Einschaltstrombegrenzung Schaltnetzteil

Hallo,

gibt es irgendwelche Vorschriften oder vielleicht auch nur Empfehlungen aus der Praxis, ab wann für Schaltnetzteile eine Einschaltstrombegrenzung z.B. in Form eines NTCs sinnvoll ist? Konkret: für ein 50Watt-Netzteil mit einem Eingangs-Elko von etwa 100 Mikrofarad. Leidet da nicht die Performance des Schaltnetzteils, wenn dieses Bauteil dann erst nach vielleicht 10s den vollen Strom fließen lässt? Ich stelle mir das ziemlich tückisch vor, wenn der Verbraucher - beispielsweise eine Controllerschaltung - gleich den vollen Saft haben will, das Netzteil aber eher langsam hochläuft und der Controller so möglicherweise mehrmals durch den Reset getrieben wird und dadurch (über die Peripherie) das Schaltnetzteil während des Anlaufens mit wechselnden Lasten betrieben wird. Klingt ziemlich instabil, oder? Wie sieht das in der Praxis aus?

Thomas.

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Thomas Rehm
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Hallo Thomas,

In der Praxis sieht das ein wenig anders aus, allerdings kann ich nur fuer die Netzteile sprechen, die ich selbst entwickelt hatte. In diesen laeuft der Schaltprozess mit Hoechstleistung, die recht genau vorgegeben ist durch Induktivitaet, Pulsdauer usw. Dieser Kreis kann also nicht "in den roten Bereich" laufen. Die Ausgangsspannung kann dann nur so schnell ansteigen, wie die Belastung dort zulaesst. D.h. der Schaltregler liefert pro Zyklus ein festgelegtes "Energiepaket". Wenn dann die Nennspannung erreicht ist, werden diese Pakete kleiner und der Regler "regelt nun echt".

Dieser Startvorgang ist normalerweise im Bruchteil einer Sekunde abgegessen. Zu schnell kann er nicht sein, weil sonst die Sicherung im Primaerkreis oder auch Bauteile im Schaltregler ueberlastet werden. Manchmal darf auch eine Last aus Lebensdauergruenden oder anderen Gruenden nicht zu schnell angefahren werden, z.B. Gluehlampen oder Kondensatorbatterien.

Gruesse, Joerg

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Joerg

Hallo Thomas,

dieses Problem kann nicht durch das Netzteil gelöst werden sondern durch eine spezielle Überwachungsschaltung. Diese schaltet dann in einer bestimmten Reihenfolge die verschiedenen Betriebsspannungen nacheinander ein und auch wieder (möglicherweise in anderer Folge) aus. Dafür giebt es bereits komplexe Schaltkreise mit Präzisionskomparatoren und µP Anschluß.

MfG Manfred Glahe

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Manfred Glahe

Das ist mir schon klar - ich habe mich vermutlich nicht besonders klar ausgedrückt: Im Eingang des Schaltnetzteils liegt hinter dem Gleichrichter ein Elko, z.B. 100 Mikrofarad. Im Einschaltmoment lädt der sich auf, Vorwiderstände sind dann nur Gleichrichter und Leitungswiderstand, was einen hohen Einschaltstrom verursacht. Als Gegenmittel dazu kann man einen NTC in den Eingang setzen, der mit z.B. 10 Ohm Anfangswiderstand den Strom auf unproblematische Werte begrenzt, nach einigen Sekunden wird der Widerstand dann niederohmiger. In den ersten Sekunden kann das Netzteil jedoch nicht die volle Leistung abgeben. Darauf bezieht sich meine Frage. - Hast Du sowas schon mal in Deinen selbst entwickelten Netzteilen eingesetzt? Wenn ja, mit welchen Erfahrungen?

Grüße, Thomas.

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Thomas Rehm

Thomas Rehm schrieb im Beitrag ...

Bei der ueblichen Gleichrichter in Siebelko-Variante: Immer. Weil sonst der Elko leidet. Statt NTC tuts natuerlich auch ein Widerstand, wenn der im Betrieb nicht zu heiss wird. Dimenionierung: Max. kurzzeitiger Strom den der Elko vertraegt, ebenso max. kurzzeitiger Strom der Gleichrichterbruecke. Bei grossen SNT geht es dann auch um die Haussicherung. Erst mit PFC kann man eventuell andere Schaltungen verwenden.

Hat damit gar nichts zu tun, dafuer waere SoftStart etc. des SNT-Controllers zustaendig. Der NTC wirkt nur bis zum Siebelko, dahinter muessen andere Massnahmen greifen.

(Normalerweise gar keine)

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MaWin

Thomas Rehm schrieb im Beitrag ...

Das uebliche SNT laeuft in der kurzen Zeit die der NTC aufheizt erst gar nicht an, sondern braucht laenger, bis die primaere IC Betriebsspannung (laden des 47uF Elko ueber 56kOhm auf >7V) erreicht ist.

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MaWin

Die Betriebsspannung meines Schaltnetzteils ist nach ca. 20ms voll da (laut Applikationsschrift; da möchte ich auch nicht so ohne weiteres drehen). Ein NTC im Eingang wird aber mindestens 5 Sekunden brauchen, bis er niederohmig geworden ist.

Allerdings ist mir eben klar geworden, dass so ein NTC, wie er typischerweise in diesen Anwendungen reinkommt (bei einem 50W- Netzteil habe ich mal einen NTC mit 15 Ohm Kaltwiderstand gesehen) nur einen Spannunsabfall von vielleicht 4 Volt verursacht. Das wären gerade mal 2% Leistungs-Minderung beim Anlauf... Damit ist meine Frage bezüglich Lastverhalten schon geklärt (schön, dass ich doch noch das Ohmsche Gesetz beherrsche;-)

Offen ist für mich noch, ob es von Seiten der Stromnetzbetreiber Vorschriften für Schaltnetzteile gibt, was den Einschaltstrom angeht (unterhalb der Leistungsgrenze, wo PFC vorgeschrieben ist) und welche Einschaltströme in der Praxis akzeptabel sind.

Thomas.

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Thomas Rehm

Ich weiss nicht, das kommt mir irgendwie zu kurz vor. Da dürfte dann kaum ein Kondensator in der Schaltung sein...

Ohne jetzt ins Datenblatt zu sehen würde ich aber sagen, das der NTC nach einer halben Sekunde schon so niederohmig ist, das das Netzteil schon fast die volle Leistung haben wird. Es arbeitet ja schliesslich auch schon bei Unterspannung.

Das gilt aber nur bei Nennstrom. Beim Anlauf ist der Strom aber deutlich höher.

Wichtig ist eigentlich nur, das der Auslösestrom der Haussicherung nicht überschritten wird. Der liegt heutzutage bei typisch 64A... Ob das die eigenen Bauteile im eigenem Netzteil aushalten, muss man getrennt überprüfen... Gruss Harald

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Harald Wilhelms

Thomas Rehm schrieb im Beitrag ...

Beide Zahlen sind unplausibel. Das SNT braucht eher laenger, (denk an das Wiep Wiep Wiep bei Kurzschluss, der Zeitabstand ist das), der NTC ist eher schneller (man waehlt seine Groesse=Dicke passend zur Aufheizzeit aus, denn es ist nur die Waermetraegheit dieser Masse).

Noe. Wenn im Scheitelpunkt der Wechselspannung eingeschaltet wird ergibt sich ein Spannungsteiler aus Zuleitungswiderstand, NTC und ESR des Elko (und ohmscher Widerstand der Eingangssicherung, der ist bei so niedrigen Werten auch schon relevent).

Der NTC hat von allen den groessen Widerstandswert, also fast die ganze Spannung.

Es fliesst schliesslich voller Kurzschlussstrom in den leeren Elko. Hat der sich erst mal aufgeladen (innerhalb der ersten wenigen Halbwellen) fliesst nur noch RMS des Stroms, den das Netzteil braucht, um zu arbeiten. Der ist dann natuerlich kleiner, das kann 4V ergeben.

Wie gross ist deine Hausabsicherung ? PFC ist bei einer Halbwelle noch nicht so gefragt.

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MaWin

Guter Hinweis, danke!

Thomas.

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Thomas Rehm

Hallo Thomas,

Ja, habe ich. Allerdings nicht mit NTC, denn wir duerfen in der Medizinelektronik solch hohe Temperaturen nicht im Geraet zulassen. Also war es meist eine Relaisschaltung mit Verzoegerung. Ein Vorwiderstand, der nach ein paar hundert Millisekunden ueberbrueckt wurde. Mit Schutz, sodass der ganze Kreis beim Versagen des Relais geoeffnet wurde. Es gibt so aehnliches auch kommerziell, allerdings gefielen mir da weder Preis noch Qualitaet der Relais. Wenn Du darueber nachlesen moechtest, in english heisst das "inrush current limiter".

100uF ist aber vergleichsweise piccolo. Da hatte ja jeder alte Fernseher mehr an Elkos und da flog auch keine Sicherung heraus.

Gruesse, Joerg

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Joerg

Joerg wrote: [Einschaltstrombegrenzung]

Weniger elegant, aber effektiv.

Wirklich geöffnet? Oder einfach nur das Schaltnetzteil-IC am hochlaufen gehindert?

Thomas.

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Thomas Rehm

Ich meinte die Stromversorgung des Schaltnetzteilchips. Es handelt sich um den Viper53 (übrigens ein sehr netter Chip, optimal für Schaltnetzteil-DAUs wie mich)

Den NTC konnte ich noch nicht testen. Mit PTCs ähnlicher Masse und Größe (als "selbstrückstellende Sicherung") habe ich bisher mit Zeitkonstanten zwischen 3 und 10 Sekunden zu tun gehabt.

3 x 63 Ampere.

Thomas.

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Thomas Rehm

Hallo Thomas,

Geoeffnet, sodass das ganze Geraet stromlos wird. In einigen Bereichen wie Medizin oder auch Flugzeugbau sind die Vorschriften streng. Eine Methode, die auch bei Transformatoren angewendet wird, ist die Thermosicherung. Sie darf in der Regel bei med Geraeten nicht selbst ruecksetzend sein. Macht auch keinen Sinn, denn wenn sie ausloest muss ja irgendetwas versagt haben und das muss untersucht werden vom Servicepersonal.

Gruesse, Joerg

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Joerg

Am 2004-08-03 schrieb Harald Wilhelms:

Falsch. Wichtig ist, dass die 10 oder 16 A Sicherung des Steckdosenkreises nicht auslöst, selbst wenn schon 4 oder 5 A fließen. Ein 10 A B- Automat löst bei 50 A innerhalb von 100 ms aus. Wenn der maximale Ladestrom (wirklich I(max), also Einschalten bei U(max)) also auf 20 A bis 30 A begrenzt wird, ist man schon mal auf der richtigen Seite, die meisten Schaltnetzteilkondensatoren haben ehe in den technischen Daten maximale Ladeströme vorgegeben, die man tunlichst nicht überschreiten sollte, somit ist die Strombegrenzung eher von dort aus fest definiert und die sind IMO deutlich niedriger. Eine ordentliche Drossel hilft da auch schon mal die Ströme im Netz auf vernünftige Werte zu begrenzen und auch HF Störungen zu reduzieren. Es werden ja nicht umsonst in größeren Schaltnetzteilen auf der Niederspannungsseite 10 Kondensatoren parallel geschaltet und teilweise auch auf der Primärseite werden schon mehrere Kondensatoren parallel und in Reihe geschaltet...

Ach ja, soll das Gerät ein CE Zeichen bekommen, sollte der Leistungsfaktor (über den gesamten Frequenzbereich) deutlich über 0,9 liegen und somit die Stromaufnahme deines Schaltnetzteils sinusförmig sein und in Phase liegen. Willst du also auf einen PFC eines externen Herstellers vrzichten, wird die Entwicklung deines Netzteils unter derartig verschärften Bedingungen ein netter Spaß. Sie setzen halt eine relativ intelligente Steuerung deines Netzteils voraus, wobei es dann dein geringtes Problem ist, dem dafür nötigen Steuerprozessor ein verzögertes Reset Signal für deinen Hauptprozessor zu entlocken, der eben erst das Reset Signal freigibt, wenn seine Niederspannung sicher zur Verfügung steht, so wie es eigentlich in jeder Prozessorschaltung üblich ist.

Es bleibt also fraglich, ob deine Eigenentwicklung sich inzwischen wirklich rechnet. Einige MAX IC spucken für deinen Prozessor auch ein Resetsignal aus, wenn deine Betriebsspannung OK ist. Moderne PC Schaltnenntzteile besitzen von Haus aus schon eine Steuerung, die ein externes PFC unnötig machen. (Der Ladestrom des Primär Kondensators wird durch Drosseln und einem Schaltransistor so begrenzt, dass der aufgenommene Strom sinusförmig und in Phase zur Netzspannung ist...)

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Mit freundlichen Grüßen 

Jürgen Bors
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Juergen Bors

Juergen Bors schrieb im Beitrag ...

Das interessiert den Stromnetzbetreiber aber nicht. Der erlaubt sogar das bei dir eine Sicherung rausfliegt (und akzeptiert den Strom von mehreren hundert Ampere bei Netzspannung in dem Moment).

Das gilt aber erst ab einer bestimmten Leistungsaufnahme

und 0.7 scheinen oft auch zu reichen (wie man an PC-Schaltnetzteilen sehen kann).

Wie man ebenfalls an den PC-Schaltnetzteilen erkennen kann, reicht offenbar eine Drossel zur Erfuellung der Anforderungen locker aus

und diese passive PFC spart den Transistor und die Steuerung der aktiven PFC ein, und ist vermutlich zuverlaessiger als der Halbleiterkram aber uneffizienter.

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Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
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MaWin

Am 2004-08-04 schrieb MaWin:

Wollen ihr hier nun praxisnahe Hilfe geben oder nicht?

Im Grunde interessiert es dein EVU, pardon Netzbetreiber wirklich nicht, wenn du eine Anlage betreibst, die die Haussicherung rauswirft, wozu bei

64 A gL Sicherungen schon > 640 A notwendig sind, um die NH Sicherung mittels Einschaltstrom vielleicht irgendwann mal (t(I) > 200 ms) zu killen. Bis es soweit kommt, ist dein Kondensator schon lange verdampft, und allgemein kommt es eben gar nicht so weit, weil eben lange vorher t(I) > 100 ms bei > 50 A oder > 80 A der Leitungsschutzautomat schon den Stromkreis geöffnet hat und die 1,5 qmm Leitungen den Strom meist auch auf kleinere Werte begrenzt. Solche Spielereien nennt man Selektivität und haben durchaus ihren Sinn.

Dein Netzbetreiber will ein sauberes Netz haben, deshalb legt er mehr Wert auf eine ordentliche Kompensation und geringe Oberwellenanteile, damit die Rundsteueranlagen nicht gestört werden und phasenangeschnittener Strom lässt sich mit rundlaufenden Generatoren auch schlecht produzieren.

Den Kunden interessiert es eher, dass die Sicherungen des Steckdosenstromkreises halten, dass das Licht im eigenen Haus nicht flackert (den Effekt haben hohe Einschaltströme halt eher, als fallende Haussicherungen...) und dass die Kondensatoren im Primärkreis halten...

Wenn ich aber lese, dass dort ein 100 Mikrofarad Kondensator aufgeladen werden soll, so komme ich grob überschlagend auf einige Perioden (also unter einer Sekunde), bis der Kondensator voll ist, selbst wenn der prmäre Hochlaufstrom auf 4 A begrenzt wird und in der Schaltung einiges An Einschaltströmen fließen sollte.

Ja und nein. Über 20 Watt muss kompensiert werden, über 400 Watt gibt es schärfere Regeln, auf die ich mich bezog, nun lese ich aber, dass der OP bloß ein 50 W SNT haben will. Andererseits ist die Häufung in der SNT mit schlechter Kompensatiopn heutzutage ein nicht zu unterschätzendes Problem. Es gab deshalb schon überlastete N Leiter in einigen Anlagen.

Das kann für so ein kleines Teil ausreichen, wenn ein SNT mit einer hohen, fixen Frequenz betrieben wird.

--
Mit freundlichen Grüßen 

Jürgen Bors
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Juergen Bors

Wenn ein 100uF-Kondensator ohne Strombegrenzung aufgeladen wird und ich einfach mal 2 Ohm Leitungs- und sonstige Widerstände annehme, dann würden im Einschaltfall im ungünstigsten Falle ca. 150 Ampere fließen, die Stromimpulsdauer läge dann in der Größenordnung 200 Mikrosekunden.

Warum? Aufgrund ihres ohmschen Widerstandes? Der induktive Anteil einer Drossel im mH-Bereich, welche üblicherweise als Gleichtaktdrossel beschaltet ist und dem Stromimpuls daher nur wenige hundert Mikrohenry entgegenzusetzen hat, wird den Impuls aus dem vorigen Beispiel nicht nennenswert verschleifen.

...umsonst nicht, aber wohl kaum, um den Einschaltstrom zu verringern.

Thomas.

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Thomas Rehm

Ab 75 Watt, laut EN61000-3-2.

Thomas.

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Thomas Rehm

Offenbar nur beinahe ;-). 4 Volt Verlust macht bei einem Ohmschen 230V Verbraucher 3.5 % Leistungsminderung. Dem üblichen Schaltnetzteil ist das egal, es kann ja meist 170-265V oder noch grösseren Bereich. Allerdings wird es die geringere Eingangsspannung mit erhöhtem Eingangsstrom kompensieren.

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mfg Rolf Bombach
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Rolf Bombach

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