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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Elko sehr schnell entladen - mit welchem Bauteil?


Autor: Bastler (Gast)
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Hallo,

aus einem Laserdrucker habe ich einen HV Trafo ausgebaut und ihn mit 
Hilfe einer kleinen NE555 Schaltung und einem Moset zu einem 
Flybackwandler gemacht, der nun etwa 500V liefert.

Damit lade ich vier 400V Elkos mit je 220µF und möchte die gespeicherte 
Energie so schnell wie möglich über einen Prüfling entladen.
Dass dabei kurzzeitig ein ordentlicher Strom fließt ist nicht zu 
überhören.

Mit welchem Bauteil könnte man das Schalten materialschonend gestalten? 
Wie reagieren Halbleiter auf sehr kurze aber hoche Stromstöße und welche 
halten das aus?

Autor: 2920 (Gast)
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FET

Autor: Bastler (Gast)
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Und die explodieren auch nicht? Hätte da einen aus nem ATX Netzteil der 
von der Spannung her schon mal passen würde...

Autor: 0815 (Gast)
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Thyristor! Coil-/Railgun-Bastler machen das so...

Autor: Tom (Gast)
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Noch einer für Thyristor. Aber nicht irgendeinen, sondern möglichst 
einen, der den Strom des "Prüflings" auch aushält. Bei zu schwachen 
Schaltern fällt viel Spannung ab -> viel Leistung -> tot.

Das Gleiche gilt sinngemäß auch für FET, IGBT, bipolar oder was auch 
immer. Geeignet sind die prinzipiell alle.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Ich bin für IGBT.
Prinzipiell ist es aber egal, ob Thyristor, Mosfet oder IGBT.
Ich würde den nehmen, der kurzzeitig den meisten Strom liefern kann.
IGBTs sind oft kurzzeitig Kurzschlussfest. Mosfets sind eigentlich für 
kurze Stromimpulse ideal, allerdings arbeiten diese meist als 
Konstantstromquelle, wenn der Strom hoch ist, daher scheiden diese hier 
aus. Thyristoren sind auch kurzzeitig stark belastbar.

Autor: Düsentrieb (Gast)
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echt heftige switches: hier..
http://205.243.100.155/frames/pasley.html

Autor: Uwe Bonnes (Firma: TU Darmstadt) (uwebonnes)
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In einem Zuendgenerator ist mir nach wenigen Betaetigungen der Thyristor 
durchgebrannt. Ein 'Triggered Spark Gap' war dann das Mittel der Wahl.

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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"Normale" Halbleiter werden ohne Vorwiderstand durch das Entladen so 
großer Elkos sofort zerstört oder explodieren sogar. Alternativen wären 
Kaltkathoden-Schaltröhren oder ganz einfache Blitzröhren. Die sind da 
wesentlich unempfindlicher.

Jörg

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Jörg R. wrote:
> "Normale" Halbleiter werden ohne Vorwiderstand durch das Entladen so
> großer Elkos sofort zerstört oder explodieren sogar. Alternativen wären
> Kaltkathoden-Schaltröhren oder ganz einfache Blitzröhren. Die sind da
> wesentlich unempfindlicher.

Das ist relativ. Ich habe beides schon gesprengt, es hängt nur von der 
Energie ab.
Blitzröhren sind deshalb unempfindlicher, weil sie einen höheren 
Innenwiderstand haben. Bei einer U förmigen Blitzröhre habe ich bei 300V 
nur etwa 100A-200A gemessen.

880µF bei 400V sind 70Joule. Das ist schon eine Menge Energie, die worst 
case im Schalter verbraten wird. Die meisten Schaltfunkenstrecken, 
Thyristoren, IGBTs usw die für Normalverbraucher ohne weiteres 
erhältlich sind, werden damit überfordert sein. Ich denke man muss hier 
schon in Richtung speziellen Industrie Schaltern gehen.
Für Gasentladungsröhren ist die Spannung etwas an der unteren Grenze, da 
diese meist um die 50-100V Brennspannung haben, die dann auf jedenfall 
verheizt wird. Entsprechende Leistungstriacs sollte es bei Ebay ab und 
zu realtiv günstig geben. Auf jedenfall: Die Diode prallel zu den Elkos 
nicht vergessen, ansonsten explodiert dir bei einer Entladung in eine 
Induktivität die Elkos !

Autor: Snt Opfer (snt-opfer)
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...Und diese Diode sollte nicht unterdimensioniert sein !
Wenn die Spannung umschwingt, liegt im Idealfall (oder worst case, 
ansichts sache) nahezu die selbe Spannung an (mit gedrehter Polarität).
Daher muss die Diode genauso "stark" sein wie der Thyristor (oder 
welcher Schalter auch immer).

Etwas dämpfen lässt sich das mit einem Lastwiderstand in reihe zur 
Diode, als Strombegrenzung.

Autor: Magnus Müller (Gast)
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> Für Gasentladungsröhren ist die Spannung etwas an der unteren Grenze, da
> diese meist um die 50-100V Brennspannung haben, die dann auf jedenfall
> verheizt wird.

Die Energie wird so oder so verheizt, oder willst du damit andeuten, 
dass die Energie einfach so aus dem Elko verschwindet? ;)

Gruß,
Magnetus

Autor: Roland Z. (r-zimmermann)
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Weitere Möglichkeit aber ziemlich teuer. Wasserstoff-Thyratron, 
Schuricht hatte mal so was im Programm. Das sollte die Leistung 
abkönnen, ist aber sehr teuer...

Roland

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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@Benedikt K.

> Jörg R. wrote:
>> "Normale" Halbleiter werden ohne Vorwiderstand durch das Entladen so
>> großer Elkos sofort zerstört oder explodieren sogar. Alternativen wären
>> Kaltkathoden-Schaltröhren oder ganz einfache Blitzröhren. Die sind da
>> wesentlich unempfindlicher.
>
> Das ist relativ. Ich habe beides schon gesprengt, es hängt nur von der
> Energie ab.

Natürlich kann man mit genügend viel Energie alles sprengen. Mit 4 x 220 
µF ist der zu entladene Elko aber in der Größenordnung "normaler" 
Blitzelkos und wird weder eine Schaltröhre noch eine Blitzröhre 
sprengen.

> Blitzröhren sind deshalb unempfindlicher, weil sie einen höheren
> Innenwiderstand haben. Bei einer U förmigen Blitzröhre habe ich bei 300V
> nur etwa 100A-200A gemessen.

Da sich die Energie innerhalb von ms in Wärme umsetzt und in dieser Zeit 
keine nennenswerten Wärmeleitprozesse stattfinden, ist eher 
entscheidend, in welcher Materialmenge sich diese Energie verteilt und 
wie das Material auf die Temperaturerhöhung reagiert. Halbleiter sind 
deshalb so empfindlich, weil ihr "aktive" Volumen sehr gering ist und 
weil selbst kleinste (Zer)Störungen in der Kristallstruktur die gesamte 
Funktion des Halbleiters außer Kraft setzen.

> Auf jedenfall: Die Diode prallel zu den Elkos
> nicht vergessen, ansonsten explodiert dir bei einer Entladung in eine
> Induktivität die Elkos !

Bei EINER Entladung sicher nicht. Elkos können nur einen winzigen 
Bruchteil der zu ihrer Explosion nötigen Energiemenge speichern.

Jörg

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Magnus Müller wrote:
>> Für Gasentladungsröhren ist die Spannung etwas an der unteren Grenze, da
>> diese meist um die 50-100V Brennspannung haben, die dann auf jedenfall
>> verheizt wird.
>
> Die Energie wird so oder so verheizt, oder willst du damit andeuten,
> dass die Energie einfach so aus dem Elko verschwindet? ;)

Mit einer Schaltfunkenstrecke gehen rund 25% der Spannung und somit der 
Energie am Schalter verloren. Das ist recht ineffizient.

Jörg R. wrote:
> Natürlich kann man mit genügend viel Energie alles sprengen. Mit 4 x 220
> µF ist der zu entladene Elko aber in der Größenordnung "normaler"
> Blitzelkos und wird weder eine Schaltröhre noch eine Blitzröhre
> sprengen.

Wie du selbst schreibst: Es kommt auf das Volumen an, in dem die Energie 
frei wird. Kleinere Röhren habe ich schon mit weniger Energie gesprengt 
(OK, es war auch ein MP Kondensator, d.h. die Energie wurde in einer 
sehr kurzen Zeit frei.)

>> Auf jedenfall: Die Diode prallel zu den Elkos
>> nicht vergessen, ansonsten explodiert dir bei einer Entladung in eine
>> Induktivität die Elkos !
>
> Bei EINER Entladung sicher nicht. Elkos können nur einen winzigen
> Bruchteil der zu ihrer Explosion nötigen Energiemenge speichern.

Vielleicht nicht unbedingt explodieren, aber kaputt gehen schon. Solche 
Probleme treten bei Coilgunnern recht häufig auf.

Autor: Snt Opfer (snt-opfer)
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Mit paar mehr Dioden und doppelten Satz Elkos, könnte man die Spannung 
mit gedrehtem Vorzeichen auch wieder "einfangen".

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