Prüfungsfrage zu Gleichrichtern

Technik Elektronik & Elektrotechnik
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Hallo,

na ja, die Sache ist ja tatsächlich nicht ganz einfach zu verstehen.

Die Frage geht aber offensichtlich nicht von Spitzenwerten aus.
Weil die 15A über den Lastwiderstand ja der Effektivwert des Stromes
ist, und über die beiden Gleichrichterzweige abwechselnd der Strom
mal auf der einen Seite und mal auf der anderen Seite fließt, dann
braucht man eben nur eine Strombeständigkeit von 0,5 x 15A für die
Gleichrichterdioden.

Praktisch ist das auch durchaus normal.
Der zulässige Spitzenwertvertäglichkeit von Gleichrichterdioden
ist üblicherweise um ein vielfaches höher als der Nennstrom, der
für Dauerlast angegeben wird.

So kann eine 1A-Diode kurzzeitig (für einige ms) bis 50A und mehr
wegstecken.
Bei 2A Dauerstrom kann sie aber kaputtgehen, weil die Temperatur
des Chip zu hoch wird. Im Detail hängt das natürlich auch von den
Umgebungsbedingungen und der Einbausituation ab. In Praxis wird
dann aber im Zweifelsfall mit den schlechtesten Bedingungen gerechnet
(also max. zulässige Umgebungstemp. z.B. 70°C).

Zurück zu der Brückenschaltung ist noch zu sagen, daß der Nennstrom
eben durch die mittlere Verlustleistung (z.B. ca. 1A*0,8V=1,6W)und
die Umgebungstemp. bzw. Wärmeableitung bestimmt wird.
Wenn man also eine Brücke mit 4 einzelnen 1A-Dioden anordnet,
dann ist natürlich zu brücksichtigen, daß die Dioden sich gegenseitig
heizen, wenn sie dicht zusammen gelötet sind. Das kann also unter
Umständen dazu führen, daß die einzelne Diode locker 1A abkann,
aber alle vier dicht zusammen zu heiz werden und verbrennen.

Eine gute Möglichkeit, die Dioden zu kühlen ist übrigens eine
möglichst große Küpferfläche auf der Leiterplatte zur Verfügung zu
stellen und die Pins so kurz wie zulässig anzulöten. Die meiste
Wärme wird dann nämlich über die Pins und die kupferfläche abgeführt .
Gruß Uwi

habe ein Problem mit einer Aufgabe zu Gleichrichtern: Es liegt
eine ungesteuerte Zweipuls-Brückenschaltung (B2U) vor. An Ihr
liegen 230V/50Hz Eingangsseitig an. An der gerichteten Seite
ein Widerstand (Wert nicht bekannt) über den ein Strom von 15A
fließt. Die Frage lautet: Für welche Stromstärke müssen die
Gleichrichter V1 bis V4 in der Schaltung mindestens ausgelegt
sein. Als Antortnmöglichkeiten steht 21A, 15A, 10A, 7,5A und
3,75A zur Verfügung. Für mich logisch wäre 21A, da somit auch
die Stromspitzen (15A * Wurzel(2)) abgedeckt wären. Der Löser
gibt aber 7,5A als Lösung an.

Warum ist meine Denkweise falsch. Wie komme ich zu den 7,5A.

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HI,

erst einmal Danke für Deine ausführlich Antwort. Allerdings bin ich mit der Ausage, dass der Strom mal von der einen, mal von der anderen Seite kommt um man deshalb die Diodenstromauslegung halbieren kann, nicht zufrieden gestellt. Es muss ja irgendeine Logik hinter der Halbierung stecken, da die Dioden ja halt abwechselnd mit 15A, und nicht mit 7,5A, durchflossen, werden.

Sascha

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

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diodenverlustleistung
abgesehen davon, dass die Frage wohl etwas unvollständig ist (man hätte dich nach der mittleren Strombelastung/Verlustleistung fragen müssen), ist es so, dass die Verlustleistung von Dioden eher proportional zum Strom ist und nicht wie bei R quadratisch dazu (Dioden haben eine Flusspannung , die wenig(er als bei R) vom Strom abhängt )
Man darf daher näherungsweise mit dem arithmetischen Strommittelwert rechnen und nicht mit dem geometrischen (RMS) wie bei Widerständen.

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Hallo,

erst einmal Danke für Deine ausführlich Antwort. Allerdings
bin ich mit der Ausage, dass der Strom mal von der einen, mal
von der anderen Seite kommt um man deshalb die
Diodenstromauslegung halbieren kann, nicht zufrieden gestellt.
Es muss ja irgendeine Logik hinter der Halbierung stecken, da
die Dioden ja halt abwechselnd mit 15A, und nicht mit 7,5A,
durchflossen, werden.

aber genau das habe ich ja versucht zu erklären.
Es geht nicht um die Spitzenstrombelastung, weil die Dioden
üblicherweise eh weit mehr abkönnen als bloß den doppelten
Dauerstrom.

Wenn aber über einen Zweig während 50% der Zeit ein Strom von
15A fließt, dann entspricht das annähernd der gleichen Wärmebelastung
wie 7,5A bei 100% der Zeit.

Na ja, ganz exakt ist das nicht, weil die Flußspannung der Dioden
eben bei Stromverdopplung von 7,5A auf 15A geringfügig zunimmt
(->exponentielle Diodenkennlinie -> z.B. von ca. 0,75V auf 0.8V).

Aber wie Ulf Bastel schon geschrieben hat, ist die Aufgabenstellung
so wirklich nicht eindeutig.

Das Prinzip wird auch an anderer Stelle oft angewendet, z.B.
bei Multiplexansteuerung von LED (z.B. Displays).
Da werden z.B. 5 Stellen in schneller Folge ( KHz-Bereich)
nacheinander über den selben Dekoder angesteuert (spart viel
Aufwand an ICs, Verdrahtung und Steuerleitungen).
Wenn aber eine LED mit üblichen 20mA abgesteuert nur 20% der Zeit
leuchtet, ist die nicht mehr hell. Da wird der Strom eben hochgesetzt,
auf ca. 100mA, was dann wieder fast die gleiche Helligkeit und
Wärmebelastung ergibt. In diesen Fällen ist aber die
Imulsbelastbarkeit des BE zu prüfen (ist ein extra Parameter)

In Lasermeßgeräten (z.B. Entfernungslaser) ist das noch extremer.
Da werden Laserdioden, die für 10mW Dauerleistung ausgelegt sind,
mit Nanosekundenimpulsen beaufschlagt. Dabei wird der Laserstrom
soweit hochgetrieben, daß die Laserdiode paar hundert mW
Impulsleistung angibt. Das Ein-/Ausschaltverhältnis ist aber
1:10000 und mehr, so daß diese Lasergeräte immer noch in die
niedrigste Laserklasse1 eingestuft werden können.

In einem meiner Meßgerate habe ich eine kleine 3mm-IRED, die mit
über 400mA gepulst wird. Die halten trotzdem ewig. Bei 400mA
Dauerstrom wären die in paar Sekunden tot.
Gruß Uwi

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kleine Zusatzfrage
Hallo,

Eine gute Möglichkeit, die Dioden zu kühlen ist übrigens eine
möglichst große Küpferfläche auf der Leiterplatte zur
Verfügung zu
stellen und die Pins so kurz wie zulässig anzulöten. Die
meiste
Wärme wird dann nämlich über die Pins und die kupferfläche
abgeführt .

Kann es nicht sein, daß die lang belassenen Anschlüsse ebensogut Wärme abziehen und an die Umgebungsluft abgeben? Das Bautiel wird ja dann beim Löten geschont.
Gruß qilo-bit

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Hallo,
nein, die Anschlüsse haben einen Wärmewiderstand, der linear zur
Länge zunimmt. Bei Leistungsbauelementen werden die Anschlüsse auch
schön dick ausgeführt und sind natürlich aus sehr gut leitendem Küpfer. Da wäre langes Anlöten kontraproduktiv.

Mach mal den Test und halte einen 1mm dicken Kupferdaht fest und
erwärme den dann mit einem Lötkolben im Abstand von 10mm.
Du wirst das Ding innerhalb von wenigen sek. wegwerfen :smile:

Dagegen ist die wirksame Oberfläche der Pins zur Wärmeabgabe durch
Konvektion und auch Strahlung viel zu klein als daß da anteilmäßig
was Bedeutendes an Wärme weggehen könnte.

Was die Wärmebelastung beim Löten angeht, hast Du prinzipiell recht.
Da sind lange Pins vorteilhafter und evtl. sogar lebensrettend für’s
BE, vor allem dann, wenn der Bastler mit einem ungeregelten,
rotglühenden „150W-Löteisen“ drauflosgeht, daß es nur so qualmt.

Für elektronische BE wird auch angegeben, wie kurz die Pins min.
sein dürfen (allerdings eher wegen der mechanischen Belastung beim
zu kurzen abbiegen) und mit welchen Löttemperaturen wie lange
gelötet werden darf.
Die üblichen Silizium-BE sind auch nicht sehr hitzeemfindlich.
Abgesehen davon werden SMD-BE ja mit extrem kurzen Pins verlötet.
Die sind dafür ausgelegt, daß für paar Sek. Temp. bis über 220°C
auftreten.

Viel interessanter finde ich, daß z.B. Elkos oder LED usw. als
SMD-Bauelemente den Wärmeschock durchs Löten schadlos überstehen.
Gruß Uwi

Kann es nicht sein, daß die lang belassenen Anschlüsse
ebensogut Wärme abziehen und an die Umgebungsluft abgeben? Das
Bautiel wird ja dann beim Löten geschont.
Gruß qilo-bit