"Theorie"-Frage: Wie viele uF Pufferung sind nötig/sinnvoll?

Autor

Beitrag

achim81
Stammgast

#1 erstellt: 22. Feb 2008, 18:54

Hallo Leute!

Inzwischen habe ich hier ja einiges über Elektronik gelernt, indem ich immer wieder wo mitgelesen habe. Was ich bis jetzt nicht verstehen konnte, ist - unter vielem anderen - Folgendes:

wie berechnet man die Dimensionierung der Pufferelkos für einen Verstärker? Gibt es eine Formel, eine Faustregel? Muß man experimentieren?

Sind mehrere kleinere Kapazitäten (z.B. 5 mal 4.700uF) sinnvoller als wenige große (z.B. 2 mal 10.000uF)? Ich habe mal hier gelesen, daß das wegen des Innenwiderstandes günstig sein soll. Und sowieso sollten es "low-ESR" Tyen sein, richtig?

Und was hat es mit den, hie und da beobachteten, kleinen parallel dazu geschalteten Kondensatoren auf sich? Und die großen nachgeschalteten Widerstände welche ich auch in manchem Schaltplan gesehen habe?

Wie spielt dies alles zusammen?

Klärt mich mal bitte auf!

engel_audio
Stammgast

#2 erstellt: 22. Feb 2008, 23:16

Als Faustregel hat sich bewährt pro mA Laststrom 1µF einzuplanen. Kurzum: bei 10.000µF wär dann der zugehörende Laststrom 10A.

Low-ESR ist von Vorteil wenn kurzzeitig viel Strom gebraucht wird, wie das bei Musik nun halt mal so ist. Das parallelschalten kleinerer Werte hilft hier

kleinere parallel geschaltete Werte helfen im höherfrequenten Bereich, indem sie das Impedanzniveau dort niedrig halten.

Für die nachgeschalteten Widerstände stell doch mal ein Schaltbild hier ein, damit zu sehen ist welche Du meinst.

mrlongie
Stammgast

#3 erstellt: 23. Feb 2008, 00:13

Vielleicht meint er ja auch nachgeschaltene Drosseln. Die reduzieren wie die Kapazitäten die Restwelligkeit (Tiefpass).

achim81
Stammgast

#4 erstellt: 23. Feb 2008, 22:52

Das meine ich zum Beispiel mit den nachgeschalteten Widerständen:

http://www.arky.ru/audio/shem/igbt/Sch_supply.gif

Nach den kleinen Kapazitäten (übrigens KEINE Elektrolyt-Kondensatoren), welche ich parallel zu den dicken Dingern in einem Schaltplan gesehen habe, suche ich noch.

omulki
Stammgast

#5 erstellt: 24. Feb 2008, 03:15

Hallo Achim,

der Schaltplan ist falsch! Wenn überhaupt, würde man die Widerständ VOR die Elkos setzen, also zwischen Gleichrichtung und Kapazitäten. Das schont die Elkos für den Fall, dass kein primärseitiger Soft-Start verbaut wird und "glättet" die Welligkeit des Netzteils unter Last ein Wenig.

Die kleinen Kapazitäten, die Du suchst sind meistens Folien, die HF kurzschließen sollen.

Grüße,
Oliver.

achim81
Stammgast

#6 erstellt: 24. Feb 2008, 14:37

Hey, danke Jungs! Jetzt ist mir einiges klarer. Aber wenn man die Faustregel "1 uF Kapazität pro 1 mA Strom" befolgt, dann sind ja 1.0 F Kapazitäten (Car-Audio) total übertrieben.

edit: weil selbst 1KW Leistung würden bei 12 V ja "nur" etwa 83 A sein. Also reichten in diesem Rechenbeispiel schon 83.000 uF.

[Beitrag von achim81 am 24. Feb 2008, 14:44 bearbeitet]

engel_audio
Stammgast

#7 erstellt: 24. Feb 2008, 18:13

ja, das ist schon richtig. Der dicke Elko im PKW soll aber auch die Spannung am Verstärker noch möglichst bei 12V halten und den Nennstrom durch die Zuleitung möglichst gering halten. Bei 83Ampere Spitzenstrom treten hier auch bei großen Querschnitten schon Nennenswerte Verluste auf!

tede
Inventar

#8 erstellt: 25. Feb 2008, 10:51

Hallo,

1uF pro mA finde ich für ein Endstufennetzteil ein bisschen mager, das ergibt für ne 100W @4R Endstufe gerade mal 2x 2500uF. Meinungen zur Dimensionierung gibts hier:

http://www.hifi-foru...um_id=71&thread=2228

Die Widerstände in der Schaltung sind im Zusammenhang mit der Endstufenschaltung zu sehen, auf der sich vermutlich weitere Ladeelko's befinden. Die widerstände sollen vermutlich die Stromspitzen zwischen den Netzteil und der Endstufe reduzieren.

Die Pufferelkos im Auto haben eine andere Aufgabe als die in einem Standardnetzteil und sind daher nicht vergleichbar.

Thomas

engel_audio
Stammgast

#9 erstellt: 25. Feb 2008, 20:19

1µF pro mA stellen die Untergrenze dar, mehr schadet nicht - bringt aber nur noch kleinere Verbesserungen. Bei extrem hochwertigen Anwendungen, zB:im Audio High End Bereich, wo es auf jedes dB ankommt kann man natürlich je nach gewünschtem Ergebnis mehr Aufwand treiben

omulki
Stammgast

#10 erstellt: 26. Feb 2008, 00:38

Hallo Thomas,

tede schrieb:

Hallo,
1uF pro mA finde ich für ein Endstufennetzteil ein bisschen mager, das ergibt für ne 100W @4R Endstufe gerade mal 2x 2500uF.

Woher nimmst Du die 2500µF?
Ich komme mit Deinen 100W@4R und der Faustformel auf 2x7000µF, was als Untergrenze schon absolut Sinn macht!
Und es ist ja nur eine Faustformel... Man nehme das 2 bis 3-Fache und alles ist gut.

Kann es ein, dass Du den durchschnittlichen Laststrom zu Grunde legst und nicht die Spitzen? Das ist falsch, denn für den Durchschnittsstrom braucht es keinen Elko, das macht schon der Trafo!

Grüße,
Oliver.

[Beitrag von omulki am 26. Feb 2008, 00:41 bearbeitet]

tede
Inventar

#11 erstellt: 26. Feb 2008, 10:42

Hallo,

100W an 4R = 20V 5A = 2,5A pro Spannung = 2500uF pro Spannung

wenn da mA ohne weitere Angabe steht, geht mann (ich) normalerweise vom Effektivwert aus.

ist natürlich nur eine überschlägige Rechnung, bei der es nur um die Größenordnung geht.

Wichtiger als die pure Kapazität ist meiner Meinung die richtige (elektrische) Anordnung und die Qualität der Elko's.

Thomas

[Beitrag von tede am 26. Feb 2008, 10:45 bearbeitet]

Bertl100
Inventar

#12 erstellt: 26. Feb 2008, 12:24

Hallo,

ich weiß nicht, ob man so die Größe von Pufferelkos ermitteln sollte.
Meines Erachtens ergibt sich der Kapazitätswert schon allein aus der unteren Grenzfrequenz.
Das heißt, dass man für 8Ohm Endstufen eine kleinere Kapazität benötigt als für 4Ohm Endstufen.

Mit der maximalen Ausgangsleistung hat das erst mal gar nichts zu tun. Damit kann man aber den maximalen Ripple-Strom durch den Elko bestimmen. Und da gilt natürlich, dass der Elko teuerer wird, wenn er mehr Ripple-Strom aushalten muß.

10000µF und 4 Ohm ergeben z.b. eine Zeitkonstante von 40ms, das entspricht 25Hz. Also nicht sonderlich tief!

Bei 8 Ohm-Design würden für dieselbe Grenzfrequenz 5000µF reichen.

Gruß
Bernhard

omulki
Stammgast

#13 erstellt: 27. Feb 2008, 05:07

Hallo Thomas,

tede schrieb:

Hallo,
wenn da mA ohne weitere Angabe steht, geht mann (ich) normalerweise vom Effektivwert aus.

da steht aber eine weitere Angabe: Wir sprechen von Pufferelkos. Wir puffern aber keine Effektivströme, das wäre ja sinnfrei. Also ist bei dieser Faustformel zwingend logisch vom Spitzenstrom auszugehen, gleich ob Mann oder Frau sie anwendet.

Grüße,
Oliver.

[Beitrag von omulki am 27. Feb 2008, 05:08 bearbeitet]

omulki
Stammgast

#14 erstellt: 27. Feb 2008, 05:29

Halo Bernhard,

Bertl100 schrieb:

Das heißt, dass man für 8Ohm Endstufen eine kleinere Kapazität benötigt als für 4Ohm Endstufen.

Mit der maximalen Ausgangsleistung hat das erst mal gar nichts zu tun. Damit kann man aber den maximalen Ripple-Strom durch den Elko bestimmen. Und da gilt natürlich, dass der Elko teuerer wird, wenn er mehr Ripple-Strom aushalten muß.

10000µF und 4 Ohm ergeben z.b. eine Zeitkonstante von 40ms, das entspricht 25Hz. Also nicht sonderlich tief!

dazu habe ich Anmerkungen und Fragen:

Anm. 1:
Du hast ja Recht mit der Lastimpedanz, aber die Faustformel berücksichtigt dies bereits, da sie linear mit dem Laststrom und daher reziprok mit der Lastimpedanz skaliert.

Frage:
Welche Annahmen legst Du Deiner Berechnung der unteren Grenzfrequenz zu Grunde? Konkreter: Wie weit darf Deiner Meinung nach eine Versorgungsspannung bis zum Scheitel-Zeitpunkt der Ausgangsspannung einbrechen?

Anm. 2:
Du widersprichst Dir selbst. Die Unabhängigkeit von der Leistung auf der einen Seite aber die Annahme einer Vollaussteuerung bei gegebener Last als Grundlage der Grenzfrequenz-Kalkulation auf der anderen Seite...

Oder habe ich Dich irgendwo falsch verstanden?

Grüße,

Oliver.

tede
Inventar

#15 erstellt: 27. Feb 2008, 11:16

Hallo omulki,

wenn schon, dann ist der arithmetische Mittelwert heranzuziehen.

Für mich stellt sich bei der Auswahl des Ladeelkos die Frage ob z.b. 4700uF - 6800uF oder 10000uF zu nehmen sind, daher ist es für mich nicht wichtig den Ladeelko auf letzte µF auszurechnen, zumal auch noch andere Dinge wie z.b. der Trafo und Gleichrichter zu berücksichtigen sind.

Grüße
Thomas

Bertl100
Inventar

#16 erstellt: 27. Feb 2008, 12:59

Hallo!

Frage:
Welche Annahmen legst Du Deiner Berechnung der unteren Grenzfrequenz zu Grunde? Konkreter: Wie weit darf Deiner Meinung nach eine Versorgungsspannung bis zum Scheitel-Zeitpunkt der Ausgangsspannung einbrechen?

Bei 10000µF an 4 Ohm ergibt sich eine Zeitkonstante von 40ms. (also 25Hz). Das heißt, dass bei 25Hz Sinus bereits 1/e x Ausgangsspannung am Elko abfällt (also ca. ein drittel). Inwieweit dadurch die Spannung am Lautsprecher schon absinkt, hängt natürlich von der Aussteuerung ab, aber auch von der Dämpfung Betriebsspannung -> Ausgangsspannung. Letzteres ist eine Eigenschaft der Endstufe.
Ich laß mich aber gerne eines besseren belehren.

Anm. 2:
Du widersprichst Dir selbst. Die Unabhängigkeit von der Leistung auf der einen Seite aber die Annahme einer Vollaussteuerung bei gegebener Last als Grundlage der Grenzfrequenz-Kalkulation auf der anderen Seite...

Wie meinst du das genau?

Gruß
Bernhard

achim81
Stammgast

#17 erstellt: 27. Feb 2008, 21:23

Oh...dachte gar nicht, daß Pufferelkos soviele Diskussionen lostreten können.

omulki
Stammgast

#18 erstellt: 28. Feb 2008, 04:47

...die wie so oft zu nichts führen...

ronmann
Inventar

#19 erstellt: 28. Feb 2008, 07:52

Wenn ich über Pufferelkos lese, bekomme ich gleich Lust meine Parasound-Endstufe aufzuschrauben, um den Elkos (4x10000µF) kleine MKP´s zu verpassen. Bringt es einen hör- oder messbaren Vorteil oder eher nicht?

tede
Inventar

#20 erstellt: 28. Feb 2008, 11:35

Dies zeigt nur auf, dass es sehr viele unterschiedliche Meinungen, Lösungsansätze unf Philosophien gerade zur Dimensionierung Trafo & Ladeelko's gibt.

So geht die Bandbreite für eine 100W Endstufe für die Ladeelko's von 2200µF bis 50000 oder gar 100000uF, und alle haben aus ihrer Sichtweise recht.

Grüße
Thomas

omulki
Stammgast

#21 erstellt: 28. Feb 2008, 18:43

ronmann schrieb:

Eher nicht.

Ich verbaue die Dinger zwar auch immer, aber nur aus Prizip.
Ich verbaue aber auch nur doppel-mono mit 8x22.000µ low ESR und nochmal jeweils 2.200µ direkt an jedem Leistungstransistor.
Oder 4x22.000 plus 4x10.000 (zweistufig) im Vorverstärker :-)
Auch aus Prinzip, man will sich ja keinen Geiz unterstellen lassen :-)
Aber in ein Fertiggerät würde ich nachträglich keine MKPs mehr einlöten.

Und obige Faustformel ist dennoch korrekt! Alles andere ist Image/Beruhigung/Optik :-)

Grüße,
Oliver.

[Beitrag von omulki am 28. Feb 2008, 18:44 bearbeitet]

achim81
Stammgast

#22 erstellt: 28. Feb 2008, 20:33

omulki schrieb:

...die wie so oft zu nichts führen...

Na das würde ich nicht sagen. Es hat mir dennoch etwas gebracht. Und, wie ich an den mittlerweile über 200 "Hits" dieses Threads zu erkennen glaube, bin ich wohl nicht der einzige Interessierte.

omulki
Stammgast

#23 erstellt: 29. Feb 2008, 04:19

Bertl100 schrieb:

Hallo!

Frage:
Welche Annahmen legst Du Deiner Berechnung der unteren Grenzfrequenz zu Grunde?

Bei 10000µF an 4 Ohm ergibt sich eine Zeitkonstante von 40ms... Das heißt, dass bei 25Hz Sinus bereits 1/e x Ausgangsspannung am Elko abfällt (also ca. ein drittel). Inwieweit dadurch die Spannung am Lautsprecher schon absinkt, hängt natürlich von der Aussteuerung ab

Wie meinst du das genau?

Bernhard