Hallo,
ich habe zwei Fragen an euch bezüglich einem Buckconverter.
1 Frage:
Ich habe ja beim Buckconverter eine Spule.
Nun hat ja eine Spule beim Abschalten eine sehr hohe
Selbstinduktionsspannung, die ja z.B. bei einem Relais was mit einem
Transistor geschalten wird ohne Freilaufdiode den Transistor zerstören
würde.
Um jetzt die Induktionsspannung ich sag jetzt mal zu eliminieren, muss
ja der Strom die gelegenheit haben, dass er wieder in die Spule
hineinfließen kann.
Wenn ich mir die Schaltung vom Buckconverter anschaue, dann kann der
Strom ja nur über die Last und dann über die Diode wieder in den
Minuspol der Spule fließen (Siehe rote Markierung im Bild).
Habe ich das so Richtig verstanden?
2 Frage:
Die Spule die ich auch beim Buckconverter habe, da bin ich mir nicht
sicher, ob ich Verstanden habe wozu die eigentlich gut ist. Nach meinem
Verständnis ist ja die Ausgangsspannung beim Buckconverter vom Dutycycle
der PWM abhängig. Ohne Spule hätte ich ja am Ausgang eine
Rechteckspannung an der Last anliegen. Damit ich aber eine möglichst
gute Gleichspannung an der Last anliegen habe, verwende ich eine Spule.
Die Spannung an der Spule ist ja eine Dreiecksspannung. Der nachfolgende
Kondensator dient ja als Buffer und glättet auch gleichzeitg die
Spannung der Spule, somit bekomme ich eine ganz gute Gleichspannung am
Ausgang heraus.
Habe ich das Richtig verstanden?
SG
helpme91 schrieb:> Habe ich das so Richtig verstanden?
Ja hast du. Die Konsequenz ist: Ohne Last entlädt sich die Spule in den
Kondensator, dessen Spannung gegen unendlich ansteigt.
Deswegen schalten sich echte Spannungswandler bei überhöhter
Ausgangsspannung für eine Weile ab. Und deswegen brauchen sie eine
gewisse mindest-Last, um sauber zu funktionieren.
Ob du den Sinn der Spule verstanden, bin ich unsicher. Deine Aussagen
sind jedenfalls richtig.
Beim Einschalten baut sich in der Spule ein Magnetfeld auf, dass ein
Päckchen Energie speichert. Zugleich wird der Ausgangskondensator ein
bisschen geladen. Beim Ausschalten wird dieses Päckchen Energie durch
die Diode entladen und in den Kondensator übertragen.
Je länger der Schalter eingeschaltet ist, umso größer ist das
Energiepäckchen in der Spule. Aber: Wenn die Ausgangsspannung steigt,
dann sinkt die Differenz zur Eingangsspannung, also das was die Spule zu
sehen bekommt. Sie lädt sich mit weniger Energie auf. Dies führt
letztendlich dazu, dass die Ausgangsspannung (fast) nur vom
Tastverhältnis der PWM anhängt. In der Praxis ist es dann doch nicht so
ideal, deswegen verwendet man immer (glaube ich) einen Regelkreis mit
Feedback.
Jede Spule hat aber Grenzen, wie viel sie speichern kann. Wenn der
Schalter zu lange geschlossen bleibt, gerät die Spule in Sättigung und
verliert ihre Induktivität. Dann hat sie beinahe Null Ohm, so dass die
Eingangsspannung direkt zum Ausgang weiter geleitet wird, was man auf
keinen Fall zulassen will.
helpme91 schrieb:> Wenn ich mir die Schaltung vom Buckconverter anschaue, dann kann der> Strom ja nur über die Last und dann über die Diode wieder in den> Minuspol der Spule fließen (Siehe rote Markierung im Bild).
Soll er ja auch.
helpme91 schrieb:> Ohne Spule hätte ich ja am Ausgang eine Rechteckspannung an der Last> anliegen.
Ja.
> Damit ich aber eine möglichst gute Gleichspannung an der Last> anliegen habe, verwende ich eine Spule. Die Spannung an der Spule ist ja> eine Dreiecksspannung.
Nein, Strom, die Spule wandelt die im Rechteck springende Spannung in
einen dreieckförmigen Strom um.
> Der nachfolgende Kondensator dient ja als Buffer> und glättet auch gleichzeitg die Spannung der Spule, somit bekomme ich> eine ganz gute Gleichspannung am Ausgang heraus.
Der Kondensator macht aus dem Strom der Spule wieder eine Spannung, er
wird dreieckförmig aufgeladen und entladen, und glättet daher.
;
helpme91 schrieb:> ich habe zwei Fragen an euch bezüglich einem Buckconverter.> Ich habe ja beim Buckconverter eine Spule.> Nun hat ja eine Spule beim Abschalten eine sehr hohe> Selbstinduktionsspannung
Die Höhe der Induktionsspannung hängt von der Beschaltung ab. Beim
Buckkonverter sorgt die Freilaufdiode dafür, daß die Spannung an der
Drossel maximal bis auf die Größe der Ausgangsspannung (+
Dioden-Flußspannung) steigen kann.
> Wenn ich mir die Schaltung vom Buckconverter anschaue, dann kann der> Strom ja nur über die Last und dann über die Diode wieder in den> Minuspol der Spule fließen
Ja. Warum enthält dein Satz das Wort "nur"?
> Die Spule die ich auch beim Buckconverter habe, da bin ich mir nicht> sicher, ob ich Verstanden habe wozu die eigentlich gut ist.
Wie der Name "Speicherdrossel" schon sagt, ist die Spule (respektive das
Magnetfeld um die Spule) ein Energiespeicher. Wenn der Schalter
geschlossen ist, speichert die Spule Energie. Wenn der Schalter geöffnet
ist, gibt die Spule Energie (über die Freilaufdiode) an die Last ab.
> Nach meinem> Verständnis ist ja die Ausgangsspannung beim Buckconverter vom Dutycycle> der PWM abhängig. Ohne Spule hätte ich ja am Ausgang eine> Rechteckspannung an der Last anliegen. Damit ich aber eine möglichst> gute Gleichspannung an der Last anliegen habe, verwende ich eine Spule.
Und einen Kondensator am Ausgang!
> Die Spannung an der Spule ist ja eine Dreiecksspannung.
Nein. Die Spannung an der Spule ist eine Rechteckspannung. Und zwar
wechselweise positiv und negativ. Der Strom durch die Spule ist
dreieckig.
> Der nachfolgende> Kondensator dient ja als Buffer und glättet auch gleichzeitg die> Spannung der Spule
Der Kondensator am Ausgang nimmt die Differenz zwischen dem Laststrom
(konstant) und dem dreieckigen Spulenstrom auf. Dadurch glättet er die
Spannung am Ausgang.
Geh zu http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de/smps/abw_smps.html
Gib da ein paar Werte ein (z.B. 12V ein bei 5V aus und 1A Laststrom).
Dann bekommst du auch Diagramme für den Spulenstrom und (indirekt) die
Spulenspannung.
Also Frage 1 war ja Richtig.
Frage 2 nicht ganz.
Also liegt an der Spule die Rechteckspannung an und nur der Strom ist
Dreieckförmig. Der Kondensator wird dann mit dem Dreieckförmigenstrom
aufgeladen. Somit habe ich dann am Kondensator eine geglättete
Gleispannung mit einem geglätetten Gleichstrom der durch meine Last
fließt. Im Prinzip findet hier eine Glättung statt wie nach einem
Gleichrichter, nur das der Kondensator nicht durch einen pulsierenden
Strom sondern durch einen Dreieckförmigen Strom geladen wird.
Jetzt sollte es passen?
Stefan ⛄ F. (stefanus)
>helpme91 schrieb:>> Der Kondensator wird dann mit dem Dreieckförmigenstrom aufgeladen.>Nein, denn der Kondensator verändert den Stromverlauf wiederum.
Dreieck ist ja ohnehin nur eine Näherung.
Aber da der C während einer Periode kaum seine Spannnung ändert, ändert
sich auch nicht viel am Dreieck.
helpme91 schrieb:> Nun hat ja eine Spule beim Abschalten eine sehr hohe> Selbstinduktionsspannung,
Sie erzeugt einen Strom bestimmter und abnehmender Höhe. Die Spannung
ist offen und ergibt sich daraus über die Beschaltung. Dem Verständnis
ist also besser gedient, wenn man vom Strom ausgeht, nicht von der
Spannung.
Daumenregel: Nimmt man einen Kondensator und tauscht die Rollen von
Spannung und Strom, erhält man eine Spule.
Jan (Gast)
>Mir fehlt noch der Hinweis, warum genau aus der Rechteck Spannung ein>Dreieck Strom wird, das folgt nämlich direkt aus der DGL der Spule:>U=L*dI/dt
Tja, aber nicht aus der DGL einer realen Spule ;-)
helpme91 (Gast)
>Siehe Grafik.
Sieht irgendwie falsch aus ...
helpme91 schrieb:> Also liegt an der Spule die Rechteckspannung an und nur der Strom ist> Dreieckförmig. Der Kondensator wird dann mit dem Dreieckförmigenstrom> aufgeladen.
Nein.
Der dreieckförmige Strom liegt mal unter und mal über dem Laststrom. Die
Differenz geht in den Kondensator. Der wird also mal geladen und mal
entladen. Schau dir die Diagramme bei Schmidt-Walter an. Da kannst du
das direkt sehen.
Sowohl mit als auch ohne den Ausgangskondensator ensteht am Ausgang eine
Spannung mit dreieckigem Verlauf (einfach einen konstanten
Lastwiderstand annehmen, dann folgt das direkt aus U=I·R). Der
Kondensator verringert die Größe des Dreiecks aber signifikant. Das ist
vor allem dann wichtig, wenn der Spulenstrom bis auf 0 fallen kann
(lückender Betrieb). Ohne Kondensator würde dann auch die
Ausgangsspannung bis auf 0 fallen.
Moin,
Ich wuerd' mal dazu raten, dass wenn die Sache mit der Spule noch nicht
so richtig sitzt, man nicht noch viele Extrabaustellen mit Kondensatoren
und nichtidealen Bauteilen aufmachen sollte.
Sondern erstmal im ersten Bild die Parallelschaltung von R und C durch
eine ideale Spannungsquelle (hier eigentlich eher Senke) ersetzen
sollte. Die dann halt die Leistung nicht liefert, sondern verbraucht.
Spule, Schalter und Diode sind auch erstmal alle ideal.
Sich dann ueber die Verlaeufe des Spulenstroms und der Spannung ueber
der Spule im Klaren werden sollte. (Ueber einer idealen Spule faellt
keine Gleichspannung ab, das nicht zu verdraengen hilft ungemein).Daraus
folgt dann das noetige Tastverhaeltnis, etc. bla.
Und erst wenn das alles sitzt, dann kann man mit Faxen wie
Spulensaettigung, Sieb-Cs, Last-Rs, und allen anderen Widrigkeiten des
Alltags anfangen.
Gruss
WK
Jan schrieb:> Jens G. schrieb:> Tja, aber nicht aus der DGL einer realen Spule ;-)>> Und da integriert die Spule nicht mehr den Strom?
Mist, anders Rum. Die Spule integriert die Spannung.
Hehehe schrieb:> Was ist denn Buck Konverter?> Nennt man das nicht Schaltnetzteil?
Die Beiden Begriffe sind wie Kipplaster versus LKW. Findest du die
Wikipedia selber oder soll jemand für dich persönliche eine Abschrift
aus dem Lexikon machen?
Hehehe schrieb:> Was ist denn Buck Konverter?> Nennt man das nicht Schaltnetzteil?Hehehe schrieb:> To fragt nach Buck Konverter und als Antwort ein Link zum> Schaltnetzteil. Lustig!
Merkst du was? Ich schon, und das ist traurig.
Jan (Gast)
>Jan schrieb:>> Jens G. schrieb:>> Tja, aber nicht aus der DGL einer realen Spule ;-)>>>> Und da integriert die Spule nicht mehr den Strom?>Mist, anders Rum. Die Spule integriert die Spannung.
Ich hatte auf das Dreieck angespielt, was zwar annähernd auch real gilt,
aber nicht exakt (wegen dem immer vorhandenen ohmschen R, wenn man nicht
gerade Supraleiter nimmt)
Stefan ⛄ F. schrieb:> helpme91 schrieb:>> Habe ich das so Richtig verstanden?>> Ja hast du. Die Konsequenz ist: Ohne Last entlädt sich die Spule in den> Kondensator, dessen Spannung gegen unendlich ansteigt.>> Deswegen schalten sich echte Spannungswandler bei überhöhter> Ausgangsspannung für eine Weile ab. Und deswegen brauchen sie eine> gewisse mindest-Last, um sauber zu funktionieren.
Im Prinzip ist deine ganze Antwort sehr gut, aber ich denke mit der
Spannung unendlich liegst Du beim buck converter (Tiefsetzsteller,
Abwärtswandler) falsch. Es wird sich durch einen Einschwingvorgang eine
Spannung einstellen, die evtl. höher als die Eingangsspannung ist (sehr
verlustarme Bauelemente vorraussgesetzt) aber im ohne Last wird die
Spannung im stationären Zustand maximal gleich der Eingangsspannung sein
(selbst bei niedrigen Verlusten) und normalerweise ist der Peak der
einschwingenden Spg. (glaube ich) kleiner als zweimal die
Eingangsspannung. Einzige Ausnahme, die diesbezüglich vorstellbar wäre,
dass die Schaltfrequenz so niedrig ist, dass man die Resoanzfrequenz des
Ausgangsfilters genau trifft (aber diese ist bei sinnvoller Auslegung
immer deutlich niedriger als die Schaltfrequenz).
Nichts desto trotz hast Du natürlich recht, dass man ein
Spannungsbegrenzung vorsehen sollte und wenn man andere Wandler wie
boost oder flyback (Sperrwandler) betrachtet, dann würde hier in der Tat
die Spannung sehr stark ansteigen (bis etwas explodiert).
Gruß DC/DC
DC/DC schrieb:> Es wird sich durch einen Einschwingvorgang eine> Spannung einstellen, die evtl. höher als die Eingangsspannung ist
Stimmt, viel mehr kann es nicht werden. Ich habe diesen Part tatsächlich
mit dem Buck Converter verwechselt.
Vergiss kurz die "sehr hohe Spannung" und betrachte nur den Strom.
"An Induktivitäten, Ströme sich verspäten".
Will sagen: bei Anlegen der Spannung an die Spule (der Schalter im Bild)
steigt der Strom in der Spule an - langsam.
Beim Stoppen der Energiezufuhr (Schalter geöffnet) sorgt die Spule
dafür, dass weiter ein Strom fliesst.
Wenn der nirgends hin kann (offen statt Stromkreis) , dann treten genau
die berüchtigten hohen Induktionsspannungen auf (mit denen man dann z.B.
Zündfunken erzeugen kann).
Gleiches gilt, wenn von nirgendwo Elektronen nachgeliefert werden können
(also auch wieder offen statt geschlossener Kreis)
Das ist der Sinn der Diode: die lässt bei Schalter-offen den Strom in
die Spule zu, schliesst den Kreis für den Strom.
Der Strom fliesst also weiter und lädt den Kondensator am Ausgang bzw.
betreibt die Last des Reglers.
Die auftretenden Spannungen ergeben sich einfach aus der Spulengleichung
u = L * di/dt.
Das macht auch die hohen Induktionsspannung klar, wenn man den
Stromfluss plötzlich rüde unterbricht, also die Ableitung des Stromes
di/dt eine massive Spitze hat...
hase
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