Netzteil-Geräusch reduzieren

Fragen zu Schaltungen, Elektronik, Elektrik usw.

Moderator: T.Hoffmann

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JackyDean
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Mi, 02.06.21, 09:10

Hallo,
wir verwenden beim Aufbau mit PWM-LED-Controller, wo immer es geht, MEANWELL HLG Netzteile, da diese keine oder nur minimale Geräusche erzeugen, wenn dahinter die PWM (meist 1.500Hz, selten 400Hz) arbeitet.

Es gibt aber Projekte, wo platztechnisch kein MEANWELL HLG geht und wir dann zwangsläufig diese Slimline-Netzteile (meist Snappy bis 24V, 150W) nutzen müssen. Und diese erzeugen häufig Geräusche, wenn dahinter die PWM vom Controller arbeitet.

Kann man da elektrisch / elektronisch noch irgendwas verbessern?

Habe etwas recherchiert und es werden z.B. LC Tiefpassfilter zwischen Netzteil und Controller empfohlen. Gibt es so was auch fertig zum dazwischen klemmen? Also z.B. für 24V, max. 150 Watt - was ein ganz typischer Anwendungsfall bei uns ist. Oder kann man diesen LC Tiefpass nur selbst aus Einzelkomponenten aufbauen? Bin Lichtplaner und kein Elektroniker. Wie müsste man die Werte der benötigten LC Bauteile berechnen?

Am liebsten wäre mir natürlich ein fertiges Glied, das für die 24V, 150W, 1.500Hz passt. Beim Googeln findet man zwar so Tiefpassfilter, aber da weiß ich leider auch nicht, welcher für unseren Anwendungsfall passen könnte. Eventuell hat jemand einen Tip?

Viele Grüße!
Borax
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Mi, 02.06.21, 13:38

Möglicherweise hilft auch ein einfacher (halbwegs großer) Elko. So was z.B.: https://www.reichelt.de/elkos-radial-10 ... 703cb90c3b Käme auf einen Versuch an.
dieterr
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Fr, 04.06.21, 12:22

Und/oder/zusätzlich eine stromkompensierte Ringkerndrossel. Aber frag mich nicht, mit welcher Induktivität. Je höher desto besser würde ich zwar sagen, aber das ist nur "educated guess".

Habe zusätzlich per ltspice simuliert:
Netzteil 24V, 0.1R Innenwiderstand
Last 10A, 2ms Pulsdauer 50:50

Ohne alles und auch mit 1mF Kondensator schlagen 1V auf das Netzteil zurück
Zusätzlich 1mH Spule (einfach) reduziert die Störung am Netzteil auf grob 0.15V
Bildschirmfoto vom 2021-06-04 13-20-55.png
Bildschirmfoto vom 2021-06-04 13-20-55.png (26.5 KiB) 1685 mal betrachtet
JackyDean
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Fr, 04.06.21, 16:58

Vielen Dank für die Tips!
Fertig gibt es da leider nichts, oder? Das Problem Netzteil-Geräusch in Kombination mit PWM-LED-Controllern ist ja kein ganz so seltenes. Wenn ich unseren Kunden da sagen könnte, kaufe Teil xy bei Händler xy und das Problem ist (weitgehend) behoben, wäre das optimal.

Ansonsten müssen wir da vielleicht selber mal ein kleines Kästchen bauen ...
dieterr
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Fr, 04.06.21, 17:08

Möglicherweise gibt es da schon was zu kaufen. Unsere Vorschläge sind ja erst mal ungeprüft ob sie denn auch funktionieren - wäre sicherlich sinnvoll bevor man das in Serie gibt :D

Allerdings, wie groß/dick dürfte so ein Kästchen denn sein, wenn das MW keinen Platz hat?
JackyDean
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So, 06.06.21, 11:30

Die Slimline sind z.B. 30mm breit, 22mm hoch und dann über 300mm lang. Breite und Höhe mit ähnlichen Werten wäre natürlich top, aber zur Not darf es schon auch größer sein. Wenn es aber so groß, wie z.B. ein HLG-185 wird (68x39x228mm) macht es für den Kunden kaum Sinn.

Die Platzprobleme entstehen meist in Vouten (dann muss es schmal sein - 30 x 30mm z.B., kann aber sehr lang sein) oder in Deckenabhängungen (dann muss es flach sein - <30mm - , Länge und Breite sind unkritisch)
dieterr
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Mo, 07.06.21, 09:00

Eine beispielhafte 1mH, 10A Gleichtaktdrossel hätte 34mm Durchmesser bei 24 mm Höhe https://www.mouser.de/datasheet/2/212/1 ... 103748.pdf. Spulen benötigen halt mal ein gewisses Volumen für die nötige Induktivität. Speziell die Höhe könnte zum Problem werden, da gibt es dann sehr spezielle (und teure) Bauformen um sie superflach zu bekommen.

Ob die Größe der Induktivität mit 1mH nun nötig ist (und nicht auch 100µH reicht) oder immer noch zu klein müsste man aber vermutlich per trial und error anhand der Netzteile und Dimmer ausprobieren. Berechnen lässt sich das vermutlich nicht im Detail.

Der Kondensator ist größentechnisch weniger das Problem.
JackyDean
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Mo, 07.06.21, 13:18

Wir werden mal testen! Vielen Dank!
ustoni
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Mo, 07.06.21, 13:59

Vielleicht auch einfach mal ein Netzteil von einem anderen Hersteller ausprobieren:
https://www.elpro.org/de/self-slt200-vf ... fg-un.html

Was beim Snappy die Töne erzeugen dürfte, ist die Induktivität am Ausgang. Das könnte zwar wahrscheinlich mit einem zusätzlichen LC-Glied am Ausgang gedämpft werden, wenn Du Pech hast, summt aber die hinzugefügte Induktivität dann ebenfalls fleißig mit der PWM-Frequenz vor sich hin.
JackyDean
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Mo, 07.06.21, 14:42

Das die neue Spule dann selber summen könnte, ist natürlich ein Punkt. Müsste man dann noch eingießen vermutlich.

Andere Netzteile testen gern. Problem sehe ich hier, dass das nach unserer Erfahrung sehr streut. Ich kann am selben Aufbau ein Snappy haben, das laut pfeift und dann nehme ich ein anderes Snappy (selber Modell-Typ) aus dem Regal und das ist deutlich leiser. Selbes habe ich schon mal mit 10 verschiedenen MEANWELL ELG getestet. Manche laut, manche okay.

Ich müsste also wieder wenigstens 10 Netzteile eines Modells da testen. Eine externe Lösung, die ich dem Kunden bei zu viel Geräusch da hinter klemmen kann, wäre schon besser.
ustoni
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Mo, 07.06.21, 15:07

Probiers einfach aus.
Das Netzteil muss relativ große induktiv-kapazitive Last ja auch erstmal vertragen. Aus dem Datenblatt des Snappy geht jedenfalls nicht hervor, ob das zulässig ist.
Also: Versuch macht klug.
JackyDean
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Mo, 07.06.21, 15:22

Noch ein guter Punkt!

Zulässig müsste es für das Netzteil natürlich sein. Sonst können wir es dem Kunden nicht als Lösung anbieten. Wäre es bei dem von Dir verlinktem SLT möglich? Habe mal durchs Datenblatt gescrollt, aber auf welche Angabe muss ich da achten?
ustoni
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Mo, 07.06.21, 16:58

Wäre es bei dem von Dir verlinktem SLT möglich? Habe mal durchs Datenblatt gescrollt, aber auf welche Angabe muss ich da achten?
Kann ich Dir nicht sagen, ob das SLT200 dafür ausgelegt ist. Gibt das Datenblatt nicht her. Dazu müsste es im Datenblatt Angaben zur zulässigen kapazitiven Last geben.
Mir ging es dabei auch nur darum, ein Netzteil zu finden, das bei PWM keine Geräusche erzeugt - was man auch bei diesem NT natürlich nur ausprobieren kann. Wenn der Hersteller Induktivitäten verbaut hat, die keine mechanischen Schwingungen erlauben, gibts auch keine Geräusche.

Problem beim LC-Glied ist folgendes:
Das PWM-Signal sollte vom Netzteil entkoppelt werden. Je weniger von den Schaltflanken im Netzteil ankommt, desto weniger Energie kann in mechanische Schwingung umgesetzt werden. Das LC-Glied bildet einen Tiefpass mit einer Flankensteilheit von 12dB je Oktave.
Die Grenzfrequenz (3dB-Punkt) des Tiefpass muss für eine gute Wirksamkeit deutlich unterhalb der PWM-Frequenz liegen.
Dazu sind relativ große Werte sowohl für Spule als auch für den Kondensator nötig.

Beispiele: 1mH und 1000µF ergibt eine Grenzfrequenz von 160 Hz,
1mH und 2200µF ergibt eine Grenzfrequenz von 107 Hz.

Je niedriger die Grenzfrequenz, desto besser die Wirkung.

Im Einschaltmoment ist der Kondensator allerdings noch ungeladen, muss vom Netzteil also erstmal auf 24V aufgeladen werden. Das Netzteil sieht also erstmal einen Kurzschluss am Ausgang. Ist die Ladezeit zu groß, kann es sein, dass der Kurzschlussschutz des Netzteils aktiviert wird und der Ausgang abgeschaltet wird.
Hier hilft nur ausprobieren.

Wichtiger Nachtrag:
Bei der Auswahl der Induktivität musst Du auch unbedingt drauf achten, dass sie für den maximalen Strom geeignet ist!
JackyDean
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Mo, 07.06.21, 19:03

Super vielen Dank für die Antwort!

Wir setzen ja meist Controller mit 1.500Hz PWM ein. Vielleicht reicht uns da ein kleinerer Kondensator. Habe mal mit 1mH und nur 100µF da rund 500Hz ermittelt. Wäre immerhin Faktor 3 unter der PWM-Frequenz. Damit könnte ich mal anfangen. Oder muss er Faktor deutlich höher sein, damit es überhaupt Sinn macht?
ustoni
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Mo, 07.06.21, 19:16

Den Faktor zu betrachten bringt Dir hier nicht wirklich was.

Die Filterwirkung beträgt beim LC-Glied 12 dB/Oktave.
1 Oktave entspricht einer Frequenzverdopplung bzw. Halbierung.

Bezogen auf 1500 Hz folgt:

fG = 750 Hz =12 dB
fG = 375 Hz = 24 dB
fG = 187,5 Hz = 36 dB

Dabei entsprechen 6 dB einer Halbierung der Spannung. Also 12 dB = 1/4, 24 dB = 1/16, 36 dB = 1/64.
Ich würde mit einem Minimum von 470 µF beginnen. Das entspricht einer fG von 232 Hz, was schon eine brauchbare Dämpfung ergibt.
JackyDean
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Mo, 07.06.21, 21:03

Okay. Danke! :-)
dieterr
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Di, 08.06.21, 21:13

ustoni hat geschrieben:
Mo, 07.06.21, 15:07
Probiers einfach aus.
Das Netzteil muss relativ große induktiv-kapazitive Last ja auch erstmal vertragen. Aus dem Datenblatt des Snappy geht jedenfalls nicht hervor, ob das zulässig ist.
Also: Versuch macht klug.
Du meinst damit aber nicht das zusätzliche LC-Glied, oder? Die Gleichtaktdrossel würde ich nämlich jetzt nicht als induktive Last bezeichnen. Ein mögliches pfeifen dieser kann man durch vergießen idR in den Griff bekommen.

Ich meine, rechnen kann man da viel, aber allein die Tatsache, dass man man nicht weiß was das Netzteil abkann bringt einen nicht weiter. Von der Serienstreuung ganz abgesehen. Versuch macht kluch.
ustoni
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Fr, 11.06.21, 17:42

Ich habe nirgendwo etwas von einer Gleichtaktdrossel geschrieben. Halte ich für diesen Zweck auch ungeeignet. Die durch Hin- und Rückstrom entstehenden Magnetfelder heben sich auf, das PWM-Signal wird dadurch nicht beeinflusst.
Gleichtaktdrosseln verwendet man zum dämpfen von Gleichtaktstörungen, die sind aber in diesem Fall nicht das Problem.

Geeigneter erscheint mir ein LC-Glied, wie Du es auch in der LTspice-Simulation skizziert hast. Nur darauf bezogen sich meine Aussagen.
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