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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 50V aus 12V machen


Autor: Fabian B. (fabs)
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Hallo Leute,
 ich möchte eine Art Kondensatorbank mit ca. 40Stk. 470uF Kondensatoren 
auf rund 50V laden. Ursprünglich wollte ich einfach 4 kleine Pb-Akkus in 
Reihe schalten, aber leider haben die Akkus in der passenden Größe (bin 
etwas platzbeschränkt) keine ausreichende Kapazität mehr um auch noch 
die restliche Schaltung etwas länger zu versorgen.
Alternative wäre also nun ein dicker Pb-Akku und die Cs über einen 
StepUp laden. Die Ladezeit ist dabei eigentlich nebensächlich, es sollte 
sich aber auch nicht um Minuten handeln ;-).
Ich kenne das Prinzip des StepUp, hab bei den gängigen Herstellern 
geschaut und auch schon fleissig gelesen, aber da ich bisher noch nie 
einen StepUp gebaut habe suche ich eigentlich nach funktionierenden 
Schaltungsvorschlägen.
Optimal wären:
Vin: 10,8-14,4V
Vout: 50V
Iout: 1A (wobei das eher Wunsch als Anforderung ist, wobei 50W ja 
durchaus machbar sein sollten)

Da im Prinzip nur einmal die Kondesatorbank geladen werden soll und 
danach nur evtl. einzelne Cs nachgeladen, sollten Wärme und so eher 
unkritisch sein, da ja keine echte "Dauerlast" besteht.

Also hat jemand schon mal eine entsprechende Schaltung dimensioniert und 
Erfolgreich betrieben? Oder gibts sowas als "Modul" zu kaufen (wobei mir 
ne Schaltung lieber wäre...vom Lerneffekt schon)?

Gruß
Fabian

Autor: lkmiller (Gast)
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Wenn keine Antwort kommt, ist evtl. die Frage nicht klar gestellt.

Mal doch mal ne Skizze.
Sind die Elkos parallelgeschaltet für 18800uF,
oder in Reihe für eine Spannung von 2000V?

Die Aussagen sind nicht ganz konsistent.
>Die Ladezeit ist ... nebensächlich...
>...nicht um Minuten handeln...
also z.B. 10sec?
und
>Iout: 1A
t = C*U/I = 470uF*50V/1A = ca. 25ms?
sind dann doch ein paar Zehnerpotenzen auseinander.

Wie schnell soll also nachgeladen werden und was heisst z.B.
>...nur evtl. einzelne Cs nachgeladen...

Alternativ:
Wie wäre es z.B. mit den 4 kleinen Pb-Akkus, dei dann die restliche 
Schaltung über einen 50V->5V Schaltregler versorgen. Sowas gibts dann an 
jeder Ecke.

Autor: Fabian B. (fabs)
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Die Kondensatoren sind im Prinzip alle parallel geschaltet, also eine 
Gesamtkapazität von rund 19mF.
Mit "Ladezeit nebensächlich" meine ich einfach, dass ich nicht lange 
warten will. Wenn ich mit 1A lade dauert es ja auch 19mF*50V/1A = 950ms, 
also ca 5s (5*tau) bis sie wirklich voll sind. Das wäre ok. Meinetwegen 
auch noch das doppelte.
Das Nachladen ist unkritisch, weil dann ja jeweils nur ein C geladen 
werden müsste, also die bei 1A angesprochenen 25ms. Das wäre wunderbar.
Ich brauche im Prinzip immer nur einen recht kräftigen aber kurzen 
Stromstoß auf 40 getrennten Kanälen, darum die Cs. Der Stromstoß ist 
dabei im einstelligen ms Bereich, sollte also voll durch die 
Kondensatoren bedient werden können.
Das Problem mit 4 Akkus in Reihe ist einfach, dass die restliche 
Schaltung ca 300mA benötigt und ich nur für 4 wirklich kleine Akkus 
Platz hätte (Gesamtplatz ca 120x220x70 mm^3). Die einzigen passenden 
Akkus die ich da fand hatten 1,5Ah und das auch nur bei 60mA 
Endladestrom. Bei 300mA warens dann nur noch 0,9Ah und eine Laufzeit von 
>=5h wäre schon sehr wünschenswert.
Der Stepdown in dem Fall wäre auch nicht das Prob gewesen ;-)

Was ich also im Prinzip suche ist ein Stepup 12->50V mit 50W Pout.

Gruß
Fabian

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Fabian B. wrote:

> Mit "Ladezeit nebensächlich" meine ich einfach, dass ich nicht lange
> warten will. Wenn ich mit 1A lade dauert es ja auch 19mF*50V/1A = 950ms,
> also ca 5s (5*tau) bis sie wirklich voll sind.

Das stimmt nicht ganz:
Wenn der Strom konstant ist, dann hast du keine e-Funktion beim Laden, 
sondern die Spannung steigt linear an.

In der Praxis wird das aber etwas komplizierter, da Lade-Schaltnetzteile 
meist bei kleinen Spannung einen Konstantstrom und bei hohen Spannungen 
dann eine konstante Leistung liefern. Bzw. der Übergang ist fließend, je 
nach Art der Regelung.

Autor: Fabian B. (fabs)
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Stimmt auffallend.
Hättest du ein Beispiel für solches Ladenetzteil?

Gruß
Fabian

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Schau mal bei Sprut nach, da gibt es einiges in der Richtung, wie z.B. 
das hier:
http://www.sprut.de/electronic/switch/up100w/up100w.htm

Wenn man den Strommesswiderstand vom Ausgang entfernt und z.B. in die 
Sourceleitung des Mosfets packt, wird quasi die Stromaufnahme am Eingang 
und somit in etwa die Leistung geregelt.

Autor: lkmiller (Gast)
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>...weil dann ja jeweils nur ein C geladen werden müsste...
Noch nicht ganz klar.
Wieso sollte da nur ein C nachgeladen werden, wenn alle parallel 
geschaltet sind? Du meinst evtl. dass die nicht die gesamte Energie aus 
der Kondensatorbank entnimmst und daher nicht ganz von 0V hochladen 
musst?

Autor: Fabian B. (fabs)
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@Benedikt: Danke schonmal... Ich hab auch noch ne schöne Schaltung aus 
dem Akkumatik Akkulader (www.akkumatik.de), die ist der von Sprut recht 
ähnlich. Ich hatte aber die Hoffnung, dass jemand was hat was erprobt 
ist, aber vielleicht isses auch nur der passende Anlass sich mal genauer 
mit SNTs zu beschäftigen ;-)

@lkmiller: Mal eine Ablaufbeschreibung :-)
Zu Beginn sind alle Cs entladen. Jetzt sollen sie zunächst alle parallel 
auf 50V geladen werden.
Jeder C ist nach oben mit einer Diode entkoppelt nach unten mit einem 
PFet Highside auf die Last schaltbar. 40 Kanäle und alle (abgesehen von 
der gemeinsamen Versorgung) unabhängig von einander.
Ein kleiner Ausschnitt:

               +50V
                 |
                 |
  ... -,-----------------,----- ...
       |                 |
      V_ D             _V D
       |                 |
       |----,            |----,
       |    |            |    |
       |   === C         |   === C
       |    |            |    |
       |   ---           |   ---
       |                 |
       |                 |
     -,|---*---.       -,|---*---.
      ||->-'   ^        ||->-'   ^
      ||---*---'        ||---*---'
       |                 |
      ,',               ,',
      | | Last_1        | | Last_2
      | |               | |
      `|´               `|´
       |                 |
      ---               ---

Wenn jetzt ein Kanal "gefeuert" hat, wird sein C ja wieder geladen 
werden. Das meine ich mit Nachladen. Es könnte zwar vorkommen, dass 
mehrere Kanäle gleichzeitig "feuern" aber dann kann die Nachladezeit 
auch ruhig wieder so gross sein wie zu Beginn.
Im Normalfall wird immer nur ein Kanal nach dem anderen mit nem 
zeitlichen Abstand von >250ms durchgeschaltet.

Gruß
Fabian

Autor: lkmiller (Gast)
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Aber in etwa dürfte in
>4 kleine Pb-Akkus
bei gleichem_Platzbedarf_  _gleichviel_Energie reinpassen,
wie in 1
>dicken Pb-Akku

Wo ist der Vorteil des einen dicken Akkus?
Darf der größer sein (größere Abmessungen)?
Oder ist der Platz einfach nur besser ausgefüllt?

Autor: Fabian B. (fabs)
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Das Hauptproblem mit den kleinen Akkus ist ihre geringe Belastbarkeit. 
Die 1,5Ah sind meist ne 20h-Rate, also ca 60mA Endladestrom; bei 300mA 
sinds dann nur noch 0,9Ah. In den gleichen Platz bekomm ich jetzt aber 
auch einen 10Ah Akku, der bei meinem projektierten Stromverbrauch von 
300mA wesentlich länger läuft.
Ausserdem brauch ich meiner Schaltung, abgesehen von der Spannung für 
die Kondensatoren, nur 12V und 5V.
Ich hatte auch schon darüber nachgedacht andere Akkus zu nehmen: mit 
4x3S Lipos wäre ich auch bei rund 45V, das wäre auch ok, aber die kosten 
dann halt auch das dreifache und ich brauch noch nen speziellen Lader 
mit Balancer und co.

Gruß
Fabian

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Fabian B. wrote:
> In den gleichen Platz bekomm ich jetzt aber
> auch einen 10Ah Akku, der bei meinem projektierten Stromverbrauch von
> 300mA wesentlich länger läuft.

Wie kommst du auf 300mA ?
Bei mir sind 50W/12V immer noch >4A...

Autor: Fabian B. (fabs)
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Das wäre ja nur der Strom während die Cs geladen werden...aber da hängt 
ja auch noch etwas sonstige Elektronik dran, die Strom braucht wenn die 
Cs schon voll sind oder noch nicht geladen werden.

Gruß
Fabian

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