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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Freilaufdiode: Verständnisproblem im Boost-Converter Schaltplan


Autor: huibu (Gast)
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Hallo,

ich verstehe nicht, warum die Freilaufdiode im nachfolgend verlinkten 
Schaltplan so eingebunden ist.

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Boost_operating.svg

Ich stelle mir das mit der Freilaufdiode so vor:

Beim Öffnen des Schalters ist die Versorgungsspannung weg, der Strom, 
der durch die Spule fließt nimmt dadurch sehr schnell ab. Das verursacht 
aber eine hohe Induktionsspannung an der Spule selbst, deren Polarität 
entgegengesetzt zur eigentlichen Versorgungsspannung ist. Um diese 
Spannung abzufangen baut man eine, von der Versorgungsspannung aus 
gesehen, in Sperrichtung betriebene Diode ein, die den Stromkreis 
schliesst. Auf diese Art kann dann keine Spannungsspitze entstehen, denn 
der Strom wird nach dem Abschalten noch ein bissal durch das Netz 
durchgeleitet und die Stromänderung an der Spule ist dann entsprechend 
klein, bis irgendwann kein Strom mehr fliesst.

So what's the big deal? In verlinkten Schaltplan macht es doch keinen 
Unterschied, ob die Diode drin ist oder nicht??! Wenn der Schalter 
geschlossen ist fließt doch fast der gleiche Strom durch die Spule wie 
bei geöffnetem Schalter. Was soll diese Diode hier überhaupt bringen? 
Ich kapier nicht, warum überhaupt eine Diode in dem Schaltplan drin ist.

Wo ist denn nur mein Denkfehler? Bin leider ziemlicher Anfänger. Habt 
Nachsicht und flamed nicht. Und vielen Dank für jede Antwort.

Autor: GGaasstt (Gast)
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Du hast da irgendein ganz grundlegendes Verständnisproblem. Die gezeigte 
Schaltung ist ein Spannungswandler; Die hohe Induktionsspannung der 
Spule wird dazu gezielt ausgenutzt.

Autor: Floh (Gast)
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Das ist keine Freilaufdiode, die Diode ist der Schlüssel zur höheren 
Ausgangsspannung, die ein Boost-Konverter ja erzeugt.

Schalter wird geschlossen -> Strom durch die Spule steigt langsam an.
Dann wird Schalter aufgemacht, die Spule ist träge und wiee den Strom 
aufrecht erhalten.
Dieser fließt jetzt aber über die Diode in den Kondensator (und in den 
Lastwiderstand).
Der Kondensator lädt sich praktisch mit einer Konstantstromquelle auf 
mit U_c = 1/C mal Integral(I)über t.
Durch die Diode wird jetzt beim Schließen des Schalters verhindert, dass 
sich der Kondensator über den geschlossenen Schalter kurzschließt.

Autor: Fralla (Gast)
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Das ist der Trick der ganzen Converter. Ist keine Freilaufdiode und auch 
nicht zur Unterdrückung von Spannungsspitzen. Die Diode ist 
grundsätzlich für die Funktion eines Boost converters erforderlich. Die 
gesammte Energie muss durch die Diode.

MFG

Autor: huibu (Gast)
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Floh schrieb:
> Durch die Diode wird jetzt beim Schließen des Schalters verhindert, dass
> sich der Kondensator über den geschlossenen Schalter kurzschließt.

Danke!

Jetzt verstehe ich das endlich!

Aber wieso bezeichnen sie dann in er englischen Wikipedia diese Diode 
als Flyback Diode?

Ist das ein Fehler? Das hört sich für mich recht fehlerhaft oder 
bestenfalls ungenau und verwirrend an. Kann das jemand mal checken und 
ggf. korrigieren?

http://en.wikipedia.org/wiki/Boost_converter

http://en.wikipedia.org/wiki/Flyback_diode

Zitat:
A flyback diode (sometimes called a snubber diode, freewheeling diode, 
suppressor diode, or catch diode[1]) is a diode used to eliminate 
flyback, the sudden voltage spike seen across an inductive load when its 
supply voltage is suddenly reduced or removed.

Autor: huibu (Gast)
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Achja,

im Deutschen Wikipedia Eintrag wird die Diode auch als Freilaufdiode 
bezeichnet.

http://de.wikipedia.org/wiki/Aufw%C3%A4rtswandler

Ich weiss es nicht, Experten. Ist das nun ok oder sollte man das 
korrigieren?Mich hat das extrem verwirrt.

Autor: MaWin (Gast)
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Prinzipiell haben beide Dioden,
die im Step-Up Flyback-Wandler
und die im Snubber oder beim Relais,

dieselbe Aufgabe, den Strom der Spule
im Abschaltmoment weiterleiten.

Allerdings heisst die im englischen
Freewheeling-Diode :-)

Autor: huibu (Gast)
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MaWin schrieb:
> Prinzipiell haben beide Dioden,
> die im Step-Up Flyback-Wandler
> und die im Snubber oder beim Relais,
>
> dieselbe Aufgabe, den Strom der Spule
> im Abschaltmoment weiterleiten.

Um nur den Strom der Spule weiter zu leiten, braucht man doch aber beim 
Step Up überhaupt keine Diode. Den einzig logischen Einsatzzweck hat 
Floh meines Erachtens nach genannt.

Autor: MaWin (Gast)
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< Um nur den Strom der Spule weiter zu leiten, braucht man
> doch aber beim Step Up überhaupt keine Diode.

Ach.

Und wie will man den dann bauen ?

Wenn der Schalter öffnet (in der Wikipedia-Zeichnung)
will der Strom der Spule wie Floh schon schrieb weiterfliessen.

Ohne Diode stehht sich die Frage, wohin?

Ist der Kondenstaor ohne Diode angeschalossen würde er sich aufladen,
aber beim nächsten Schliessen des Shcalters mit einem Kurzschluss wieder 
entladen.

Nicht ganz das gewünschte.


Es geht in allen Fällen bei der Diode um dasselbe: Einen Weg zu schaffen 
für den Strom der Spule, damit er weiterfliessne kann und sich 
irgendwohin entladen kann.

Autor: huibu (Gast)
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Ja, aber diese Diode entspricht in keinster Weise der Defintion einer 
Flyback/Freilauf/Wheelback oder wie man sie noch so nennt.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Im Prinzip ist das schon eine Freilaufdiode, sie wird nur etwas anders
genutzt:

Üblicherweise soll eine Freilaufdiode verhindern, dass ein induktiver
Verbraucher (Relaisspule, Magnetventil o.ä.) beim Ausschalten seine
gespeicherte Energie schlagartig abgibt und damit den Schalter zerstört.
Die (langsam) abgegebene Energie wird dabei im Wicklungswiderstand der
Spule und der Diode verheizt.

Beim Boost-Konverter passiert ähnliches, nur dass die Spule nicht der
Verbraucher ist und die Spulenenergie nicht primär in der Wicklung und
der Diode verheizt wird, sondern möglichst vollständig dem eigentlichen
Verbraucher zugeführt wird, der zu diesem Zweck in Reihe zur Diode
geschaltet wird.

Autor: MaWin (Gast)
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> Ja, aber diese Diode entspricht in keinster Weise der Defintion
> einer Flyback/Freilauf/Wheelback oder wie man sie noch so nennt.

Schau dir mal hier
http://www.mikrocontroller.net/attachment/36395/Sp...
D17 C8 R34
an. Was ist an diesem Snubber anders, als an Diode, Kondensator und 
Widerstand des Wikipedia Zeichnung ?

Nichts, ausser dass es an +Ub statt GND angeschlossen ist (weil man ja 
keine Leistung liefern will, sondern beim Snubber rückspeisen will).

L1 und M1 sind wie bei Wikipedia Step Up.

Autor: Thomas Klima (rlyeh_drifter) Benutzerseite
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huibu schrieb:
> Ja, aber diese Diode entspricht in keinster Weise der Defintion einer
> Flyback/Freilauf/Wheelback oder wie man sie noch so nennt.

doch. Achtung, Geschichtestunde:

begeben wir uns in ein altbekanntes, kuscheliges Szenario:
Ein Relais wird mit einem Transistor geschaltet. Jeder schreit gleich 
nach einer Freilaufdiode.
Warum?
Weil die Spule beim einschalten ein U bekommt und daraus ein di/dt 
macht. Der Strom steigt jetzt an. Irgendwann schaltet ein advocatus 
diaboli den Transistor ab, womit der Strom in kurzer Zeit abgebrochen 
wird. Also sieht die Spule plötzlich ein hohes di/dt und weil sie des 
Maxwells knusprige Beute war, liefert sie ein hohes negatives U. Wenn 
der Transistor jetzt aber aus ist, kann der Strom aber nicht weiter weil 
die Spule nur auf einem Haxen in der Luft hängt, gottseidank ist die 
Freilaufdiode da, über die der Strom laufen kann. Der läuft zurück zur 
Quelle und alles ist gut.

Eine schöne Geschichte.

Ein Marketingfachmann meinte wohl einmal die negative Spannung an der 
Spule klingt nicht positiv und sportiv genug, also solle man doch bitte 
auch in Betracht ziehen, dass beim Abschalten dieses Transistors das 
Kollektorpotential über die Versorgung überhöht würde. Und weil das der 
allergeschäftstüchtigste Marketingfachmann überhaupt war, dachte er 
sich, er will nicht, dass der Strom in die Quelle zurückläuft, er will 
den verkaufen! Also soll der Lehrling mal geschwind die Freilaufdiode 
umbiegen und das irgendwo speichern, das will doch sicher noch wer 
haben!
Thus the boost converter was born.



Übrigens, soweit ich weiß gilt:
Boost Converter, Step-Up Wandler: keine galv. Trennung
Flyback Converter, Sperrwandler: galv. Trennung

was die Freilaufdiode keine Flybackdiode sein lassen kann, sondern eben 
wie schon gesagt eine freewheeling diode.

Autor: huibu (Gast)
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Thomas Klima schrieb:
> was die Freilaufdiode keine Flybackdiode sein lassen kann, sondern eben
> wie schon gesagt eine freewheeling diode.

Naja, das ist laut Wikipedia, ob deutsch oder englisch, ja genau das 
Gleiche.
Das ist für jemanden, der als Laie nicht so viel Ahnung hat und aufgrund 
der Wikipedia Artikel nur schließen kann, dass man hier Voltage-Spikes 
abfangen will, mehr als missverständlich.

Es wäre jedenfalls nett, wenn jemand die Artikel verbessern könnte.

Autor: MaWin (Gast)
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> Übrigens, soweit ich weiß gilt:
> Boost Converter, Step-Up Wandler: keine galv. Trennung
> Flyback Converter, Sperrwandler: galv. Trennung


Nein.

Flyback kommt von Fernsehern.

Die verwendeten das zum Zeilenrücklauf.

Dazu brauchte man hohe Spannung an der Spule die den Strahl ablenkt, 
damit sie SCHNELL reagiert.

Dazu nutzte man die Spannung, die sich am Zeilentrafo ergibt, wenn man 
einer Spule den Strom abdreht, und nebenbei produzierte dieser 
Zeilentrafo auch noch die Hochspannung.

Und nun ist in Fernsehern gerade diese Konstruktion NICHT galvanisch von 
irgendwas getrennt.

Sperrwandler bezeichnet allgemein das Prinzip, daß die Energie in eienr 
Spule gespeichert wird, die eine Aufladephase und eine Entladephase hat, 
egal ob das mit einer Wicklung oder mit 2 galvanisch getrennten erfolgt.

Das Gegenteil dazu ist der Flusswandler, der galvanisch getrennt die 
Tafoeeigenschaft nutzt, aber auch als Step-Down vorkommt.

Autor: Fralla (Gast)
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Und nicht vergessen, es gibt auch noch kombinierte Fluß-Sperr-Wandler, 
welche sowohl in der Einschalt als auch in der Ausschaltphase Energie 
übertragen.

Sperrwandler ist einfach nur ein getrennter Buck-Boost.

MFG

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