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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Impulsübertrager berechnen


Autor: Randy N. (huskynet)
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Hallo,

ich möchte einen Impulsübertrager berechnen. Nun findet man zu den 
Dingern verschiedene Angaben. Folgendes ist z.B. für einen 1:1 
Übertrager angegeben:

Primärinduktivität: 3mH

Primärwiderstand: 1,2 Ohm
Sekundärwiderstand: 1 Ohm

Streuinduktivität: 22µH

ET-Konstante/Spannungs-Zeitfläche: 200Vµs

Koppelkapazität: 23pF

Angenommen an die Primärseite wird nun eine steigende Flanke von 0V auf 
5V angelegt. Dann nehme ich an, dass auf der Gegenseite auch ein 
5V-Impuls erscheint. Ich frage mich nur jetzt, wie man diese Spannung 
berechnet, wie lang der Impuls andauert und welchen Strom ich dabei 
entnehmen kann. Ich nehme an, die Impulsdauer ist abhängig von der 
Primärinduktivität (je größer, desto länger dauert der Spannungsanstieg 
und umso länger wird Spannung induziert). Bei einem 5V-Impuls und 1 Ohm 
Sekundärwiderstand würde ich auf einen Kurzschlussstrom von 5A tippen!? 
Somit dürfte der Strom nicht von der Induktivität abhängig sein, oder?

Kann ich die Streuinduktivität einfach von der Primärinduktivität 
abziehen, um auf die Sekundärinduktivität zu kommen?

Was ist die Koppelkapazität, bzw. wobei macht diese sich negativ 
bemerkbar?

Vielen Dank für Antworten! Da ich nicht genau weiß, was die einzelnen 
Werte denn nun eigentlich angeben, bin ich mir auch nicht sicher, in 
welchen Formeln ich diese verwenden kann. Ein paar Formeln mit dem 
Hinweis, welcher der gegebenen Werte für was steht, oder ein Link wären 
super.

Viele Grüße
Randy

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Randy N. schrieb:

Alles kann ich dir auch nicht beantworten, aber ich werde mal einen
Anfang machen.

> Angenommen an die Primärseite wird nun eine steigende Flanke von 0V auf
> 5V angelegt. Dann nehme ich an, dass auf der Gegenseite auch ein
> 5V-Impuls erscheint.

Im Prinzip ja.  Durch die Verluste wird er nicht ganz 5 V werden.
Außerdem ,sieht' die Sekundärseite erst dann eine Spannung, wenn
sich ein Magnetfeld aufgebaut hat.  Das wiederum benötigt einen
fließenden Primärstrom, und der fließt nach dem Anlegen der Spannung
erst langsam los (durch die Primärinduktivität).

> IBei einem 5V-Impuls und 1 Ohm
> Sekundärwiderstand würde ich auf einen Kurzschlussstrom von 5A tippen!?

Es wird weniger werden.

Allerdings kannst du das Ohmsche Gesetz für den maximalen Primär-
strom zu Rate ziehen, der nach endlicher Zeit fließen wird.

> Kann ich die Streuinduktivität einfach von der Primärinduktivität
> abziehen, um auf die Sekundärinduktivität zu kommen?

Nein.  Bei einem idealen Trafo hättest du primärseitig keine
Induktivität mehr, wenn die Sekundärseite kurzgeschlossen wird
(da dem Magnetfeld ja sämtliche Energie entzogen wird).  Real
hat der Trafo jedoch Streuverluste, und du ,siehst' bei einem
sekundären Kurzschluss primär noch die Streuinduktivität.  Damit
kannst du dir die maximal mögliche Stromanstiegsgeschwindigkeit
auf der Primärseite ermitteln.

> Was ist die Koppelkapazität, bzw. wobei macht diese sich negativ
> bemerkbar?

Kapazitives Übersprechen.  Ob das nun negativ ist oder nicht, hängt
wohl von deinem Anwendungsfall ab. ;-)

Eigentlich hast du genügend Daten von dem Teil, als dass du dir das
konkrete Verhalten in deinem gedachten Anwendungsfall damit mal in
einer Simulation ansehen können solltest.  Das bringt dich vielleicht
schneller zum Ziel als langes Herumrätseln.

Autor: Randy N. (huskynet)
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Aha, ok danke. Ich habe jetzt mal versucht, sowas in LTSpice zu 
simulieren, aber mir fehlt dafür eigentlich die Sekundärinduktivität. 
Wenn ich mir in LTSpice zwei Spulen anlege, muss ich ja für beide eine 
Induktivität angeben. Bei anderen Übertragern, die ich in diversen Shops 
finde, sind manchmal auch gar keine Wicklungswiderstände gegeben, dafür 
Primär- und Sekundärinduktivität. Aber auch die Wicklungswiderstände 
muss man in LTSpice ja angeben.

Ich nehme an, dass man die fehlenden Werte jeweils aus den anderen 
berechnen kann, vielleicht irgendwie mit der Spannungs-Zeitfläche. Die 
Formel:

umgestellt:

sieht hier ja ganz interessant aus. Für U*t könnte ich die 
Spannungs-Zeitfläche einsetzen. Die Induktivität ist gegeben. Es ergibt 
sich eine Stromdifferenz. Ich frag mich grade, ob mir das was nützt und 
ob das man die Werte überhaupt so einsetzen kann...

Wenn ich für die Sekundärinduktivität einfach mal 3mH annehme, 
funktioniert das Ganze in der Simulation schon in etwa so, wie ich mir 
das vorstelle, aber wenn ich die Induktivitäten und insbesondere die 
Widerstände ändere, sehe ich keine großen Änderungen in der Simulation, 
also ich seh einfach keine Abhängigkeit, die mir logisch erscheinen 
will.

Autor: Blackfin (Gast)
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Stichwort: Laplace-Transformation und T-Ersatzschaltbild des 
Transformators (verlustbehaftet). Damit kannst Du alles berechnen, was 
Du willst.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Mangel konkreter Angabe zur Sekundärinduktivität würde ich diese in
erster Näherung gleich der Primärinduktivität setzen, da du ja einen
1:1-Transformator hast (was nur dahingehend nicht ganz stimmt, dass
die Gleichstromwiderstände nicht gleich sind).  Kannst ja mal mit
einer leichten Variation der Sekundärinduktivität simulieren, um die
Auswirkungen zu sehen.  Ich würde so mit 1:2, 1:1, 2:1 mal spielen.
Irgendwo in dem Bereich wird sie sich bewegen, und ich vermute, dass
im Lastfall (wenn der Sekundärkreis also nicht leer läuft) da keine
nennenswerten Unterschiede im Verhalten zu beobachten sein werden.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Randy N. (huskynet)

>Angenommen an die Primärseite wird nun eine steigende Flanke von 0V auf
>5V angelegt. Dann nehme ich an, dass auf der Gegenseite auch ein
>5V-Impuls erscheint.

Ja. Nur etwas weniger, wegen des nichtidealen Koppelfaktors.

> Ich frage mich nur jetzt, wie man diese Spannung
>berechnet, wie lang der Impuls andauert und welchen Strom ich dabei
>entnehmen kann.

Die maximale Pulsbreite kannst du über dein 200uVs ausrechnen

U * t <= 200uVs

macht bei 5V max. 40us. Dann geht der Kern in die Sättigung.

> Ich nehme an, die Impulsdauer ist abhängig von der
>Primärinduktivität (je größer, desto länger dauert der Spannungsanstieg
>und umso länger wird Spannung induziert).

Naja, mehr oder weniger.

> Bei einem 5V-Impuls und 1 Ohm
>Sekundärwiderstand würde ich auf einen Kurzschlussstrom von 5A tippen!?

wenn das a) eine Quelle schafft b) der Kern dabei nicht sättigt und c) 
die Windungen niederohmig genug sind.

>Somit dürfte der Strom nicht von der Induktivität abhängig sein, oder?

Siehe oben.

>Kann ich die Streuinduktivität einfach von der Primärinduktivität
>abziehen, um auf die Sekundärinduktivität zu kommen?

Vollkommen falsch. Die Streuinduktivität liegt in Reihe zum idealen 
Trafo.
Und bei 1:1 übersetzung ist die Sekundärinduktivität = 
Primärinduktivität

>Was ist die Koppelkapazität, bzw. wobei macht diese sich negativ
>bemerkbar?

Wenn dein Impulstrafo z.B. einen Thyristior ansteuert, dessen Gate auf 
hohem Potential liegt, dann koppelt über die Streukapazität ein 
Pulssignal über den Trafo. Das kann im Extremfall dein Schaltung killen, 
meist bringt es aber "nur" Störungen".

@ Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite

>Außerdem ,sieht' die Sekundärseite erst dann eine Spannung, wenn
>sich ein Magnetfeld aufgebaut hat.  Das wiederum benötigt einen
>fließenden Primärstrom, und der fließt nach dem Anlegen der Spannung
>erst langsam los (durch die Primärinduktivität).

Nanana. Du wird einiges durcheinandergewürfelt!
Egal wir gross die Primärinduktivität ist, die Spannung auf der 
Sekundärseite ist "augenblicklich" verfügbar, sie begrent NICHT die 
obere Grenzfreqeunz des Trafos. Das macht die Streuinduktivität.

> IBei einem 5V-Impuls und 1 Ohm
> Sekundärwiderstand würde ich auf einen Kurzschlussstrom von 5A tippen!?

>Allerdings kannst du das Ohmsche Gesetz für den maximalen Primär-
>strom zu Rate ziehen, der nach endlicher Zeit fließen wird.

Und das beim Trafo? Hust Das ohmsche Gestz ist hier die allerletzte 
Instanz.

>Eigentlich hast du genügend Daten von dem Teil, als dass du dir das
>konkrete Verhalten in deinem gedachten Anwendungsfall damit mal in
>einer Simulation ansehen können solltest.

Schon, aber es fehlt noch wichtiges, grundlegendes Verständnis.

> Das bringt dich vielleicht schneller zum Ziel als langes Herumrätseln.

Anders herum. Erstmal muss er sich über bestimmte Wirkungsweisen klar 
werden.

@  Blackfin (Gast)

>Stichwort: Laplace-Transformation und T-Ersatzschaltbild des
>Transformators (verlustbehaftet). Damit kannst Du alles berechnen, was
>Du willst.

Und Apfelmus ist Mus aus Äpfeln. Wenn einer Durst hat sagst du ihm 
sicher "Kauf dir Wasser". . . .

MFG
Falk

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Falk Brunner schrieb:

> Egal wir gross die Primärinduktivität ist, die Spannung auf der
> Sekundärseite ist "augenblicklich" verfügbar, ...

Ja, stimmt natürlich.  Habe ich nicht bis zu Ende gedacht.

>>Allerdings kannst du das Ohmsche Gesetz für den maximalen Primär-
>>strom zu Rate ziehen, der nach endlicher Zeit fließen wird.

> Und das beim Trafo?

Ja, es ist der Strom, der bei DC-Betrieb am Ende fließen würde
(wobei der Impulsübertrager sicher die 4 A nicht als Dauerstrom
verträgt).

Ohne den Ohmschen Anteil würde ja der Strom bis unendlich weiter
wachsen.

> Und Apfelmus ist Mus aus Äpfeln. Wenn einer Durst hat sagst du ihm
> sicher "Kauf dir Wasser".

Nein, eher so: "Wasser ist das Oxid von Wasserstoff, du musst also
Wasserstoff verbrennen, um zu Wasser zu gelangen."

SCNR :)

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