Spule an PWM im GL Kreis

[Head B. (headbanger82)]

Hi.
Habe da gerade ein kleines Problem wo ich absolut nicht weiter komme. 
Zuerst mal die Schaltung funktioniert so wie sie es soll. Kann mir nur 
einige vorkommende Werte nicht richtig erklären. Vielleicht weiss ja 
jemand von euch weiter. Also:

Habe einen PWM gesteuerten Mosfet. PWM Frequenz ist 8064,52Hz. Im Last 
kreis befinden sich ein paar Widerstände zur Strombegrenzung eine Spule 
mit Freilaufdiode und dann halt der Mosfet. Gesamtwiderstand ist 11,677, 
Rspule ist 1,947 und widerstände sind 9,7 und rdson 0,03 Ohm, spule hat 
11mH, betriebsspannung ist 12V. Wenn die PWM einen Tastgrad von 76% hat 
(4,7 tein und 1,5 taus)*20*10hoch-6s dann ist der Strom 0,000094s 
angeschaltet und es kann sich nicht der volle strom von 1, irgendwas 
Ampere aufbauen sondern nur 97mA aufgrund der Selbstinduktion beim 
einschalten. Dann öffnet der schalter des Transistors und bleibt 
0,00003s offen bis zur nächsten Periode. Da die Zeit wo der schalter 
offen ist nicht reicht um den Strom wieder ganz auf 0 zu bringen sollte 
ja noch ein, wenn auch kleines, Feld da sein bevor die schalter wieder 
geschlossen wird. Meine Frage ist jetzt wie berechne ich das, oder leite 
mir das her, weil der gemessene Strom mit dem Multimeter 141mA anzeigt. 
Irgendwie hat es bei mir anscheinend noch nicht klick gemacht. Schonmal 
vielen dank für eure Zeit.

mfg

[Εrnst B. (ernst)]

Gib deine Werte hier ein:

http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/abw_smps.html

und betrachte die bunten Bilder ;)

(Ich hoffe ich habe deinen Schaltplan richtig verstanden, ansonsten wär 
ne Skizze hilfreich...)

[Hauke R. (lafkaschar)]

Du kannst quasi die effektive Gleichspannung ausrechnen und dann über 
den Innenwiderstand der Spule oder des Systems den Strom ausrechnen

[Head B. (headbanger82)]

Εrnst B✶ schrieb:
> Gib deine Werte hier ein:
>
> http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/abw_smps.html
>
> und betrachte die bunten Bilder ;)
>
> (Ich hoffe ich habe deinen Schaltplan richtig verstanden, ansonsten wär
> ne Skizze hilfreich...)

Hab mich vielleicht auch etwas undeutlich ausgedrückt. Anbei der 
Schaltplan

[Gast (Gast)]

Du brauchst das Ersatzschaltbild der Spule und der Diode: Ideale Diode 
in Reihe mit Idealer Spule und in Reihe mit R_D (Diodenwiderstand in 
Flußrichtung) und R_L (Spulenwiderstand). Der Anfangsstrom (beim 
Abschalten) klingt mit einer e Funktion ab, die Spule und die 
Widerstände sind dabei die Parameter. Für den Einfluß der Diode musst Du 
deren Kennlinie in Flußrichtung bemühen.

[Head B. (headbanger82)]

Das der Strom mit einer e Funktion abklingt ist mir bekannt, genauso wie 
beim einschalten. nur mein Problem ist ja, der Strom steigt aufgrund der 
Selbstinduktion (e-Funktion) bis auf seinen Endwert an. Doch den Endwert 
erreicht er nie weil die Zeit ide er dafür bräuchte um einiges länger 
ist als die zeit die er dafür hat. Daraus resultiert ja das er nur bis 
auf 97mA ansteigt in einer Zeit von 0,094ms. Dann wird der Stromkreis 
unterbrochen und der Strom würde eigentlich nach der e-funktion wieder 
abfallen. Die Zeit die er unterbrochen ist, ist immer viel kürzer als 
die Zeit in der er fließen kann. Meine Problem dabei ist ja(mal 
abgesehen von der Diode, nur theoretisch betrachtet) wie ich das ganze 
dann berechne. Weil die formeln für selbstinduktion beim ab und 
anschalten sind nur so das die davon ausgehen das der strom auch 
wirklich 0 ist und ansteigt bzw auf 0 abfällt. Wegen der PWM Frequenz 
ist der Strom ja nicht 0 beim wieder einschalten sondern hat einen 
bestimmten wert den ich raus finden möchte. Nur kann ich das anhand der 
Formel für die selbstinduktion (strommässig gesehen) nicht herausfinden 
weil die ja wie schon erwähnt davon ausgeht das der volle strom zur 
verfügung steht, also U/R.

[Falk B. (falk)]

Vereinfacht gesagt. Die Effektive Spannung an der Last wird durch das 
Tastverhältnis bestimmt, siehe PWM.

Die Spule sorgt "nur" dafür, dass der Strom nicht 
pulsartig/rechteckförmig fliesst sondern sägezahnartig. Je höher die 
Induktivität im Verhältniss zur PWM-Freqeunz, umso kleiner der Sägezahn, 
sprich glatter der Strom.

MFG
Falk

[Head B. (headbanger82)]

Gut. Mit der mittleren Spannung aufgrund der PWM is klar. Da fließt ja 
das Tastverhältnis mit ein sowie Uein und Uaus.

Aber meine Frage ist ja wie der sich einstellende mittlere Strom dann 
aussieht wenn der Strom vor der nächsten Schaltperiode eben nicht 0 ist 
sondern ein mir unbekannten Wert angenommen hat, weil ihm die Zeit 
gefehlt hat um ganz auf 0 ab zu sinken. Folge dessen hat die Spule noch 
einen Strom wenn wieder eingeschaltet wird und der Strom steigt nicht 
von 0 bis x sondern von einem dann noch vorhandenen wert nach x. Mit 
anderen Worten der Strom wird nie mehr ganz 0 werden sondern wird sich 
irgendwo einpendeln. Und zwar bei 160mA. Die Frage ist halt nur aus 
welchem Grund genau da.

Nur mit der Funktion für die PWM bekomme ich falsche Werte heraus die 
mit meinen Messergebnissen nicht übereinstimmen. Habe auch schon 
Stundenlang dies bezüglich gegoogelt nur hat mich das auch nicht 
wirklich weiter gebracht.

[Head B. (headbanger82)]

Falk Brunner schrieb:
> Vereinfacht gesagt. Die Effektive Spannung an der Last wird durch das
> Tastverhältnis bestimmt, siehe PWM.
>
> Die Spule sorgt "nur" dafür, dass der Strom nicht
> pulsartig/rechteckförmig fliesst sondern sägezahnartig. Je höher die
> Induktivität im Verhältniss zur PWM-Freqeunz, umso kleiner der Sägezahn,
> sprich glatter der Strom.
>
> MFG
> Falk

Das die Spule den Strom sägezahnförmig aus sehen lässt ist klar, nur 
brauch auch das halt aufgrund der Induktivität eine gewisse Zeit. Und 
mein Problem tritt ja auf weil die Zeit dafür länger ist als eine PWM 
Periode. Der sägezahn bleibt trotzdem erhalten nur verlagert der sich an 
anderer Stelle. Wo sich die Stelle befindet ist nach entsprechender 
messung auch klar, nur nicht wie er da hin gekommen ist. D.h. wie er da 
hin gekommen ist schon nur nicht wie die einzelnen wegpunkte um dahin zu 
kommen aussehen

[Falk B. (falk)]

@  Head Banger (headbanger82)

>anderen Worten der Strom wird nie mehr ganz 0 werden sondern wird sich
>irgendwo einpendeln. Und zwar bei 160mA.

Genau.

> Die Frage ist halt nur aus welchem Grund genau da.

Weil das nun mal der mittlere Strom ist, der sich aus dem Tastverhältnis 
und I=U/R ergibt.

>Nur mit der Funktion für die PWM bekomme ich falsche Werte heraus die
>mit meinen Messergebnissen nicht übereinstimmen.

Vorrechnen.

MFG
Falk

[Head B. (headbanger82)]

Falk Brunner schrieb:
> @  Head Banger (headbanger82)
>
>>anderen Worten der Strom wird nie mehr ganz 0 werden sondern wird sich
>>irgendwo einpendeln. Und zwar bei 160mA.
>
> Genau.
>
>> Die Frage ist halt nur aus welchem Grund genau da.
>
> Weil das nun mal der mittlere Strom ist, der sich aus dem Tastverhältnis
> und I=U/R ergibt.
>
>>Nur mit der Funktion für die PWM bekomme ich falsche Werte heraus die
>>mit meinen Messergebnissen nicht übereinstimmen.
>
> Vorrechnen.
>
> MFG
> Falk

Hi.
Mag sein, wenn ich mal so genau drüber nachdenke das ich da falsche 
Werte eingesetzt habe, aber hier mal die Rechnung.
UPWM=Uaus+(Uein-Uaus)*(tein/(tein+taus))

tein ist 0,094ms
taus ist 0,03ms
ergibt ein Tastverhältnis von 76%
für Uein habe ich die Betreibsspannung eingesetzt also 12V. Für Uaus 
dann 0V nur liegt da glaube ich der hund begraben. Weil Uaus 
warscheinlich wegen der Selbstinduktion nicht 0 ist. Aber was setzt ich 
dann dafür ein?
Achso, heraus kam 9,12V und I=0,781.

Schonmal vielen dank für die Antworten.

[Falk B. (falk)]

@  Head Banger (headbanger82)

>UPWM=Uaus+(Uein-Uaus)*(tein/(tein+taus))

>tein ist 0,094ms
>taus ist 0,03ms

Schon mal was von us gehört? (Mikrosekunden)

>ergibt ein Tastverhältnis von 76%

Stimmt.

>für Uein habe ich die Betreibsspannung eingesetzt also 12V. Für Uaus
>dann 0V nur

Passt.

> liegt da glaube ich der hund begraben. Weil Uaus
>warscheinlich wegen der Selbstinduktion nicht 0 ist.

Nein, die Selbstinduktion hat damit nix zu tun.

> Aber was setzt ich dann dafür ein?
>Achso, heraus kam 9,12V und I=0,781.

Passt. Und was misst du? Und vor allem wie?

MFG
Falk

[Head B. (headbanger82)]

Falk Brunner schrieb:
> @  Head Banger (headbanger82)
>
>>UPWM=Uaus+(Uein-Uaus)*(tein/(tein+taus))
>
>>tein ist 0,094ms
>>taus ist 0,03ms
>
> Schon mal was von us gehört? (Mikrosekunden)

Ja habe ich. nur ist doch völlig egal ob ich jetzt 94us oder 0,094ms 
schreibe. Verstanden haste es doch trotzdem.

Ich messe einen Stromfluss von ca 147mA. Mit dem Multimeter in der 
Strecke.

Berechnet habe ich übrigens auch noch(falls ich das nicht schon 
geschrieben habe) das wegen tein der Strom höchsten auf 97mA ansteigen 
kann. Das er höher ist erkläre ich mir dadurch, das er vom ersten Zyklus 
aus betrachtet, bis 97mA ansteigt und dann in taus wieder abfällt. Da er 
aber nicht schafft wieder 0 zu werden ist noch restenergie im Feld und 
beim nächsten mal anschalten gehts nicht von 0 los sondern von x

[Gast (Gast)]

> aus betrachtet, bis 97mA ansteigt und dann in taus wieder abfällt. Da er
> aber nicht schafft wieder 0 zu werden ist noch restenergie im Feld und
> beim nächsten mal anschalten gehts nicht von 0 los sondern von x

Wo misst Du denn den Strom?

[Gast (Gast)]

Ergänzung: Falls Du im Diodenkreis misst: Welchen Durchflusswiderstand 
hat denn die Diode?

Theoretisch müsste bei nichtidealem Widerstand, die Spule in die 
Sättigung gehen und dann entspricht der Stromfluß dem Ohmschen 
Widerstand in der Diode

Tastverhältnis 76% macht 9,12V/0,142A = 64 Ohm - R_spule(Widerstand des 
MM mal vernachlässigt

[Head B. (headbanger82)]

Falls es jemanden Interessiert, habe rausgefunden wie die gemessenen 
Werte zustande gekommen sind. Beim ersten mal einschalten nimmt man die 
Funktion für Spule im GL kreis beim einschalten und erhält dann einen 
Wert. Diesen Wert setzt man dann in die Funktion für Spule im GL kreis 
beim ausschalten anstellen von UG/RG ein und erhählt den Wert bis wohin 
der Strom in der Zeit absinken dann. DAnn nimmt man wie gehabt die 
Funktion fürs Einschalten nur addiert man zum Ergebniss noch 
I0*exp(-t/tau) hinzu. I0 ist der Wert aus der vorherigen berechnung und 
für t nimmt man die einschaltzeit wie beim ersten teil der addition. 
Wenn man das ganze ein paar mal gemacht hat pendeln sich die Werte 
entsprechend ein und man kann einen Mittelwert bilden. Diesen mittelwert 
teilt man noch durch Wurzel aus 3(für Sägezahn) und hat dann den Strom 
den das Multimeter anzeigt. Anbei eine Grafik wie es aussehen würde bei 
0,03ms an und 0,094ms aus. Wenns genauer Interessiert einfach ne PN. 
Sende dann gerne die entsprechenden Unterlagen dazu.

mfg