Hallo,
ich habe eine PWM Steuerung für eine 35V 2A LED, die mit einem NMOS
geschaltet wird. Jetzt frage ich mich, was ein sauberer Eingangspegel
wäre. Ideal wäre natürlich genau 35V, was aber wegen der Induktivität
nicht möglich ist. Deshalb wollte ich die Eingangsspannung glätten. Dazu
habe ich folgende Fragen.
Erste Frage: Lasse ich den Kondensator ganz weg, habe ich Vpp=12V. Die
LED leuchtet aber natürlich trotzdem. Wozu macht man also das ganze?
(Bitte hier keine ironischen/zynischen/sarkastischen Antworten. Ich
kenne euch doch!!!)
Zweite Frage: Nehme ich einen 10uF Kerko, habe ich noch Vpp=3V.
Allerdings schwingt er ziemlich stark, wenn der NMOS sperrt. Ein Elko
mit 20uF schwingt überhaupt nicht und hat Vpp=600mV. Wieso ist das so?
Letzte Frage: Was ist ein vernünftiger Vpp Wert?
Die Sprache der Elektronik ist der Schaltplan. Zeichne mal einen, damit
man deinem Geschreibsel folgen kann.
Und zeichen dort auch ein, zwischen welchen Punkten du die Spannungen
misst, von denen du geschrieben hast.
Also warum ein Kerko generell schwingt und ein Elko nicht sollte sich
auch ohne dass ich einen Schaltplan anfertige beantworten lassen (ich
tippe auf ESR) und was ein zulässiger Vpp Wert wäre ebenso. Letzteres
lernt man wohl nur in einem Studium für EMV.
Nur grob zu deinen GEdanken:
Die Ledspannung von 35V stellt sich ja je nach Strom ein, also deine
idealen 35V, das stimmt so nicht, ideal 2A würde ich sagen, aber das hat
nooch nichts mit deiner Frage zu tun.
Schaltplan ist glaube ich doch notwendig, es kommt nicht so raus ob du
den Kondensator parallel zur Led schalten willst oder wirklich
Eingangsseitig, und wieso vergleichst du einen 10u mit einem 20u, wenn
dann muss man doch gleiche Werte vergleichen und eigentlich merke ich
während dem schreiben dass sich mehr Fragen auftun als Antworten, ich
schicks trotzdem mal ab :)
Timmy schrieb:> Naja ich versuchs mal:
danke
Timmy schrieb:> Nehme ich einen 10uF Kerko, habe ich noch Vpp=3V.> Allerdings schwingt er ziemlich stark, wenn der NMOS sperrt. Ein Elko> mit 20uF schwingt überhaupt nicht und hat Vpp=600mV. Wieso ist das so?
Was den unterschiedlichen Ripple angeht: der Kerko hat bei 35V
Vorspannung möglicherweise nur noch 2µF (von den nominellen 10µF)
wirksam. Damit wird der Ripple größer als bei 20µF Elko. Was für eine
Bauform/Spannungsfestigkeit hat denn der Kerko?
Was die Schwingung angeht: hast du mal einen Screenshot? Und was für
einen Elko setzt du denn ein (wie groß ist z.B. der ESR, und liegt seine
Eigenresonanz unterhalb oder oberhalt der Schwingfrequenz)?
Achim: Das ist gut möglich. Das mit dem DC-Bias habe ich ganz vergessen.
Er ist für 50V freigegeben. Der Elko ist genau gesagt ein 27uF EKZN Elko
in den Maßen 5x11mm. Er hat laut DB einen ESR von 400mOhm. Die
Schwingfrequenz liegt bei 140kHz und nach vier Druchläufen ist die
Dämpfung so gross, dass man sie nicht mehr sieht.
Peter: Die 35V kommen direkt vom Ausgang eines Festspannungsnetzteils.
Schliesse ich ein Labornetzteil an, sieht es identisch aus.
Timmy schrieb:> Die 35V kommen direkt vom Ausgang eines Festspannungsnetzteils.
Dann stimmt Dein Schaltplan nicht.
Ich kenne kein 35V-Netzteil, wo nach 1m Kabel nur noch 12V übrig sind.
Timmy schrieb:> Ideal wäre natürlich genau 35V, was aber wegen der Induktivität> nicht möglich ist.
Da ist keine Induktivität im Schaltplan.
Timmy schrieb:> Mit Induktivität meine ich den Leitungsbelag.
???
Timmy schrieb:> Und woher hast du> jetzt auf einmal 12V?Timmy schrieb:> Lasse ich den Kondensator ganz weg, habe ich Vpp=12V.
Timmy schrieb:> Er ist für 50V freigegeben.
Gehäusegröße 1206? Im Anhang ist exemplarisch ein Kurve der
Spannungsabhängigkeit für so einen. Dein Elko hat also mehr als eine
Größenordnung höhere Kapazität als dein Kerko.
Timmy schrieb:> Der Elko ist genau gesagt ein 27uF EKZN Elko> in den Maßen 5x11mm. Er hat laut DB einen ESR von 400mOhm. Die> Schwingfrequenz liegt bei 140kHz und nach vier Druchläufen ist die> Dämpfung so gross, dass man sie nicht mehr sieht.
Das Nachschingen kommt aus einer Resonanz von Kondensator und
(Leitungs)induktivität. Wenn der Kerko effektiv 1,5µF hat ergibt das
rechnerisch eine Leitungsinduktivität von 0,8µH. Das hast du bei Leitung
im m-Bereich schnell zusammen, selbst wenn Hin- und Rückleitung eng
beieinander liegen.
Die 4 Nachschwinger siehst du mit dem Kerko? Das gibt auf die Schnelle
mit LTSpice ausprobiert einen Dämpfungswiderstand von 200mOhm. Wenn das
gegen 27µF mit zusätzlichen 400mOhm getauscht wird, bleibt vom
Nachschwingen nix übrig.
Peter D. schrieb:> Die Preisfrage bleibt, wo kommen die 35V überhaupt her?
Vermutlich zur Hälfte von einem ungeeigneten Messaufbau und zur anderen
von der Leitungsinduktivität...
Dazu gabs auch kürzlich einen Artikel in der Elektronikpraxis[1]. Durch
den geringen ESR der Keramikkondensatoren können lange Zuleitungen
ziemliche Spannungsspitzen erzeugen. Der abrupt endende sehr hohe
Ladestrom gefällt der Leitungsinduktivität gar nicht. Aus 20V werden
schnell 35V. Selbst Low-ESR-Elkos liegen da noch Größenordnungen drüber
und dämpfen die Spannungsspitzen durch Leitungsinduktivität ausreichend.
Und ich vermute, PWM ist soetwas wie Ein- und Ausschalten. Wenn ich mir
die Datenblätter von LED-Reglern ins Gedächtnis rufe, (LM3410!?) steht
dort auch etwas von einem Kondensator zur Ripple-Minderung. Dort wird
allerdings kürzestmögliche Leitung zum Regler gefordert.
[1] http://www.elektronikpraxis.vogel.de/analogtechnik/articles/548706/
noch ein bisschen Senf.
Man betreibt keine LEd direkt an Spannung, ohne Vorwiderstand, bei
deinem 2A Typ wäre wohl eine Konstantstromquelle angebracht, weil 2 A
will man nicht mehr in einem Widerstand haben.
Aber wie sooft führen viele Wege nach Rom und die Led leuchtet ja, also
wenn dus einfach haben willst lässt ud alles so bis der statistische
Ausfall zuschlägt und das tut er einfach immer :) die Frage ist nur
schneller oder langsamer
Danke Achim. Das hat mir wirklich sehr geholen. Mir ist auch schon in
anderen Beiträgen aufgefallen, dass deine Ausführungen immer sehr
ausführlich und hilfreich sind. Daran sollte sich mal manch einer eine
Scheibe abschneiden.
Danke Boris. Der Artikel war auch sehr hilfreich.
Eine Frage ist jedoch noch offen. Kann ich mich jetzt mit einem billigen
Kerko zufrieden geben und die Schwingung "ist halt so", weil wir hier ja
keinen Schönheitswettbewerb der Oszillogramme gewinnen wollen, oder gibt
es ein gewichtiges Argument, doch lieber einen Elko zu verwenden?
Timmy schrieb:> Ist die Frage zu speziell?
Die Antwort hängt zu stark von uns unbekannten Randbedingungen ab.
Du könntest vielleicht sogar noch ein paar Cent sparen und gar keinen
Kondensator verwenden - die LEDs leuchten ja auch so. Und ins EMV-Labor
musst du mit deinem Aufbau ja wahrscheinlich nicht.
Ich persönlich würde für so einen (Einzel?)-Aufbau die Lösung wählen,
die mir am besten vorkommt. Die Bewertungsskala dafür würde ich in
diesem Fall tatsächlich am "Schönheitspreis des Oszillogramms"
festmachen, und Zusatzkosten von ~1€ würden mich nicht schrecken.
Wenn ich gezwungen wäre, den letzten Cent rauszuquetschen, weil es z.B.
in hohen Stückzahlen produziert wird, dann würde ich eine detaillierte
Analyse von Vor- und Nachteilen und akzeptierbaren Überschwingern machen
(und mich nicht auf ein Stimmungsbild aus dem Forum verlassen).
Ist halt einfach die Frage wo deine Prioritäten bei dieser
Schaltungsentwicklung liegen.
Achso da gibt es keine "Best Practice" Regeln? Bei meiner Bastellösung
mit Stückzahl 1 ist es mir natürlich auch Wurscht, ob ich jetzt da einen
2cm³ Elko dranklatsche oder einen kleinen 0805er Kerko. Aber man will ja
auch was lernen und deshalb bin ich halt neugierig, wie es die Profis so
machen. Aber wahrscheinlich läuft es da auch meistens so "LED brennt,
Produkt marktreif, nächstes Produkt entwickeln."
Timmy schrieb:> Aber wahrscheinlich läuft es da auch meistens so "LED brennt, Produkt> marktreif, nächstes Produkt entwickeln."
Da irrst du. Der Profi plaziert Kondensator und FET direkt neben die
LED. all problems solved.
Deine Stückzahl ist auch wenig entscheidend dafür, dass du einen
Störstrahler mit 2m Antenne gebaut hast.
Timmy schrieb:> Aber wahrscheinlich läuft es da auch meistens so "LED brennt,> Produkt marktreif, nächstes Produkt entwickeln."
Solche Produkte gibt es. Andere auch, die dann meist etwas mehr kosten.
Die konkrete Lösung hängt wie gesagt von den Prioritäten der Entwicklung
ab.
Timmy schrieb:> Aber man will ja> auch was lernen und deshalb bin ich halt neugierig, wie es die Profis so> machen.
Um etwas zu lernen könntest Du ja mal mit folgende Massnahmen
experimentieren:
- Kerko vergrößern/mehrere parallelschalten,
- ESR des/der Kerkos künstlich durch einen Serienwiderstand erhöhen, um
die Schwingung zu bedämpfen.
Warum nicht einfach einen so knapp bemessenen FET, der bei der
Überschwingung direkt in den Avalanche geht? Dadurch wird die
überschüssige Energie wenigstens noch genutzt? Oder habe ich hier einen
Denkfehler?
Timmy schrieb:> Dadurch wird die> überschüssige Energie wenigstens noch genutzt?Timmy schrieb:> Und mit genutzt meine ich nicht, dass damit der FET gebraten wird!
Sondern? Dass er sanft angewärmt wird und als Raumheizung dient?
Was den FET angeht würde ich vielleicht mal den Spannungsverlauf an
dessen Drain auschauen (bisher haben wir ja die Spannung am Kondensator
vor der LED gesehen). Wenn die Drainspannung wirklich durch die
parasitäre Induktivität des LED-Kreises hochgetrieben wird und du die
Energie nutzen wolltest, dann wäre eine Freilaufdiode die übliche
Maßnahme.
