-
25. Mai 2012 um 22:05 Uhr #920468ulvTeilnehmer
HVR4000er;489497 said:
Jetzt haltet euch fest: Der Leerlaufverbrauch ist ca. 0,5W
Eine grobe Wirkungsgradermittlung gab bei ca. 38% Auslastung einen Wirkungsgrad von 90%.Sehr interessant. Bei gepulsten Strömen ist der Trafo-Wirkungsgrad normalerweise sehr viel schlechter. Und Lastwechsel sind auch problematisch. Die Ausgangsspannung vom Trafo sollte dann nicht mehr sonderlich stabil sein. Evtl. bügelt das rote Pico das aber wieder aus. :-k
Aber wenn es läuft… 😎
Wie hast du denn das abgeschätzt bzw. gemessen? -
26. Mai 2012 um 7:05 Uhr #920472HVR4000erTeilnehmer
Hallo ulv, mit gepulsten Strömen meinst du sicherlich die Verzerrungsblindleistung, welche aus der Gleichrichtung und einem anschließenden großen Ladeelko resultiert.
Nun, insgesamt basiert meine Idee auf 2 Maßnahmen, die die Verzerrungsblindleistung erheblich reduzieren
1.) der halb-aktive Gleichrichter aus einer Doppel-Schottky und 2 MOSFETS hat nur 1/3 des Spannungsabfalls eines normalen Silizium-Brückengleichrichters. Dadurch kann er dem Strom auch nur 1/3 der Verzerrungsblindleistung aufprägen.
2.) die wichtigste Maßnahme: Der Ladeelko wird absichtlich soweit reduziert, daß die Brummspannung das absolut zulässige Maximum erreicht, was das rote PicoPSU noch auszuregeln imstande ist, im Idealfall der volle Spannungshub zwischen 12V und 25V, also 13Vss.
Wenn ich es so recht durchrechne, dann ist ein 15V-Trafo ideal. Die Leerlaufspannung am Ladeelko beträgt dann 23,5V (Ringkerntrafos sind sehr spannungssteif). Der Brummspannungspeak unter Last beträgt dann 20,7V. Wenn man das Minimum als 12,0V ansetzt, hat man eine stattliche Brummspannung von 8,7Vss.
Das PicoPSU wird quasi als elektronische 100Hz-Siebdrossel mißbraucht. Der Sinus-Halbwelle wird dadurch zu 70% ihrer Zeitdauer Strom entnommen, und zwar nicht peakförmig, sondern schön flach.
Ich habe leider gerade keine Formel zur Hand zur Berechnung des Ladeelkos für eine bestimmte Brummspannung, aber man kann es ja empirisch ermitteln.Hier noch das Datenblatt des Reichelt 80VA Ringkerntrafos
Wie hast du denn das abgeschätzt bzw. gemessen?
Ich habe 5 Samsung LED-Lampen zu je 5,8W drangehabt, die ihre Leistung intern sehr genau regeln. Bemerkenswert daran ist, daß es sich hier ja um Verbraucher mit einer recht hohen Verzerrungsblindleistung handelt, und trotzdem war der Wirkungsgrad gut.
-
26. Mai 2012 um 8:05 Uhr #920473HVR4000erTeilnehmer
Habe recherchiert und bin auf diese Formel gestoßen: Upss = (0,75*Ia) / (fp*C1) (fp ist die Brummfrequenz in Hz, beim Brückengleichrichter also 100Hz)Nach dieser Formel ergibt sich bei 4A eff. und 4400µF eine Brummspannung von 6,8Vss, bei einer DC-Leistung von ca. 60W. Mit 3300µF ergeben sich 9,1Vss. Dann reizt man das PicoPSU wirklich aus und hat auch keine Reserve mehr.
-
26. Mai 2012 um 17:05 Uhr #920497HVR4000erTeilnehmer
Habe den Trafo jetzt in ein Alu-Gehäuse gebaut und ein VDE-mäßiges Gerät draus gemacht. Anschließend habe ich alle 12 LED-Lampen angeschlossen, was einer Leistungsentnahme von ca. 72W entspricht. Dabei maß ich eine Leistungsaufnahme aus dem Stromnetz von 85W, was einem Wirkungsgrad von 84,7% entspricht. Allerdings fressen die Überlastschutzmaßnahmen spürbar Leistung, was man durch Anfassen als Wärme zu spüren bekommt. Und zwar habe ich primärseitig einen Geräteschutzschalter nach dem Bimetall-Prinzip, dieser hat einen ohmschen Widerstand von 3,5 Ohm, da geht ein knappes Watt drauf. Dann habe ich die beiden Sekundärwicklungen jeweils mit einer Polyswitch-Sicherung ausgestattet. Diese verheizen bei Nennstrom mindestens 1W. Wenn man also diese 3W externe Verluste abzieht, liegt der Wirkungsgrad des Trafos bei 90% Auslastung bei 87,8%. Das kann sich sehen lassen, finde ich.
-
16. Juli 2012 um 9:07 Uhr #923628littledevilTeilnehmer
Wie schauts mit dem Wirkungsgrad bei geringer Auslastung von sagen wir mal 10% aus?
-
-
AutorBeiträge
- Du musst angemeldet sein, um auf dieses Thema antworten zu können.