Elkos: Hoher Ripplestrom = Low ERS?

[broesel]

...oder hat die eine Eigenschaft mit der anderen nicht unbedingt was zu tun?

[walwal]

Und so was am frühen Morgen

[gompf]

Moin!
Imho ja. ESL spielt wohl auch ne Rolle, ist bei Low-ESR Typen aber auch immer niedrig.

[tommyz]

Ist eine Frage der Lebensdauer.

Der Ripplestrom erzeugt mit dem ESR Verlustleistung (I²R) der zur Kondensatorerwärmung führt.
Diese Erwärmung reduziert die Kondensatorlebensdauer, die Hersteller stellen üblicherweise Kennlinien (Kapazitätsverlust über Zeit mit Temp. als Parameter) zur Verfügung.

HTH, TommyZ

[broesel]

Hm. Ich frage deshalb, weil ich SMD - Ersatz für Tantal suche. Nun gibt es da welche mit niedrigem ESR, die speziell dafür angeboten werden; kosten aber relativ viele €urocents. Andererseits gibt's ein Angebot für SMDs für hohen Ripplestrom; die kosten einigermaßen viel weniger von dem Zeug.

Bei der ganzen Geschichte geht es um die Güte der Siebung; also um Restwelligkeitsputtmachung bei kleinster Bauform und 100Hz.

[Frank S]

Der Ripplestrom ergibnt sich quasi von außen, also von der den Elko umgebenden schaltung. Im Schaltnetzteil spielt z.B. die Schaltfrequenz und die Drosselgröße eine entscheidende Rolle, ebenso die Phasenzahl des Schaltnetzteils und auch der Betriebsmodus.

Der Elko kriegt diesen Ripplestrom dann ab - und das nahezu unabhängig vom ESR. Erst im Extremnfall wird der ESR so hoch, daß der Elko den Strom nicht mehr aufnehmen kann. Dann fliegt er aber eh bald auseinander! Nehmen wir hier den Normalfall, also von außen eingeprägten Strom.

Der ESR hat dann hauptsächlich 2 Folgen:

1. Erwärmung (wurde von tommyz erwähnt). Deshalb ist der maximale EFFEKTIV-Wert des Ripplestroms im Elko-Datenblatt angegeben! Thermische Begrenzung!

2. Ripplespannung am Elko ist bei getakteten Anwendungen deutlich höher, als dies durch die Kapazität rechnerisch sein sollte. Ursache ist, daß am Serienwiderstand (ESR) eine stromabhängige Spannung abfällt. Diese addiert sich zur Ripplespannung dazu.

Man dimensioniert ein Schaltnetzteil z.B. so, daß sich bei einer Siebkapazität von gerade 22uF eine Ripplespannung von 100mV ergibt. Baut man das Netzteil praktisch auf, so liegt die Ripplespannung dann bei z.B. 0.9V! Mit 100uF immer noch 0,5V. Mit 1000uF immer noch 0,3V. Man erinnert sich an den ESR und nimmt 220uF LO-ESR. Jetzt hat man 200mV. Der ESR ist in der Schaltnetzteiltechnik extrem übel. Praktisch wird man 1000uF LO-ESR nehmen müssen, damit auf dauer der Elko nicht stirbt und die Ripplespannung auch nach 5 Jahren noch in Ordnung ist.


Tantal ist nicht wirklich Stromfest, wie auch normnale Elkos nicht. Währen normale Elkos sterben, indem ihr ESR steigt und die kapazität sinkt, schließen Tantal einfach kurz! Das kann richtig brennen, wenn sie z.B. am Ausgang eines 20A Netzteils im PC hängen. Da brennt die ganze Platine weg! Auch in Induistrie gehen tantal oft kaputt. Spannungsmäßig immer SEHR großzügig dimensionieren. Bei 12V nimmt man keinen 16V Typ, sondern einen mit 35V usw. Dann halten sie ganz gut. Effektivwert des Ripplestromes auch hier nicht überschreiten, sonst überhitzt der Tantal noch schneller als ein normaler Elko.


Zu den normalen Elkos: es gibt sie auch als Lo-ESR in SMD.
Selbst die Lo-ESR sind nicht alle gleich stromfest. Gehäusegröße ist wichtig, ebenso die Wickellänge und die Gesamtqualität. Organische Elektrolyte haben Vorteile bei der Lebensdauer. Schau mal bei Sanyo vorbei. Es gibt enige gute SMD Lo-ESR Elkos. einen guten 220uF setze ich in der Firma ein. Kostet etwa 0,25$. Zum Vergleich: ohne Lo-ESR gerade 1/4 des Preises. Brennt aber nach 30 SEKUNDEN! ab. Man sieht, wie die Spikes steigen und dann zerstört es den schalttransitor durch Überspannung. Ohne Lo-ESR geht es nicht!

Optimal ist eine zusätzliche Parallelschaltungltung aus 10uF X7R. Aber wer will das bezahlen!

[dunkelbunt]

Hallo Broesel,
wenn es ein Netzteil für deine Phonovorstufe werden soll, kannst den Rippletrom des Elkos vernachlässigen.

Ich habe in letzter Zeit mit der FK Serie von Panasonic gute Erfahrungen gemacht.
Parallelschalten eines X7R Kemet SMD Mehrschicht-Kondensators würde ich Dir auch empfehlen. Allerdings sollte IMHO 1µ ausreichend sein.

Den Rest sollte dann der Gyrator erledigen.

Grüße
Fred

[broesel]

Jo, es geht tatsächlich auch um die Versorgung des Pornovorverstärkers; aber grundsätzlich darum, eine optimale Stromversorgung für Kleinsignalschaltungen zu schaffen. Ziel ist es, nicht nur eine prima Spannung zur Verfügung zu haben, sondern auch, eine sinnvoll maximale Entkopplung der Schaltungsteile untereinander zu schaffen. Auf deutsch: Jeder OpAmp bekommt seinen Gyrator pro Rail.

Elektor setzt da Tantal ein; warum es in dieser Anwendung Tantal sein muß, weiß ich nicht so genau, habe aber Vertrauen zu den älteren Elektor - Entwicklungen. Ich möchte ich aber aus diversen Gründen keine Tantalis verbauen, sondern eben meinen heißgeliebten SMD - Kram.

Also werde ich mir die preiswerteren SMDs für hohen Ripple kommen lassen, und ein wenig rumexperimentieren.

[PeterG]

Gyrator

Hallo,

mit Begrifen hab ichs manchmal, die alten grauen Zellen wollen nicht mehr so.

Schau mal: http://www.elektroniknet.de/elex/show.php?k=g&id=14681

was macht so etwas in der Spannungsversorgung? Kann ja noch was lernen!?

MfG
Peter

[tiki]

Der Weg des geringsten Widerstands...
Schön fundierte Beiträge von tommyz und Frank S!
Bei Deiner Phonophorstuphe phließt aber phenig Strom durch die Betriebsspannungsstrippen, nicht phar? Deshalb wird der Ripplestrom nur im Aufladefall, also beim Einschalten eine Rolle spielen, danach wird nur noch nachgeladen, was hinten rauströpfelt (d.h. Low Power Design hilft hier). Low ESR bei Tantal heißt meist zwischen 0,1 und 1Ohm, das ist nicht doll. Die schon empfohlenen Oscons von Sanyo liegen je nach Serie/Größe bei einigen zehn mOhm. Und das Ergebnis ist sehr deutlich am reduzierten Ripple, vorallem bei Spikes, sichtbar. Aus Spikes wird quasi Sinus, übertrieben gesagt. Ich nutze die Oscons auch mit Erfolg bei meinen Meßschaltungen. Das laß ich mir auch ein paar Euro kosten. Die Epcos-SMD-Tantal-Serie Speedpower ist auch nicht ganz billig, aber für's Spezielle oft noch nicht ausreichend.
Ich kenne Deine Betriebsspannungsschaltung nicht, aber ein vernünftig dimensioniertes Pi-Filter (CLC) wirkt da bestimmt Wunder. Spulen gibt es geschirmt von Würth Elektronik einigermaßen preiswert bei Farnell (oder RS?).
Im Übrigen ist die Masseführung auch sehr wichtig (Signalleitungsstrecken betriebsstromlos machen, Signale nicht längs durch die Platine leiten, sondern hin und zurück = Ein- und Ausgänge auf einer Seite...)
Insgesamt dürfte aber bei einer einfachen linearen Stromversorgung ein schaltfester Elektrolyt reichen, z.B. NICHICON_UHD1V471MPR - 470µF35V Z=23mOhm bei 20°C. Die bei niedrigeren Temperaturen steigende Impedanz stört wenig, oder betreiben Deine Kunden Ihren Phlayer im Phinter draußen?
Gruß, Timo

[dunkelbunt]

Hallo Peter,
hier ein Auszug aus der Wikipedia:

Als Gyrator (Dualinverter) bezeichnet man in der Elektronik einen Vierpol mit der besonderen Eigenschaft, dass der Betrag des Eingangswellenwiderstandes mit zunehmenden Betrag des Lastwellenwiderstands am Ausgang sinkt. Das heißt, ein Gyrator zeigt bei kapazitiver Ausgangsbelastung ein induktives Eingangsverhalten. Faktisch kann man damit eine Kapazität in eine Induktivität umwandeln.

Ganz einfach ausgedrückt:
Der Gyrator wird in broesels Fall als "Halbleiterspule" mit sehr tiefer Grenzfrequenz eingesetzt.
Wichtig zu betrachten ist in diesem Zusammenhang weniger der ESR des Kondensators sondern sein induktives Verhalten.

Grüße
Fred

[tommyz]

Hi broesel,

Für deine Anwendung würde ich keramische Vielschicht-SMD-Cs einzetzen, die gibt es mittlererweile bis zu einigen 10 uF zu akzeptablen Preisen (0,35€ für 10u/25V). Siehe zB http://www.schuricht.de/handle.asp?I...4&OUTPUT=modul



HTH, TommyZ

PS: Bei uns im Konzern gilt die klare Direktive: kein Tantal.

[PeterG]

@ dunkelbunt,

danke für Deine Antwort!

(gyrator)- Allgemein eine elektronische Schaltung, welche ein Signal um 180 ° in Phase dreht.
- In der Praxis eine spannungsgesteuerte Stromquelle, deren Ausgangsstrom dem Verlauf der Eingangsspannung nach einem vorgegebenen Faktor folgt. Der G. hat einen sehr hohen Ausgangswiderstand (normalerweise im Megaohm-Bereich).
- Impedanzinverter, Impedanzwandler. Z.B. verhält sich eine eingangsseitig an einen G. angeschlossene Kapazität ausgangsseitig als Induktivität.

Die Erklärung hab ich gefunden und Ausgangswiderstand im Megaohmbereich hat mich im Zusammenhang mit Stromversorgung etwas gewundert. Im Allgemeinen war ne R-C Entkopplung genügend, sehr selten ne zweite Stabilisierung notwendig.....

Naja, man lernt nie aus: kann mal jemand so ein Schaltungsdetail hier posten? link? Bild erleichtert mein Verständnis.


MfG
Peter

[dunkelbunt]

Hallo Peter,

die einfachste Schaltung für positve Spannungen besteht aus einem Transistor in Emitterschaltung (180 grad!) z.B. bc556, Basiswiderstand und Kondensator.

Kollektor kommt an Netzteilausgang, Emitter an Last
Widerstand(1k) an Kollektor und Basis.
Kondensator(220u) an basis und gnd.

Die Schaltung funktioniert für kleine Leistungen schon ganz brauchbar.

Grüße
Fred

[PeterG]

Hi dunkelbunt,

das würd ich nen Emitterfolger nennen mit nem kleinen Ausgangs R. OK für ne VersorgungSpannungsentkopplung

Oben wird aber beim Gyrator von AusgangsR im Megaohmbereich geschrieben, das ist definitiv KEIN Emitterfolger. Deshalb wunderte ich mich.


MfG
Peter

PS: 180° ?????? siehe: http://www.elektronik-kompendium.de/...lt/0204302.htm

Am Emitter gibt es doch keine 180° Phasendrehung! Irgendwie reden wir aneinander vorbei.........