[Rumgucker]

Es wird ja oft im Internet gezeigt, dass große Elkos mit kleinen Keramikkondensatoren geblockt werden. Man erhofft sich so, dass der kleine parallele Keramikkondensator den Elko bei hochfrequenten Stromentnahmen unterstützt.

Leider ist das Leben nicht so simpel. Jeder Kondensator beinhaltet Zuleitungsdrähte und Übergangswiderstände, die die parasitären Elemente ESL und ESR bestimmen:

[Bild: 230px-Elko-Ersatzschaltbild-Wiki-07-02-08.svg.png]

Ein Kondensator ist ein Serienresonanzkreis. Jeder kennt die DB-Impedanzkurven, die bei einer bestimmten Frequenz ihr Minimum erreichen (das hier im Forum beschriebene ESR-Messgerät basiert auf diesem Effekt).

Wenn man zwei ungleiche Kondis parallel schaltet, so bildet sich ein Parallelresonanzkreis!

Oben der Frequenzgang einer derartiger Parallelschaltung. Und unten ein einfacher Kondensator



Bei 500kHz resoniert das System und wird hochohmig, kann also nicht mehr den Wechselstrom ableiten.

Messen wir einfach mal in der Praxis..... Wobbelgenerator am Testobjekt:



Zur Verdeutlichung hab ich die Anschlussdrähte zum 2200uF-Elko extra noch verlängert und schön geschwungen, so dass man unschwer ESL schon mit dem bloßen Auge erkennen kann



Gespeist wird aus 50 Ohm Generator und 100 Ohm Wirkwiderstand.

Hier sieht man den kleinen 1uF-SMD Kondensator.



Der Oszi tastet parallel zum 1uF folgendes ab:



Links ist 1Hz, rechts ist 1,2MHz. Die Frequenzskala ist linear, also 100kHz/cm. Der Kreis aus 1uF und ESL resoniert sehr kräftig bei 250kHz.

Rechnen wir kurz nach

ESL = (1 / (2 pi 250kHz))² / 1 uF = 400nH. Glaubhaft.


Die Güte wird vom Quellwiderstand beeinflusst. Den hatte ich mit 150 Ohm angesetzt (50 Ohm Generator + 100 Ohm diskret). Der ESR des Elkos wurde mit 30mOhm gemessen.

In der Praxis kann der Quellwiderstand in den stromfreien Phasen des vorgeschalteten Gleichrichters unendlich sein! Dann bleiben wirklich nur noch die 30mOhm des Elkos, die die Güte mindern.

Um das zu zeigen, hab ich die real gemessenen Werte zurück in die Simulation übertragen und mit unendlichem Quellwiderstand gewobbelt:



Die Güte des ESL/1uF-Kreises ist also ganz außergewöhnlich hoch! Das muss auch so sein, denn 30mOhm sind ein sehr geringer Dämpfungswiderstand.


Was übrigens sehr sinnvoll ist, ist die Parallelschaltung gleichartiger Kondis! Bei zwei Stück halbiert sich ESL und ESR, so dass zwei 500uF meist besser sind als ein 1000uF-Kondi.




Kurzum: Finger weg von der Parallelschaltung ungleicher Kondensatoren in Energieschaltungen.

[voltwide]

Das würde ich so allgemeingültig daraus nicht ableiten.
Die Simulation simuliert den Fall eines Parallelkondensators mit langen Zuleitungen. Das trifft ja nicht den Kern, es geht immer um die kurze Abblockung. Dann haben wir in diesem Beispiel einen Gütefaktor von 5.
Den würde ich nicht als besonders hoch einschätzen.

Des weiteren bleibt die Frage nach dem Stimulus.
Der Elko wird angeregt über den Gleichrichter, davor sitzt die Sekundärwicklung. Das ist eine Spannungsquelle mit einem Innenwiderstand, der vor allem durch die Streuinduktivität der Sekundärwicklung gegeben ist.
Also ein Quellwiderstand, der um Größenordnungen höher als der ESR ist.

Und ansonsonsten verbaue ich in meinen Netzteilen nicht diese Art von Abstützkondensatoren, da sie imho einfach nichts bringen.
Stattdessen folgt ein "spike killer" Tiefpaß bestehend aus 1uH-Drossel und einem Standardelko von mehreren 100uF.
Das ergibt einen geringen Gütefaktor.
Und dämpft etwaige Resonanzen der angeschlossenen Verbraucher mit ihren MLCC-Stützkondensatoren.

[Rumgucker]

Zitat:Original geschrieben von voltwide
Dann haben wir in diesem Beispiel einen Gütefaktor von 5.

Wie kommst Du darauf?

(wenn der Quellwiderstand mit unendlich angesetzt wird und ESR=30mOhm.)

[Rumgucker]

Wenn der Quellwiderstand wegfällt, so muss man die Kreisgüte mit folgender Formel berechnen:

[Bild: c71ca64c056c12c5d82ea4bc1677e6b8.png]

Q = sqrt(400nH / 1uF) / 0,03 Ohm = 21


Gute Schwingkreise schaffen Güten um die 100.

Zitat:Elektrischer Schwingkreis 10^{2}

Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/G%C3%BCtefaktor

Wir sind also schon nah dran.

[OneStone]

Zitat:Original geschrieben von voltwide
Stattdessen folgt ein "spike killer" Tiefpaß bestehend aus 1uH-Drossel und einem Standardelko von mehreren 100uF.
Das ergibt einen geringen Gütefaktor.

Und der Tiefpass ist in jedem mir bekannten Schaltnetzteil auch vorhanden.
Das ist ein weiterer Grund, warum ich diese Diskussion darüber, ob es jetzt sehr böse ist, da Keramik-Cs über die Lade(!!)elkos zu schalten, nicht besonders praxisrelevant finde

MfG Stephan

[Rumgucker]

Die Wirkung dieses "Tiefpasses" haben wir noch nicht untersucht und man sollte nach dem Gezeigten mit weiteren Vermutungen doch nun vorsichtig geworden sein.....

Ich könnte mir zum Beispiel vorstellen, dass die 1uH-Drossel mit dem 1uF Keramik zusammen einen weiteren Resonanzkreis bildet.

So oder so ist das aber Spekulation und wird sicherlich (da Ihr ja im Besitz von "spike killern" seid) von Euch auch messtechnisch nachgewiesen werden können. ;baeh

Wenn Ihr das nicht nachweisen wollt/könnt, so solltet Ihr zumindest den spekulativen Charakter in Euren Aussagen mehr betonen.

[madmoony]

OK...prima und jetzt die selbe Messung mit dem Ker C direkt an den KURZEN(gekürzt auf max 5mm) Elkobeinchen...dastrifft die Realität doch besser als die langen Drähte..

[madmoony]

Es geht ja nur darum zu prüfen ob man da nicht einen Phantom nachjagt....

[Rumgucker]

Das hatte ich zuerst so. Da war der Peak kleiner und mehr zu den hohen Frequenzen (ESL ungefähr 100nH statt 400nH und auch nicht ganz so hochwertig wie meine Drähte).

Ich hatte nicht den Ehrgeiz, die Realität zu treffen, sondern das Problem klar zu machen.

Stephan zum Beispiel sprach von seiner Realität der Kondis mit angeblich hohem ESR (wodurch der gezeigte Effekt natürlich geringer ist). Aber objektiv gemessen hat er den ESR nicht.

Sowas finde ich dann immer so schwammig. Da kann man dann messen was man will. Jeder wird zum Schluss sagen, dass es nicht seiner "Realität" entspricht ohne eigene Messungen anzustellen.

Ich denke also, dass ich meine Pflicht erfüllt hab. Obs Eurer Realität entspricht, das müsst Ihr selbst rausfinden.

[Rumgucker]

Zitat:Original geschrieben von madmoony
Es geht ja nur darum zu prüfen ob man da nicht einen Phantom nachjagt....

Wenn auch nur die Gefahr besteht, dass eine gut gemeinte Schaltungsverbesserung die gewünschte Absicht verfehlt und alles noch schlimmer macht, so kann ein fundierter und konkreter Hinweis auf dieses Problem an sich nicht schaden.

Atomkraftwerke sollten angeblich ja auch sicher sein und der GAU sollte ja auch nur ein Phantom sein.

Manche Menschen sind lernfähig. Andere nicht. Da kann ich dann aber auch nichts mehr helfen.

[madmoony]

Ich hatte dashier immer als leitfaden im Hinterkopf wenn ich sowas bauen musste.

http://cds.linear.com/docs/en/applicatio.../an88f.pdf

[voltwide]

Zitat:Original geschrieben von Rumgucker

Wenn der Quellwiderstand wegfällt, so muss man die Kreisgüte mit folgender Formel berechnen:

[Bild: c71ca64c056c12c5d82ea4bc1677e6b8.png]

Q = sqrt(400nH / 1uF) / 0,03 Ohm = 21


Gute Schwingkreise schaffen Güten um die 100.

Zitat:Elektrischer Schwingkreis 10^{2}

Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/G%C3%BCtefaktor

Wir sind also schon nah dran.

Und wenn Du jetzt mal eine realistische Induktivität von 30nH ansetzt kommt auch mein Gütefaktor heraus.

[OneStone]

Zitat:Original geschrieben von madmoony

Ich hatte dashier immer als leitfaden im Hinterkopf wenn ich sowas bauen musste.

http://cds.linear.com/docs/en/applicatio.../an88f.pdf

Da ist das Problem ähnlich, aber hier liegt der "Ausgang" des Eingangsschwingkreises zwischen L und C und kann daher natürlich zu üblen Transienten führen. Nicht zuletzt deswegen ist da oft nochmal ein LC dahinter.

Meine Realität sieht so aus (und das habe ich schon mehrmals geschrieben, lege mir da nicht Sachen in den Mund, die ich nicht gesagt oder geschrieben habe):
- Ich verbaue diese Kondensatorkombinationen seit Jahren
- Die Zahl der Ausfälle sind MIT diesen Keramikkondensatoren geringer als OHNE sie
- Die Industrie verbaut diese Kondensatoren auch. Tektronix, HP, Rohde.

Und ich habe darüber hinaus interpretiert:

- Guckis Messungen treffen meiner Meinung nach nicht den Kern des Problems, da sein L viel zu groß ist (=> niedrigeres f, größeres Q)
- In einer realen Schaltung existiert eine Last hinten dran, die in der Regel den Schwingkreis bedämpft (=> kleineres Q)
- In einem normalen Schaltnetzteil wird man meiner Meinung nach keine nennenswerte Energie bei den Frequenzen, die hier relevant wären, finden (=> Effekt wird nicht relevant sein)

Ich werde das Ganze anhand eines wirklichen Schaltnetzteiles prüfen, also im realen Betriebsfall - allerdings erst, wenn mein Lieblingsscope ordentlich funktioniert und meine Klausuren vorbei sind. Also nach dem 2. Februar. Falls ich es vergessen sollte, dann erinnert mich bitte.

Nochmal: Ich bestreite nicht die Präsenz des Effektes an sich, ich bezweifle nur seine Relevanz.

MfG Stephan

[voltwide]

Zitat:Original geschrieben von madmoony

Ich hatte dashier immer als leitfaden im Hinterkopf wenn ich sowas bauen musste.

http://cds.linear.com/docs/en/applicatio.../an88f.pdf

Das ist sicher nachvollziehbar. Hier wird aber der Fall behandelt, dass ein Verbraucher an ein bereits aktives Netzteil per "hotplugging" angeschlossen wird. Das ist nochmal eine andere, wesentlich kritischere Baustelle als der festverdrahtete Verbraucher.

[Rumgucker]

Zitat:Original geschrieben von OneStone
lege mir da nicht Sachen in den Mund, die ich nicht gesagt oder geschrieben habe):

Wo hab ich das gemacht?

Zitat:Original geschrieben von OneStone
Ich werde das Ganze anhand eines wirklichen Schaltnetzteiles prüfen....

Wie und was willst Du genau messen?

[alfsch]

...übrigens...die breitbandige Impedanz runterzubekommen, geht schon !
man braucht einfach nen 3. C dazu, einen richtig miesen, billigen !
der wirk als "breitband-dämpfer"....

blau ..nur der Elko

[Rumgucker]

In Hifi-Kreisen wird man entzückt sein....

[OneStone]

@alfsch: Daher hatte ich im anderen Thread auch darauf hingewiesen, dass ich bei Labornetzteilen gerne 3-4 verschiedene Cs parallelschalte. Die sind dann wirklich breitbandig niederohmig und zeigen auch direkt an den Ausgangsklemmen keine relevanten Resonanzeffekte

@Gucki: Das Verhalten im Zeitbereich will ich mir anschauen. Das ist einfacher zu messen als im Frequenzbereich - insbesondere bei gepolten Kondensatoren

[Rumgucker]

Zitat:Original geschrieben von OneStone
@Gucki: Das Verhalten im Zeitbereich will ich mir anschauen. Das ist einfacher zu messen als im Frequenzbereich - insbesondere bei gepolten Kondensatoren

Das könnte klappen. Kurzen Impuls einspeisen und das Über- und Nachschwingen analysieren.

Aber wie lädt man solche Monsterkapazitäten in so wenigen Mikrosekunden auf?

[voltwide]

Mit anderen Monsterkapazitäten die schon aufgeladen sind:

hot plugging!

Das ist ja auch der Fall, wo es am ehesten mal knallt.