Schaltnetzteil falstad bauen bitte hilfe?
Hi, wir brauchen unbedingt hilfe! Unser Lehrer hat uns gesagt, dass wir am ende des Schuljahres ein Schaltnetzteil in falstad gebaut haben müssen und keiner aus unserer klasse kommt weiter. Wenn es Experten gibt bitte sagt bescheid wir brauchen euch. Außerdem kann man nicht leicht mit ihm reden, sprich er besteht aufjedenfall darauf, dass wir es am ende auch haben.
3 Antworten
Das gehört wirklich in en Elektro-Bereich, hab eine Verschiebung angetriggert.
Allg. eine gute Seite zu Elektronik usw.: https://www.elektronik-kompendium.de/
Z. B. auf Heise.de hatte ich irgendwann mal einen Artikel zu PC-Schaltnetzteilen inkl. Schaltplan eines alten Netzteils gesehen, finde es aber gerade nicht. Und ist wahrschienlich eh kostenpflichtig.
notting
Ich hatte schon leicht Panik gekriegt, als ich gelesen habe, dass ihr ein Netzteil bauen sollt und "keine Ahnung" habt - Bis ich gegoogelt hab, was Falstad ist.
Zum Glück nur eine Simulation - Ihr baut es ja nicht wirklich auf (bitte versucht das auch nicht!!! Das kann der Lehrer nicht verlangen, dass ihr auf komplett eigene Faust ein echtes Netzteil oder irgendwas anderes mit Netzspannung baut) - von daher ganz locker einfach mal mit der Simulation tüfteln, bis es funktioniert :D.
Um ein Schaltnetzteil zu bauen, muss man zunächst die Funktionsweise verstehen.
Falls ihr gar nicht wisst, was das überhaupt ist: Das ist das, was z.B. euer Handyladegerät oder die PSU eines PCs oder ist.
Diese Geräte sind natürlich sehr kompliziert, weil da noch andere Dinge mit drin sind (cosphi-Korrekturen, unterschiedliche Spannungsebenen und Controllerchips etc.)
Das eigentliche Grundprinzip ist im Kern eigentlich simpel :)
Ich erkläre sie mal so Stufe für Stufe, kaue es aber nicht ganz weich. Kleines bisschen Kauen in Form von Fragen zum Selberbeantworten lasse ich hier und da übrig, aber ich kenne euren Wissensstand nicht. :)
Da die genaue Aufgabenstellung fehlt, gehe ich vom simplen 12V-Steckernetzteil "ohne alles" aus - z.B. sowas: https://www.reichelt.de/de/de/shop/produkt/steckernetzteil_12_w_12_v_1_a-370228?PROVID=2788&gad_source=1&gad_campaignid=183379230&gbraid=0AAAAADwnxtZh7z2FySIL3epsNEAjNoV5s&gclid=CjwKCAjwl_XBBhAUEiwAWK2hzkVLrHiHDrOkHs-gqyWUIQjgU2D7zxQ5VWVmxrFWvvPzK08oyCCxhxoCJnIQAvD_BwE
Aber wir bauen zunächst die ganz chinesische Version mit nur den allernötigsten Komponenten auf. :P
So ein Schaltnetzteil - genauer ein primärgetaktetes - besteht aus einer Serie mehrerer "Stationen"
Stecker/Speisung
Es geht los am Stecker, der in der Steckdose steckt. Von dort kommen L und N. PE wird nicht benötigt.
Die Netzspannung beträgt 230V Sinuswechselspannung mit einer Tolerant von +/- 10%.
Frage: Welchen Eingangsspannungsbereich muss das Netzteil verarbeiten können?
Im Strompfad der Phase befindet sich ein Fusistor.
Frage: Dieser Fusistor erfüllt zwei sehr wichtige Aufgaben - Eine davon sollte bereits jetzt klar sein. welche ist es?
Gleichrichtung primärseitig
Die Netzspannung wird zunächst gleichgerichtet und geglättet.
Frage: Welche Gleichrichterschaltung ist hier am besten geeignet?
Frage: Wie hoch ist die gleichgerichtete Ausgangsspannung maximal?
Zerhacker + Übertrager(Transformator)
Weiter geht es in dieser Station, die den Übergang von der Primär- zur Sekundärseite darstellt. Sie besteht aus einem Transistor, der den Übertrager ein- und ausschalten kann.
Zum Schalten, das darin besteht, dass der Übetrager in hoher Frequenz (z.B. 30kHz) an- und ausgeschaltet wird. Dazu später mehr.
Frage: was ist bei dem Übertrager wichtiges zu beachten bzw. wie muss dieser beschaffen sein? (Tipp: Der sekundäre 12V-Stecker eines üblichen Steckernetzteils hat keinen nennenswerten Berührungsschutz)?
Frage: Welche Spannungsart erzeugt der Zerhacker?
Gleichrichtung sekundärseitig
Es erfolgt eine weitere Gleichrichtung.
Frage: Wieso nochmal? Es wurde doch primärseitig bereits gleichgerichtet?! Gleicher als Gleichspannung geht doch nicht??
Eine ganz wichtige Rolle spielt hier der Glättungs-Elko, an dem schließlich die Ausgangsspannung von 12V anliegt (anlegen soll).
Als letztes kommt dann der 12V-Verbraucher, der betrieben werden soll (=dicker Lastwiderstand R_L).
Rückkopplung
Damit es 12V werden, arbeiten die letzten drei Stufen zusammen:
(dazu muss ich ein paar der gestellten Fragen auflösen^^)
Ist der Kondensator unter 12V (oder gänzlich leer), wird der Zeracker zugeschaltet - Dieser erzeugt 30kHz Rechteckspannung, die vom Übertrager transformiert wird.
Über die Gleichrichtung auf der Sekundärseite wird diese wieder gleichgerichtet. Diese Gleichspannung lädt den Kondensator auf.
Ist der Kondensator soweit geladen, dass 12V im nächsten Moment überschritten werden würden, wird der Zerhacke wieder ausgeschaltet.
Da der Widerstand die in den Kondensator reingeladene Energie verbraucht, fällt die Spannung nun wieder, bis sie unter 12V ist. Dann geht das ganze von vorne los - Immer wieder und wieder.
Der Kondensator der sekundärseitigen Gleichrichtung wird auf diese Weise auf 12V gehalten - Deshalb ist der so wichtig.
Frage: Der ausgangskondensator ist ein Elko - Aber man kann da nicht jeden beliebigen Typ nehmen. Warum ist das so und welche Eigenschaften muss er besitzen?
Frage: Damit das ganze funktioniert, muss der Ladezustand des Elkos auf der Sekundärseiteseite dem Zerhacker über eine Rückkopplung "mitgeteilt" werden, damit er "weiß", wann er tätig werden muss und wann nicht. Mit welchem Bauteil kann man dieses tun, ohne dass die sichere galvanische Trennung zwischen primär und sekundär gefährdet wird.
Frage: Was ist PWM?
Frage: Das beschriebene Ein- und Ausschalten des Zerhackers war zum groben Verständnis, ist aber in der Praxis sehr primitiv und sorgt für unerwünschte Spannungsschwankungen ausgangsseitig. Inwiefern und wo kann man PWM einsetzen, um das zu verbessern?
Das war's eigentlich schon. Viel Spaß beim Aufbauen der Schaltung "in funktionierend".
Bonusfragen:
Was ist die zweite wichtige Funktion des Fusistors am Netzeingang?
In einem echten Netzteil gibt es noch einen blauen Y-Kondensator zwischen Primär- und Sekundärkreis. Wozu ist der gut und inwiefern beeinflusst er die sichere galvanische Trennung und wieso?
In einem echten Netzteil sind Endstörkondensatoren und -drosseln verbaut, die Funkstörungen vermeiden. Aber inwiefern sind Funkstörungen im Zusammenhang mit schaltnetzteilen überhaupt möglich?
Was passiert, wenn der Ausgang kurzgeschlossen wird?
Elkos sind prinzipbedingt etwas träge. Welches Problem kann sich hieraus ergeben und wie kann man es unterbinden.
Was passiert, wenn ein zu billiger Kondensator am Ausgang verbaut ist und dieser durch einen Defekt seine Kapazität verliert, mit der Ausgangsspannung?
warum sollten die Leitungswege auf der Sekundärseite möglichst kurz sein?
Auf welche Weise kann Störeinstrahlung auf der Sekundärseite die Funktionsweise des Netzteils stören?
Wie kann man das unterbinden?
Wieso ist ein Schaltnetzteil energieeffizienter als ein konventionelles Trafonetzteil?
Wieso ist der Übertrager im Schaltnetzteil viel kleiner als beim konventionellen Trafonetzteil bei gleicher Leistung?
Wenn du alle Fragen beantworten kannst, kriegst du es sicher hin, ein Schaltnetzteil zu simulieren. Der mit Abstand schwierigste Teil dürfte die Rückkopplung sein :).
Es ist ja deine Aufgabe...ja, ich kenne mich da aus und habe Schaltnetzteile schon oft simuliert - aber was bringt es dir, wenn ich es dir vorzeige? Du kannst gerne Tipps von mir haben, aber du hast ja nicht mal angefangen auch nur irgendwas zu machen...
Dann würde ich vorschlagen du entscheidest dich mal für eine Topologie, die du simulieren möchtest.
Hier ist eine Liste der gängigen Topologien: https://de.wikipedia.org/wiki/Gleichspannungswandler#Topologien_(Grundschaltungen)
Abwärts- und Aufwärtswandler kann man recht einfach simulieren. Fluß- und Sperrwandler ebenfalls.
Natürlich hab ich angefangen was zu machen, jedoch ist es nicht ganz einfach im ersten Jahr wo wir Elektrotechnick haben einen Schaltnetzteil zu erstellen auch wenn es Falstad ist. Es wird dadurch nicht viel einfacher.