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Der Brückengleichrichter in der Simulation
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TipFox
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Beitrag1/1, Verfasst am: 04.10.2014, 16:47   

Betreff:   Der Brückengleichrichter in der Simulation
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Hallo Technikfreunde,

angeregt durch eine Diskussion in einem anderen Forum habe ich mich einmal mit der Simulationssoftware LTSpice dem Brückengleichrichter genähert ...

Ausgangspunkt war, dass dort jemand mit einer anderen Simulation festgestellt hatte, dass die Nachladespitzen im Lade-C nach dem Einschaltvorgang unabhängig von der Größe des Lade-C's sind ...

Ach was? Das wäre so, als wenn ich jetzt feststelle, das sie Sonne hell und warm ist Wink

Das lässt sich schon durch einfache Überlegung verifizieren:

- nach dem Einschaltvorgang fließt ohne Last kein Ladestrom mehr

- bei Belastung wird dem Lade-C in den Ladepausen eine bestimmte Ladungsmenge entzogen - und die ist eben unabhängig von der Größe des Lade-Cs. Und damit ist zwangsläufig der folgende Nachladeimpuls praktisch identisch. Unterschiede gibt es nur durch die "nichtidealen" Anteile der Bauteilwerte...

Zur Veranschaulichung habe ich das wie erwähnt mal in LTSpice eingehackt:





Wie man erkennen kann, habe ich mich bemüht möglichst nah an die Realität zu kommen (ESR/ESL usw.) - nur den bei Elko's sehr unterschiedlichen Isolationswiderstand habe ich hier weggelassen. Der Lade-C wird variiert von 10µ über 100µ nach 1000µ. Der ESR ist hier sehr hoch angesetzt und der ESL ein mittlerer Wert ...

Wenn man sich nun mal nur den Einschaltmoment ansieht, sieht der Ladestrom so aus:








Hier erkennt man sehr schön, das jedes Einschalten ein echter "Stress" für die Gleichrichter ist - bei 1000µF Lade-C wird es schon recht eng für die 1N4007. Man erkennt aber bereits hier, dass sich die Unterschiede über die Zeit verringern ...

Wenn man aber den Einschaltvorgang überspringt, sieht es so aus:







Also nahezu gleicher Strom bei allen Werten des C's ...

Auch wenn man einen einzelnen Nachladeimpuls herauspickt, erkennt man kaum einen Unterschied:







Was man aber erkennt: die kleinere Kapazität muss eher nachgeladen werden. Die Höhe ist aber fast identisch!

Damit ist die theoretische Überlegung weiter oben auch durch die Simulation in LTSpice verifiziert.


Tja - nun wissen wir Praktiker ja nun, dass Gleichrichter auch HF-Störungen produzieren - wo sind die den nun ??

Beim Ladeimpuls ist jedenfalls zunächst nichts zu erkennen - auch der Strom durch eine einzelne Diode sieht nicht groß anders aus:







Keine HF! Also Alles Unsinn? Unsinn, wir wissen ja aus Erfahrung, dass die Störungen da sind !

Es ist in der Simu gar nicht so einfach, den HF-Schwingungen auf die Spur zu kommen...
Aber wir wissen ja, was man gegen solche Störungen macht - ein kleiner C über jede Diode. Okay - dann machen wir das mal:







Da wir wissen dass es wirkt, können wir nun nachsehen, WAS denn da wirkt - also den Strom durch so einen Entstör-C betrachten:








Sieht aber irgend wie auch noch nicht so richtig nach HF aus, beim Einschaltvorgang etwas "Gespratzel", aber zum Ende ?? ...

Erst wenn man sehr weit vergrößert, wird das Übel sichtbar - ich habe jetzt mal nur den 1000µ gewählt, weil es da am deutlichsten wird:







Wenn man noch weiter vergrößert, kann man auch die Frequenz(en) bestimmen:







Also bei 10MHz und Harmonische darunter (5Mhz ...)

Das ist hier noch ein "harmloser" Spike, je nach Diode und Aufbau wird das drastischer. Es sind nur Mikrowatt - aber für ein Empfangsteil schon nicht zu vernachlässigen !

Und jetzt haben wir ja noch nicht über die Spikes geredet, die von Aussen (Netz) hereinkommen und noch heftigere Schaltvorgänge auslösen können ....

Fazit:

- JA, der Nachladeimpuls ist "unabhängig" von Wert des Lade-Cs

- der Einschaltmoment ist "Stress pur" bei hohem Lade-C

- NEIN, man kann die Entstörkondensatoren nicht weglassen - wäre ja auch noch schöner, wenn wir heute festgestellt hätten, dass die Entwickler vergangener Tage alle blöd oder verschwenderisch waren Wink

Zudem scheinen zumindest lt. Simulation die Störungen bei größerem C zu steigen - das Ausmaß ist in der Praxis aber sehr abhängig vom Aufbau und anderen Bauteilwerten.

Wichtig: die Entstörkondensatoren gehören so dicht wie nur irgend möglich an die Diode - andernfalls wird es unter Umständen schlechter, als vorher (Abstrahlung der Störungen über die Zuleitungen).

Es bestätigt sich wieder einmal: Simulation ist nicht Realität! - aber man kann nah heran kommen Wink
_________________
Gruß TipFox
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