Hallo Leute, in den Schaltungen sieht man hin und wieder Stabilisierungen, die aus einem seriell eingebundenen Induktivität bestehen. So wie etwa hier: http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.23 Zugegeben kein gutes Beispiel, da hier noch einiges mehr dranhängt, aber so in etwa.Normalerweise werden jedoch Abblockkondensatoren von meist 100 nF verwendet. Kapazitäten sind deutlich günstiger, deshalb nimmt man sie wohl lieber. Wären aber statt Abblockkondensatoren entsprechend dimensionierte Induktivitäten gleichwertig? Wenn ja, wie würde man so ein Drossel dimensionieren (z.B. entsprechend einem 100nF C)? Hat die "Drosselvariante" Vor- oder Nachteile gegenüber der "Kapazitätsvariante"? Hätte es Sinn, in einer digitalen Schaltung den Blindwiderstand zu kompensieren (wegen Resonanz)? Habt vielen Dank für Eure Antworten schon im Voraus! Michael
Eine Drossel ist das für die Spannung was ein Kondensator für den Strom ist.
Hi Devil, hab vielen Dank für dein Beitrag, das wusste ich nicht. Es beantwortet alle meine Fragen fast restlos :-))))) Jetzt im Ernst: Kennt sich jemand mit der Materie aus?
In Digitalschaltungen werden durch die Kondensatoren Spitzen geblockt und Spannungnsschwankungen ausgeglichen. Kondensatoren sind nicht nur günstiger, sondern auch einfacher zu fertigen. Spulen nimmt man z.B. in DC-DC-Wandlern, um die Ströme zu "stabilisieren". Mit Kondensatoren glättet man die Spannung. Was genau hast du vor, bzw. wo liegt der Einsatz?
Hi Raccoon, es ging mir um die Funktion prinzipiell, weniger um eine konkrete Anwendung. Der Kondensator versucht ja an seinen Ausgängen die Spannung konstant zu halten, die Spule tut dasselbe mit dem Strom. Deshalb erfüllt ja eine seriell eingeschleifte Induktivität dasselbe Funktion wie ein Abblockkondensator, es glättet die Spannungsversorgung in der Schaltung bzw. versucht das Bezugspotential Masse möglichst "sauber" zu halten. In diesem Thread geht es mir um die Diskussion, wie man eine solche Induktivität dimensioniert und welche Vor- oder Nachteile es in einer Schaltung haben könnte. Gruss: Michael
Anm.: Nachteil des L-s: Beim Ausschalten versucht die Spule den Strom zu "halten" => führt oft zu Funken/kann es => daher Freilaufdiode (Bauteil mehr) Die Drossel ist gerade bei Spannungsspitzen sehr interessant: z.B. Zündung, da "einfache" Kondensatoren im oberen Freq.-spek. als L agieren, daher werden für "schnelle Störungen"/Änderungen Keramikkond. genommen, die aber i.d.R. kleiner sind.
Faustregeln zum Einsatz von L's in Netzteilen: Ein Ladekondensator ist Teil eines Tiefpasses, dessen R bei geringer Leistung aus dem Innenwiderstand des Trafo besteht. Im R gibt es bei großen Strömen Leistungsverluste. Ein LC-Tiefpass erreicht die Glättung mit wesentlich weniger Leistungsverlust. Bei Leistungsnetzteilen mit 50 Hz war früher meistens die Drossel etwa gleich groß wie der Trafo, was Eisen- und Kupfergewicht angeht. Diese ganz grobe Faustregel gilt auch für Leistungs-Schaltwandler, die als Durchflußwandler arbeiten. Oder anders: L muss so groß wie möglich sein. R der Spule muss so klein wie möglich sein. Sättigung des Eisens bzw. des Ferrits darf nicht eintreten. Gruß, Peter
wenn man der spannungsversorgung z.B. eines controllers ein L in Reihe vor schalten würde, würde dann nicht sobald der controller auf einmal weniger Strom benötigt (sleep mode) das L den Stromfluss aufrecht erhalten wollen? d.h. die spannung ansteigen lassen? Deshalb denke ich nimmt man nie ein L alleine zur "Spannungsglättung", sondern ein LC - dadurch ist der Effekt des "abschaltens" (geringere Stromaufnahme) für das L verzögert (durch den nachgeschalteten C welcher im Falle weniger Stromaufnahme den Spannungsanstieg als Ladung speichert) Liege ich da einigermaßen richtig? War nur geraten :)
Ein RC Tiefpass ist für hochohmige Anwendungen ein LR Tiefpass für niederohmige. Beim RC wird die Quelle nicht oder zumindest nicht sehr belastet dafür eehöht der Widerstand aber den Innenwiderstand, sprich man kann das Ganze nicht mehr stark belasten, macht man vor OpAmps oder andere Hochohmige Sachen. Wenn man aber Leistung haben will, also PWM oder Schaltnetzteil muss man das mit LR (oder auch LC) machen, das belastet zwar die Quelle die ja aber ohnehin schon sehr niederohmig ist und das daher abkann, da man aber lediglich die Spule und kein R mehr in Reihe hat, kann man das ganze auch noch richtig ordendlich belasten, da die AusgangsImpedanz sehr gering ist, Class-D Verstärker sind ein gutes Beispiel. Also nochmal wenn ich ein z.B. ein PWM Signal habe kann ich es RC filtern und danach noch linear Verstärken ODER ich bleib im Frequenzbereich (ungefilterte PWM) mit starken FETs und filtere es erst unmittelbar vor dem Verbraucher, dann aber mit LR. Ich hoffe das war verständlich. -wiebel P.S. Kondensatoren sind oft auch deshalb beliebter, weil sie schlicht näher an idealen Kapazitäten sind als Spulen an idealen Induktivitäten, will sagen der Innenwiderstand einer Spule ist immer zu hoch, der Leckstrom eines Kondensators ist hingegen hinreichend nahe Null. Daher hat peter auch völlig recht, zumindest was die Menge des Kupfers und den Innenwiderstand angeht. Die Induktivität sollte allerdings schon eher passend gewöhlt werden. Und wieder die Stom-Spannungsdualität: eine Ideale Spule hat Null Ohm und erträgt damit unendlich viel Stom (ohne Thermisch zu sterben), wärend ein idealer Kondensator auch bei einer Bazillionen Volt noch unendlichen Widerstand hat. Mit dem Spannungslimit realler Kondensatoren kann man aber meist besser leben.
>L muss so groß wie möglich sein...
Falsch! Wie wiebel schon sagte: passend gewählt.
Umso höher L ist, umso kleier ist die Restwelligkeit des Stromes, aber
umso träger ist die Regelung! Weil das L in 1/sL in die
Übertragungsfunktion der Strecke eingeht!
Fausformel: Welligkeit = 10% vom Stromnennwert
Morgens um 3 Uhr soetwas so verständlich erklären zu können verdient grossen Respekt!! Vielen Dank dafür, ich habe einiges dabei gelernt. Im Endeffekt kann man als Fazit des Threads bisher folgendes zusammenfassen: - wenn möglich Kapazitäten verwenden, da sie kleiner/leichter/günstiger/etwas "idealer" sind. Sie bilden selbst dann, wenn sie anscheinend "frei" stehen einen RC-Tiefpass. - Ein RC-Tiefpass ist für hochohmige Schaltungen ideal, wobei die meisten uC-Schaltungen in diese Kategorie fallen. (da meist "nur" Signale verarbeitet werden) - Ein LR- oder LC-Tiefpass eignet sich zum Glätten in niederohmigen Schaltungen, wie etwa in Motortreibern o.ä. Da der Strom durch die Spule fliesst, ist der Widerstand im Vergleich zum RC-Tiefpass wesentlich geringer, da nur der Innenwiderstand der Spule und nicht der "R"-Anteil des RC auftritt. Somit kann die Glättung direkt am Verbraucher erfolgen und nicht wie bei der RC-Tiefpass nur vor der Verstärkung. --> Daraus folgt vermutlich, dass die RC-Lösung etwas bessere EMV-Werte hat, und die LR/LC-Lösung den Verbraucher etwas besser stabilisiert. Liege ich da richtig? Eine Frage bleibt noch offen: wie dimensioniert man einen LR- oder LC- Tiefpass in der Praxis? Ich habe das Gefühl, dass der "gelehrte" Weg über Fouriertransformation eher weniger angewendet wird. Gibt es Faustformeln oder Anhaltswerte (besonders für die erforderliche Kapazität)? Peter schrieb weiter oben, dass idealerweise die Induktivität so groß wie möglich gewählt werden sollte bei möglichst kleinem R_i. D.h. die Grenzen liegen eigentlich nur bei Preis/Größe bzw. Gewicht? Gruss: Michael
Für die Dimensionierung von Filtern gibt es sehr einfache Formeln für die Grenzfrequenz. Wikipedia ist da sehr ergiebig -> Tiefpassfilter Für RC gilt beispielsweise:
fg=1/2*Pi*R*C Für LR gilt äquivalent IIRC:
fg=L/2*Pi*R In jedem Fall ist die Grenzfrequenz definiert als die Frequenz bei der das Signal um 3dB also um die Hälfte gedämpft wird. Daher ist die Wahl der Grenzfrequenz kritisch und sollte genügend Luft lassen in beide Richtungen, oder natürlich man erhöht die Polzahl macht also mehrere Stufen und erhält somit eine steiler Flanke, wohlgemerkt im Frequenzbereich. Hier wird auch klar warum der Abstand zw. der Frequenz des Nutzsignals und z.B. der PWM so viel höher sein sollte als das Nyquist Theorem eigentlich erlauben würde, man bekommt es anders einfach nicht gefiltert. Als beispiel arbeitet mein feiner Class D Verstärker von www.41hz.com mit einer 300kHz PWM um den Audiobereich abzubilden. Was LR Filter angeht kann man manchmal auch schlicht drauf verzichten da Motoren und Lautsprecher ja schon eine ordentliche Induktivität haben, muss man aber natürlich aufpassen, das diese nicht zu warm werden. Auch gilt fast immer das physische Aktuatoren, meist dank Massenträgheit oder Wärmekapazität, sehr stark integrierend wirken (haben also in sich schon Tiefpasscharakteristik) daher kann man ja auch Herdplatten oder so mit lästerlich niedrigen Frequenzen ohne jede Filterung schön ansteuern. Ein Filter der eine 0.5Hz PWM filtern könnte wäre auch unfassbar unhandlich. -wiebel [edit: der math tag scheint grade nicht zu gehen, oder ich mach was falsch] P.S. Eine Unendliche Induktivität mit einem sehr kleinen Widerstand hätte die Grenzfrequenz Null man hätte also eine saubere Gleichspannung (ober besser Gleichstrom) für Schaltnetzteile wäre das gut für andere Aufgaben verheerend. Wobei der kleine R auch mächtig heizt, weshalb Schaltnetzteile ja auch am glücklichsten sind wenn sie eine konstante (kalkulierbare) Last haben, dann nämlich kann man die Last mit in den Filter einbauen, ist die Last zu gering muss der Widerstand tatsächlich ordendlich Heizen. Das Gewicht einer Spule ist Proportional zu L/Ri also kauft man sich ohnehin hohe induktivitäten mit schlechten Innenwiderständen oder mit massivem Kupfer. Nur so als Gedanke
@ wiebel42 das Signal ist bei der Grenzfrequenz auf ca. 70,7% (1/sqrt(2)) und nicht auf 50% gesunken. Gruß Manfred
Ack, 50% sind 6db, wusste doch das ich mich vertan hab, 3dB sind 50% der Leistung nicht der Signalamplitude. Sorry mein Fehler.
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