Moin, Beschreibung Gegeben sei die angehängte Schaltung. Damit soll der Strom durch eine Spule eingestellt werden, indem ein Komparator je nach Strom den Transistor durchschaltet oder sperrt. Für den Spulenstrom ergibt sich also ein dreieckförmiger Stromverlauf mit geringem Tastgrad (wegen der unterschiedlichen Spannungen), der um den Sollstrom schwankt. Die Bauteilbezeichnungen sind unwichtig. Versorgt wird die Schaltung von einem Netzteil über eine ganz grob 50cm lange Anschlussleitung. Die Schaltung befindet sich auf einer Platine, aber die Spule ist über eine 20cm lange Anschlussleitung angeschlossen und befindet sich entsprechend weit von der Platine entfernt. Elektrische Daten Gerechnet werden soll mit einem Spulenstrom von bis zu 10A, wahrscheinlich weniger, und einer Amplitude der Schwingung um den Sollstrom von ±50mA. Wenn ich mich nicht vertan habe, sollten das ein paar hundert Hertz sein. Frage Wie sieht da das EMV-Verhalten aus? Die Spule mit Anschlussleitung sollte kein Problem sein, weil der Strom nur mit geringer Amplitude schwingt, oder? Mir macht der Strom über die Diode und die Versorgungsleitung Sorgen. Da entsteht ja ein fast rechteckiger Stromverlauf mit hoher Amplitude. Macht das Probleme und was kann man dagegen tun? Meine Idee war, über den Transistor (vor Drain) eine kleine Spule und parallel zum Transistor einen Kondensator einzubauen, damit der Strom langsamer steigt und fällt. Der Kondensator lässt dabei den Strom auch fließen, wenn der Transistor sperrt. Allerdings baue ich ja damit wieder einen Schwingkreis auf, der das Problem verstärken könnte. Wie sieht das bei der Schaltung aus? Was kann man tun? Kann man das überhaupt mit Hobbymitteln EMV-sicher aufbauen? Einstrahlungen in die Schaltung sollten kein Problem sein, und selbst wenn, sind sie verkraftbar ;-)
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Gerade ist mir aufgefallen, dass ich es vielleicht unklar ausgedrückt habe. Die Zuleitung vom Netzteil kann man ja ganz gut mit ein paar Kondensatoren 'entkoppeln' (parallel zum Netzteil, als Stützkondensatoren). Die sollte also nicht so ein Problem sein.
Normalerweise bringt man eine Freilaufdiode möglichst nah an der Quelle des Übels an. Inwieweit Deine Zuleitung noch als störende Induktivität zu betrachten ist kommt auch auf den Aufbau an. https://www.mikrocontroller.net/articles/Relais_mit_Logik_ansteuern#Freilaufdiode
Die Induktivität der Zuleitung ist doch egal. Gegen die große Spule ist die vernachlässigbar. Die Diode näher an der Spule wäre schwierig. Zum Einen fließt dann statt des rippelnden Gleichtstromes der rechteckförmige Strom über die Zuleitung, zum Anderen muss der Shunt zwischen Spule und Diode und damit auch nah an die Spule, was platz- und befestigungstechnisch nicht besonders toll wäre. Die Diodenstrecke sollte wahrscheinlich auch kein so großes EMV-Problem sein, weil man die Strecke ja ziemlich kurz halten kann. Am problematischsten wird wohl die Strecke zwischen Diode und den hier nicht eingezeichneten Kondensatoren sein, da zum Beispiel die Kondensatoren aufgrund ihrer Größe relativ lange Leiterbahnen brauchen. Die Wellenlänge der Grundschwingung wird hier ja bei mehreren hundert Kilometern liegen, aber ich kann halt nicht abschätzen, ob nicht die Längen der Oberwellen mit genügend Leistung in den Bereich der Leiterbahnlänge kommen.
Von so einer 1N4004 würde ich jetzt keine Geschwindigkeitswunder erwarten. Da werden beim Schalten des FETs schöne Spitzen entstehen. Ganz wesentlich für die EMV ist die Art des Aufbaus, i.e. kleine Flächen der beiden Strompfade. http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler
Dussel schrieb: > Gerechnet werden soll mit einem Spulenstrom von bis zu 10A, p.s. Und die 10A sollen durch die 1N4004 fließen? Das wird die nicht mögen.
Wolfgang schrieb: > Von so einer 1N4004 würde ich jetzt keine Geschwindigkeitswunder > erwarten. Dussel schrieb: > Die Bauteilbezeichnungen sind unwichtig. Das sollte heißen, dass es nur grundsätzlich um das Bauteil (Diode und FET) und nicht um den speziellen Typ geht. Die Bauteile habe ich noch nicht ausgesucht und für den Schaltplan irgendwas genommen. Wolfgang schrieb: > Ganz wesentlich für die EMV ist die Art des Aufbaus, i.e. kleine Flächen > der beiden Strompfade. Das weiß ich. Allerdings haben Transistoren und Kondensatoren eine gewisse mechanische Größe und benötigen alleine deswegen schon eine gewisse eingeschlossene Fläche der Bahnen. Schonmal Dank an euch beide. Die Frage ist eher qualitativ. Wird die Schaltung eher eine HF-Schleuder (oder EM-Schleuder) sein, oder hält sich das im Rahmen? Ein Layout kommt irgendwann später.
Dussel schrieb: > Die Frage ist eher qualitativ. Wird die Schaltung eher eine HF-Schleuder > (oder EM-Schleuder) sein, oder hält sich das im Rahmen? Ein Layout kommt > irgendwann später. Darauf kann man meiner Meinung nach keine seriöse Antwort geben. Es ist generell schon schwierig EMV-Probleme abschätzen zu können und ohne Layout ist es so gut wie unmöglich. Daher würde ich an deiner Stelle mal mit dem Layout anfangen und dabei die oben verlinkten Hinweise von Lothar Miller beachten. Mit einem konkreten Layout kann man dann zumindest Verbesserungsvorschläge machen.
Die Messung über den Shunt wird schwierig weil der genau da hängt wo am meisten Musik ist. Häng den über die Spule, den VCC ist wenigstens halbwegs ruhig. Bei ein paar 100Hz sind Störungen wohl zu vernachlässigen denn die entstehen an den Flanken. Im Schaltmoment sind die Störungen groß, aber dafür kommen die nicht oft und sind im Mittel wieder klein. Mach die Schaltflanken des Fets langsam (Gate Vorwiderstand), denn so selten wie der schaltet interessieren den die Schaltverluste kaum. Die Diode muß den Strom aushalten den auch die Spule sieht.
Dussel schrieb: > Kann man das überhaupt mit Hobbymitteln EMV-sicher aufbauen? Was bezeichnest du mit "EMV-sicher"? Es wurden Grenzwerte gesetzt, egal ob sie andere stören und die sind einzuhalten. Frag mal die Radioastronomie, wie die über angebliche EMV denken. Für echte EMV hilft nur ein einsames Gebirgstal und großer Abstand zu technisch-menschlichen Ansiedlungen. Einen Messempfänger der vielleicht das Prädikat "Mess" nicht verdient, aber immerhin doch verrät, wo es rumsaut, gibt es als SDR für kleines Geld. Mal ganz abgesehen von doch recht guten Simulationsmöglichkeiten ...
Dussel schrieb: > Das sollte heißen, dass es nur grundsätzlich um das Bauteil (Diode und > FET) und nicht um den speziellen Typ geht. Warum schreibst du dann einen speuielle Typ ran?
Dussel schrieb: > Wie sieht da das EMV-Verhalten aus? Beim Rechtecksignal gilt nicht die Rechteckfrequenz (z.B. 10kHz), sondern die Flankensteilheit (z.B. 1us = 1MHz grob). Deine Schaltung enthält keine Massnahmen zur Verringerung der Flankensteilheit, aber auch keine superschnelles MOSFET Treiber, so ist die 1N4001 wohl die schärfste Flanke: Sie leitet wenn der MOSFET aus ist und dann legt der einschaltende MOSFET eine Spannung in Gegenrichtung an. Die 1N4100 mit ihrer trägen trr erzeugt damit einen satten Stromstoss mit scharfen Flanken. Ggf. eine schnelle aber soft recovery Diode. Das (eine) Zuleitungskabel zur Induktivität springt zwischen 2 Spannungen hin und her.
Forist schrieb: > Warum schreibst du dann einen speuielle Typ ran? Der war in Eagle so drin und als ich den mit Paintbrush übermalt hatte, war die Datei mehrere Male so groß, wie vorher. Da habe ich mir gedacht, wer die Frage beantworten kann, kann auch lesen und habe es in den Text geschrieben. MaWin schrieb: > Deine Schaltung enthält keine Massnahmen zur Verringerung der > Flankensteilheit, Deshalb die Idee mit der Induktivität vor dem Transistor, damit der Strom langsamer ansteigt und abfällt. MaWin schrieb: > Das (eine) Zuleitungskabel zur Induktivität springt zwischen 2 > Spannungen hin und her. Der Strom ändert sich aber nur wenig. Michael K. schrieb: > Die Messung über den Shunt wird schwierig weil der genau da hängt wo am > meisten Musik ist. Das ist sekundär. Primär geht es nur darum, dass ich nicht plötzlich eine HARM im Zimmer habe, die meine Schaltung für ein potentielles Ziel hält (entsprechendes für die Bundesnetzangentur) ;-) Trotzdem danke für den Tipp. Ich sehe, ich sollte zuerst mal die Bauteile aussuchen und das Layout erstellen. Dann werde ich das in den nächsten Tagen (Wochen, Monaten Jahren…) mal tun. Danke für die hilfreichen Antworten.
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Moin, endlich habe ich mal die Zeit gefunden, ein bisschen rumzuprobieren. Rausgekommen ist das angehängte Layout. Das Layout ist noch nicht fertig, es geht erstmal nur um die grundsätzliche Richtung. Die Diode stimmt immer noch nicht, da muss ich nochmal suchen, das Gehäuse wird aber passen. Die Diode ist so weit rechts, damit daneben Platz für einen Kühlkörper ist. Die Platine sollte, wenn möglich, mit 35µm Kupfer funktionieren. Kann man das Layout so grundsätzlich gebrauchen? Über die Anschlüsse S wird nur die Shuntspannung abgegriffen, das muss auch nicht besonders genau sein. Sorgen macht mir die Bahn zwischen Transistor und Diode über L-. Einerseits würde ich sie gerne dünner machen, um sie löten zu können, andererseits muss die Wärme irgendwie weg. Habe ich mit der Trennlinie zwischen VCC und GND nicht eine schöne Schlitzantenne aufgebaut? Vor die Kondensatoren soll noch eine Drossel kommen, damit der Strom in der Zuleitung nicht zu stark und steil schwankt. Bei Reichelt gibt es eine Ringkerndrossel, die das können sollte (http://www.reichelt.de/Funkentstoerdrosseln-Ringkern/TLC-10A-100-/3/index.html?&ACTION=3&LA=2&ARTICLE=105605&GROUPID=3182&artnr=TLC+10A-100µ). Laut Simulation schwankt der Strom mit Drossel 'nur' noch um etwa zwei Ampere, ist aber annähernd sinusförmig. Bringt das was oder gibt es bessere Lösungen? Wie befestigt man so eine Ringkerndrossel. Kann man da eine Windung abwickeln, damit man ihn liegend befestigen kann? Die Anschlussdrähte scheinen sonst nicht lang genug dafür zu sein. Danke schonmal. Ich bin jetzt erstmal weg, melde mich dann aber heute Mittag nochmal.
Du baust einen Abwärtswandler mit Ausgangsspannung ca. 0V. Da gibt es Tipps für. Eine sehr gute, von sehr vielen Quellen: http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler Und EMV ist keine Esoterik, sondern Black Magic: "Howard Johnson Handbook of Black Magic" http://www.amazon.de/s/ref=nb_sb_ss_c_0_16/275-0478409-9328624?__mk_de_DE=%C3%85M%C3%85%C5%BD%C3%95%C3%91&url=search-alias%3Daps&field-keywords=handbook+of+black+magic&sprefix=handbook+of+black+magic%2Caps%2C247
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Die Seite von Lothar habe ich schon öfter gelesen (das ist ja auch das Standardwerk für programmierbare Logik ;-) und versucht, die Hinweise umzusetzen. Allerdings entstehen durch das Funktionsprinzip auf der Platine starke Stromschwankungen und durch die großen Pufferkondensatoren ist es auch schwer, die Strompfade eng zu halten. Deshalb die Frage, ob das so geht, oder ob man das besser machen kann. Nach dem, was ich so gehört habe, hat EMV viel mit Erfahrung zu tun. Deshalb frage ich nach jemandem mit Erfahrung, der einschätzen kann, ob das so geht.
Dussel schrieb: > Nach dem, was ich so gehört habe, hat EMV viel mit Erfahrung zu tun. > Deshalb frage ich nach jemandem mit Erfahrung, der einschätzen kann, ob > das so geht. Um EMV zu verstehen mußt du von Deinem DC Denken runter. Es gibt kein reines C, kein reines L kein reines R. Alles ist RCL nur in unterschiedlichen Gewichtungen. Du optimierst an der völlig falschen Stelle mit den falschen Mitteln. Was Du vorhast nennt sich Hysteresewandler. Je kleiner die Hysteres (±50mA) um so höher Deine Schaltfrequenz. Bei 10A also ein delta I von 1%. Warum, worum geht es Dir beim Spulenstrom? Gehen nicht auch 40% oder 100% Deine gigantische Kondensatorbank bewirkt überhaupt nichts, weil nicht viel C hilft sondern sondern ein niedrigimpedanter Pfad in einen Kerko, der mit L gegen das Netzteil abgeblockt wird. Das auch nur bei Gegentaktstörungen, für Gleichtaktstörungen brauchst Du eine Common Mode Drossel. Die 50cm Zuleitung zur Drossel ist eine ganz fantastische Antenne. Bei der Länge eignet die sich um in einem ganz weiten Bereich abzustrahlen. Bei jedem Schaltvorgang speist Du Leitungs + Spulenkapazität. Dafür setze einen Kerko an die Spulenanschlüsse Deiner Schaltung. Je mehr C um so geringer Dein delta I in der Spule. Je schneller der C um so weniger hochfrequente Störungen. Dein Gate wird von irgendwas externem mit Zuleitung angesteuert. Regeln tut das mit einem Wert der wiederum über irgendeine Zuleitung vom Shunt kommt. Das schwingt wie Sau. Nochmal: Das was Du EMV nennst, also steilflankige U + I ensteht an den Schaltflanken. Du prügelst aber die Häufigeit der Schaltflanken rauf und gibst denen reichlich Raum um sich auszubreiten und einen Pfad zu suchen über den sie ihre Energie loswerden können. Also: F runter, delta I rauf soweit es geht. Schaltflanken langsam machen (Gate Vorwiderstand) Stabile Regelung bauen + Gate treiber die das Gate auch unter Kontrolle haben. C an Spulenanschluss. Dein Fehler: Du definierts zuerst bunte Vorgaben und versuchst dann die EMV zu erschlagen ohne aber zu verstehen was EMV ist. Anders herum wird ein Schuh daraus. Verstehe was EMV eigentlich ist und dann baue eine Schaltung die dem Zweck der Mühe gerecht wird aber die Ursachen der Elektromagnetischen Emmissionen soweit möglich vermeidet. Für das verbleibende EMV Problem überlegt man sich dann ob es überhaupt noch ein Problem ist und wie dem zu begegnen ist.
Michael K. schrieb: > Um EMV zu verstehen mußt du von Deinem DC Denken runter. > Es gibt kein reines C, kein reines L kein reines R. > Alles ist RCL nur in unterschiedlichen Gewichtungen. So weit klar. Mir geht es aber nicht um die Funktion der Schaltung, sondern um die Abstrahlung. Die wird ja durch parasitäre Elemente eher verringert, nehme ich an (Flanken werden durch Leitungskapazität und Induktivität flacher) Michael K. schrieb: > Je kleiner die Hysteres (±50mA) um so höher Deine Schaltfrequenz. Nach Berechnung im Bereich von 100 bis 1000 Hz Michael K. schrieb: > Deine gigantische Kondensatorbank bewirkt überhaupt nichts, weil nicht > viel C hilft sondern sondern ein niedrigimpedanter Pfad in einen Kerko, > der mit L gegen das Netzteil abgeblockt wird. Deshalb die Frage mit der Ringkerndrossel. Ich will eben verhindern, dass über die Zuleitung (Kabel) zwischen Netzteil und Schaltung ein Rechteckstrom mit einer Amplitude von 10A fließt. Nach der Spicesimulation komme ich mit 20mF und 77µH auf einen relativ sinusförmigen Strom mit einer Amplitude von unter einem Ampere (bei bis zu 1 kHz). Michael K. schrieb: > Die 50cm Zuleitung zur Drossel ist eine ganz fantastische Antenne. > Bei der Länge eignet die sich um in einem ganz weiten Bereich > abzustrahlen. Das ist eine meiner Sorgen. Wie viel bringt verdrillen? Dass die Kabel keine große Schleife bilden sollen, ist klar. Michael K. schrieb: > Du prügelst aber die Häufigeit der Schaltflanken rauf und > gibst denen reichlich Raum um sich auszubreiten und einen Pfad zu suchen > über den sie ihre Energie loswerden können. Das weiß ich, deshalb frage ich ja, ob und wie das geht. Michael K. schrieb: > F runter, delta I rauf soweit es geht. > Schaltflanken langsam machen (Gate Vorwiderstand) > Stabile Regelung bauen + Gate treiber die das Gate auch unter Kontrolle > haben. C an Spulenanschluss. Gut, danke. Ich denke aber, dass F nicht noch weiter runter geht. Michael K. schrieb: > Verstehe was EMV eigentlich ist und dann baue eine Schaltung die dem > Zweck der Mühe gerecht wird aber die Ursachen der Elektromagnetischen > Emmissionen soweit möglich vermeidet. Was wäre denn ein EMV-gerechteres Stromstellprinzip für induktive Lasten? Mir fällt ansonsten nur die Stromeinstellung mit Vorwiderstand ein. Danke für die ausführliche Antwort.
Dussel schrieb: > So weit klar. Mir geht es aber nicht um die Funktion der Schaltung, > sondern um die Abstrahlung. Die wird ja durch parasitäre Elemente eher > verringert, nehme ich an (Flanken werden durch Leitungskapazität und > Induktivität flacher) Garnichts ist Dir klar. Ganz grundsätzlich nicht verstanden wie eine elektromagnetische Welle entsteht und abgestrahlt wird. Hätte Deine Leitung + Spule keine Kapazität, dann gäbe es keinen Srompeak beim Einschalten, kein Magnetfeld durch den Strompeak, kein elektrisches feld und damit auch keine HF Abstrahlung. Dieser Peak geht durch die ganze Leitung und ich sage Dir schliesse den kurz am Anfang der Leitung. Zusätzlich mache den peak kleiner durch langsamere Schaltzeiten. Irgendwie kommt das aber nicht an bei Dir weil Du in irgendwelchen irrigen Vorstellungen festhängst an die ich nicht rankomme. Bereits vor drei Wochen habe ich Dir dieses geschrieben: Michael K. schrieb: > Bei ein paar 100Hz sind Störungen wohl zu vernachlässigen denn die > entstehen an den Flanken. > Im Schaltmoment sind die Störungen groß, aber dafür kommen die nicht oft > und sind im Mittel wieder klein. > Mach die Schaltflanken des Fets langsam (Gate Vorwiderstand), denn so > selten wie der schaltet interessieren den die Schaltverluste kaum.
Michael K. schrieb: > Garnichts ist Dir klar. Danke für die Einschätzung. Michael K. schrieb: > Zusätzlich mache den peak kleiner durch langsamere Schaltzeiten. Von der Ansteuerung des Transistors habe ich noch gar nichts geschrieben. Kannst du aus dem Layout rauslesen, wie der angesteuert wird? Michael K. schrieb: > Bereits vor drei Wochen habe ich Dir dieses geschrieben: > Michael K. schrieb: >> […] >> Mach die Schaltflanken des Fets langsam (Gate Vorwiderstand), denn so >> selten wie der schaltet interessieren den die Schaltverluste kaum. Ja, und das habe ich beachtet. Ich gehe mal stark davon aus, dass du keine Schaltzeiten im Millisekundenbereich meinst. Michael K. schrieb: > Hätte Deine Leitung + Spule keine Kapazität, dann gäbe es keinen > Srompeak beim Einschalten, kein Magnetfeld durch den Strompeak, kein > elektrisches feld und damit auch keine HF Abstrahlung. Dann hättest du mich einfach darauf hinweisen können, dass es dir um die parasitäre Kapazität der Spule geht.
Dussel schrieb: > Kannst du aus dem Layout rauslesen, wie der angesteuert > wird? Ich kann aus dem Layout herauslesen das der extern angesteuert wird, über Leitung, Klemmen etc. Vollkommener Müll, aber das ist Dir natürlich klar. Dussel schrieb: > Dann hättest du mich einfach darauf hinweisen können, dass es dir um die > parasitäre Kapazität der Spule geht. Wie klein verpackt hättest Du es denn gern wenn ich von parasitären Schaltungselementen rede und davon das alles RCL ist. (Was Dir ja total klar war ...) Ach, was müh ich mich überhaupt ab. Mach wie Du meinst.
Michael K. schrieb: > Ach, was müh ich mich überhaupt ab. > Mach wie Du meinst. Das ist wohl besser so. Freunde werden wir hier wohl nicht mehr. :-/ Trotzdem natürlich danke für die Hinweise.
>Freunde werden wir hier wohl nicht mehr. :-/
@dussel: Könnte an dir liegen. Du verteidigts deinen Entwurf bis aufs
Messer. Warum fragst du dann eigentlich hier. Willst du nix verbessern
oder willst du nix lernen.
Oder beides?
freunde schrieb: > Du verteidigts deinen Entwurf bis aufs Messer. Kommt das hier so rüber? Das ist nicht meine Absicht. Ich habe den Entwurf vorgestellt und frage nach Verbesserungsansätzen, weil ich mit dem Thema nicht besonders vertraut bin. Für mich kommt die Art, wie es gesagt wurde, nicht besonders gut an. Beispiel die parasitären Bauelemente. Die kenne ich aus der Hochfrequenztechnik, dass sich dadurch Eigenschaften der Bauteile verändern. Bei hohen Frequenzen hat ein Kondensator irgendwann einen nicht zu vernachlässigenden induktiven Anteil. Das habe ich aber als nicht relevant angesehen, da die Schaltung von mir aus erstmal machen kann, was sie will (das werde ich dann später merken), solange sie nicht (bzw. nur in geringem Maße) abstrahlt. Dann kommt ein meiner Meinung nach unfreundlicher Kommentar über meine Unfähigkeit, wobei dann rauskommt, dass der Strompuls beim Laden des parasitären Kondensators gemeint ist (soweit ich das zwischen den Zeilen rauslesen konnte). Eine kurze Antwort wie: 'Der parasitäre Kondensator der Spule erzeugt einen kurzen hohen Stromfluss. Den musst du berücksichtigen.' hätte gereicht und wäre deutlich effektiver gewesen. Das Prinzip ist anscheinend nicht grundsätzlich falsch, denn soweit ich das verstehe, kam vor dem Layout keine Kritik am Grundprinzip. (Kritik: Freilaufdiode an die Spule, andere Diode verwenden, FET langsamer machen). Das habe ich so weit wie möglich bedacht. Gerade wenn der FET langsam schalten soll, verstehe ich auch nicht, warum die Ansteuerung über ein Kabel ein Problem ist. Für den Fall, dass das Grundprinzip (das sich aus dem Schaltplan schon erkennen lässt) total unbrauchbar ist, habe ich auch gefragt, was den sinnvoller wäre (um den Strom durch eine Spule zu steuern). Darauf kam aber keine Antwort. Zum Schluss wollte ich nur nochmal klarstellen, dass ich auf Michael nicht 'sauer' bin oder sowas. Man weiß halt nie, mit wem man es hier zu tun hat und ich denke, wir haben uns einfach schlecht getroffen (mir fällt gerade kein besserer Ausdruck ein). Ewig langer Text Ende.
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