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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Eingangsspg. und Stromwelligkeit beim Tiefsetzsteller


Autor: Ramin (Gast)
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Hallo,
ich bin zurzeit dabei ein Projekt über ein Tiefsetzsteller zu 
schreiben,genauer gesagt das Betriebsverhalten des Tiefsetzstellers.
Nun ist meine Frage wie gross der Einfluss ist von der Eingangsspannung 
bezogen auf die Stromwelligkeit,d.h gibt es eine Änderung der Welligkeit 
wenn man die Spannung hoch oder runter dreht?

Durch eine Simulation hab ich gesehen dass die Welligkeit sich ändert, 
nur wie kann ich mir das herleiten ??

Und eine andere Frage nebenbei,worauf muss man achten welchen Schalter 
man verwenden soll,sprich IGBT,MOSFET...?

Hoffe auf eure Hilfe

MFG

: Verschoben durch Admin
Autor: David Madl (md2k7)
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Hallo!

Ramin schrieb:
> Nun ist meine Frage wie gross der Einfluss ist von der Eingangsspannung
> bezogen auf die Stromwelligkeit,d.h gibt es eine Änderung der Welligkeit
> wenn man die Spannung hoch oder runter dreht?
>
> Durch eine Simulation hab ich gesehen dass die Welligkeit sich ändert,
> nur wie kann ich mir das herleiten ??

Durch die Eingangsspannung wird die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes 
in der Spule beeinflusst, dadurch muss die Regelung das Tastverhältnis 
ändern. Dadurch dürfte sich die Welligkeit aber nicht sonderlich stark 
ändern...

> Und eine andere Frage nebenbei,worauf muss man achten welchen Schalter
> man verwenden soll,sprich IGBT,MOSFET...?

Man sucht den Halbleiterschalter so aus, dass sich die Verluste 
akzeptabel gestalten, also die Kosten noch niedrig sind aber wenig 
Zusatzkosten durch das Abführen von Wärme entstehen...

Verluste teilen sich in Umschaltverluste und Leitungsverluste (Rds(on), 
Spannungsabfall an Diode...) auf.

Gruß
David

Autor: Peter Diener (pdiener) Benutzerseite
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David hat das richtig erklärt, der Regler muss auf die 
Eingangsspannungserhöhung reagieren. Hier gibt es zwei Möglichkeiten:

1. Der Regler regelt auf konstante Welligkeit, dann muss die 
Pulsfrequenz erhöht werden und das Tastverhältnis geändert werden. Ein 
einfaches Beispiel dazu ist der Zeipunktregler.

2. Der Regler hat eine vorgegebene Pulsfrequenz, dann ändert sich nur 
das Tastverhältnis und die Welligkeit steigt an.

Grüße,

Peter

Autor: Markus F. (5volt) Benutzerseite
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Bei der Wahl des Schalttransistors ist vor allem die Eingangsspannung 
wichtig:
MOSFETs haben einen Rds, der sich wie ein ohmscher Widerstand verhält.
An einem IGBT dagegen fallen immer ca. 1...2,5V (je nach Typ) ab, 
relativ unabhängig vom Strom.
Wenn du nun einen Wandler von 12V auf 5V bei (z.B) 20A bauen willst, ist 
ein IGBT eindeutig die falsche Wahl, weil der sehr viel Verlustleistung 
erzeugen wird.
Es gibt FETs mit einem Rds von wenigen Milliohm und ca. 30...40V 
maximaler Spannung. (z.B. IRF1404). Sowas ist für so einen Wandler die 
richtige Wahl.

Wenn man aber einen Wandler von 800V auf 500V bei 10A bauen will, dann 
ist ein Mosfet völlig ungeeignet: Mosfets mit genug Spannungsfestigkeit 
haben meist einen Rds von einigen Ohm.
Da ist ein IGBT eindeutig die bessere Wahl.
Tendenziell sind IGBTs für hohe Spannungen gut, Mosfets für niedrige 
Spannungen.

Wichtig ist auch noch die Wahl der Diode, insbesondere bei Wandlern mit 
geringer Ausgangsspannung und hohen Strömen.
Die Diode muss auf jeden Fall ein Ultrafast-Typ mit sehr kurzen 
Schaltzeiten sein. Außerdem muss sie für den vollen Ausgangsstrom und 
die volle Eingangsspannung dimensioniert sein.
Für geringe Spannungen sind Schottky-Dioden empfehlenswert.
Bei niedrigen Spannungen und extrem hohen Strömen muss man gesteuerte 
Gleichrichter verwenden. Dafür eignen sich Power-MOSFETs, zusammen mit 
einer passenden Ansteuerung.
So wird es z.B. auf PC-Mainboards für den CPU-Spannungswandler gemacht. 
Dieser liefert etwa 1,3 Volt bei max. ca. 100 Ampere.
Würde man da eine normale Schottky-Diode einsetzen, würde diese ca. 
20...40 Watt Abwärme erzeugen.

Autor: Fralla (Gast)
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Für höhere Spannungen zb 600V sind SiC Dioden (zb von Infinieon, ST) 
sehr zu empfehlen...

Autor: ein Gast (Gast)
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Hallo!

Ramin schrieb:
> Durch eine Simulation hab ich gesehen dass die Welligkeit sich ändert,
>
> nur wie kann ich mir das herleiten ??

Das meiste wurde schon gesagt, aber vielleicht ist folgendes noch 
hilfreich:

Die Welligkeit des Stromes ist wie bereits richtig gesagt abhängig von 
der Eingangsspannung, da sich die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes 
ändert.

Eine einfache Herleitung ist wie folgt:
Arbeitet der Tiefsetzsteller mit kontinuierlichem Stromfluss in der 
Ausgangsdrossel, und wird er mittels PWM geregelt (feste Schaltfrequenz 
f), gilt:

(1) UA = D*UE     (D = Tastverhältnis 0..1)

bei veränderlicher Eingangsspannung UE wird der Regler das 
Tastverhältnis anpassen um eine konstante Ausgangsspannung UA zu 
erreichen.

Während der Einschaltzeit des High-Side Transistors liegt die Spannung:

UE-UA an der Drossel mit der Induktivität L an. D.h der Strom nimmt um

(2) dIL=((UE-UA)/L)*D*T

(3) dIL=((UE-UA)/L)*(UA/UE)*T

dIL ist die Stromwelligkeit
und T=1/f.

Damit kannst Du die Stromwelligkeit abschätzen, falls Du die 
Induktivität L der Drossel und die Schaltfrequenz kennst. Aber (3) gilt 
nur für Betrieb mit kontinuierlichem Strom in der Drossel und 
PWM-Betrieb bei fester Frequenz! Für Betrieb mit nichtkontinuierlichem 
Drosselstrom gilt zwar weiterhin (2) aber das Tastverhältnis ist dann 
nicht mehr durch (1) gegeben. Sondern in diesem Fall auch noch abhängig 
von der Belastung am Ausgang.

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Mir dreht sich dabei immer der Magen um. Das ist schlimmer als 
"Mutterplatine".
Warum kann man das nicht "Step Down Wandler" oder "Abwärtswandler" 
nennen, wie die letzten 30 Jahre auch schon?
Wo kommt der Begriff her und seit wann breitet der sich aus?

Autor: ein Gast (Gast)
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Ich gebe Dir recht, man sollte eine eindeutige Nomenklatur verwenden. 
Allerdings ist mir der Begriff Tiefsetzsteller häufiger zu Ohren 
gekommen als Abwärtswandler (und meines Erachtens auch häufiger - Google 
gibt 19200 Ergebnisse zu Tiefsetzsteller und 6820 zu Abwärtswandler). 
Also meiner Meinung nach ist Tiefsetzsteller nicht so schlimm wie z.B. 
"Step-Down-Wandler" - diesen Begriff hingegen halte ich für so furchtbar 
wie "Mutterplatine". ("Denglisch" geht gar nicht!)

Zur Begriffsherkunft kann ich nur mutmaßen das dies aus der 
Energietechnik\Antriebstechnik kommt, aber vermutlich dort schon länger 
gebräuchlich ist als Abwärtswandler (zumindest was die technische und 
wissenschaftliche Literatur betrifft).

Aber ansonsten ist es doch eigentlich egal wie man die Sachen 
bezeichnet. Hauptsache man weiß was gemeint ist.

Gruß
ein Gast

Autor: Ramin (Gast)
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Hallo vielen Dank für eure Hilfe,
das hat mir schon mal weitergeholfen,

Nun bin ich dabei das Ende meiner Arbeit zu schreiben.Ich hätte ein paar 
kleine Fragen die ich mir schon selbst beantworten könnte aber nur eine 
bestätigung bräuchte.

Man will ja die Stromwelligkeit so klein wie möglich halten um keine 
Verluste zu haben bzw einen Konstanten Strom zu erzeugen.

Welche Konsequenzen ergeben sich wenn die Welligkeit doch etwas zu hoch 
wird?

Danke für eure Hilfe

MFG

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