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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Suche schnelle Kondensatorladeschaltung 12V->48V


Autor: Fabian B. (fabs)
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Hallo Leute,
 ich suche eine Schaltung mit der ich einen Kondensator von 10.000µF 
möglichst schnell (t <= 50ms) auf 48V aufladen kann. Als Quellspannung 
stehen 12V zur Verfügung.
Ich habe bisher nur den LT3751 gefunden, jedoch ist es schwierig für 
diesen einen passenden Flyback-Transformer (ca. 1:4) zu finden, der den, 
sich nach der im Datenblatt angegeben Formel ergebenden, Ipeak von über 
130A aushält.
Galvanische Trennung ist eigentlich nicht notwendig, aber Flyback 
scheint die beste Topologie zu sein dafür.
Im Datenblatt (http://cds.linear.com/docs/Datasheet/3751fa.pdf)  auf 
Seite 25 ist eine Beispiel-App, die einen 1200µF C in 700ms auf 500V 
aufläd. Das sind 150Ws, wohingegen ich "nur 12,5Ws speichern möchte, es 
sollte also machbar sein...
Die meisten "einfachen" Foto-Flash-Charger scheinen ungeeignet, da sie, 
je nach Transformer-Übersetzung, direkt auf 300-500V laden.

Zur "Not" könnte ich auch noch die Kapazität auf 4700µF verringern, viel 
weiter möchte ich aber ungern heruntergehen.

Kennt jemand alternative ICs, diskrete Schaltungsvorschläge, oder gute 
Quellen für Flyback-Transformer?

Gruß
Fabian

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Fabian B. (fabs)

> ich suche eine Schaltung mit der ich einen Kondensator von 10.000µF
>möglichst schnell (t <= 50ms) auf 48V aufladen kann. Als Quellspannung
>stehen 12V zur Verfügung.

Macht ~10A Ladestrom be konstantstromladung.

>Ich habe bisher nur den LT3751 gefunden, jedoch ist es schwierig für
>diesen einen passenden Flyback-Transformer (ca. 1:4) zu finden, der den,
>sich nach der im Datenblatt angegeben Formel ergebenden, Ipeak von über
>130A aushält.

Da hast du was falsches gerechnet.

>Galvanische Trennung ist eigentlich nicht notwendig, aber Flyback
>scheint die beste Topologie zu sein dafür.

Nö.


>Die meisten "einfachen" Foto-Flash-Charger scheinen ungeeignet, da sie,
>je nach Transformer-Übersetzung, direkt auf 300-500V laden.

Richtig.

>Zur "Not" könnte ich auch noch die Kapazität auf 4700µF verringern, viel
>weiter möchte ich aber ungern heruntergehen.

Was willst du damit denn machen?

>Kennt jemand alternative ICs, diskrete Schaltungsvorschläge, oder gute
>Quellen für Flyback-Transformer?

Nimm 4x 47.000uF @12V, lade die direkt an 12V und schalte die dann mitr 
Relais in Reihe. Ganz ohne DC-DC Wandler. ;-)

MfG
Falk

Autor: Fabian B. (fabs)
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@Falk: Ich dacht' mir schon, dass in der Rechnung was nicht stimmen 
kann... Aber Schaltregler (also was nicht als Modul fertig vorliegendes) 
sind Neuland für mich. Aber der Mensch ist ja lernwillig und lernfähig. 
;-)
10A sind aber schon ein ganz schöner Happen...auch für normale 
Boost-Topologien.
Was wäre denn deiner Meinung nach besser als Flyback? Hättest du einen 
konkreten Vorschlag?

Die Idee mit den 4x47mF und dann mit Relais umschalten ist gar nicht 
sooo blöd, aber ich will keine mechanischen Schalter verwenden... Und 
selbst da bräuchte ich ja schon 3 DPDT und 1 SPST Relais.

Ich will damit Brückenzünder zünden...die Spannung, damit die 
Reihenschaltung nicht schon bei 4 Stk am Ende ist und über 
Kondensatoren, damit ich nicht 4x12V Akkus brauche.

Gruß
Fabian

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Fabian B. (fabs)

>10A sind aber schon ein ganz schöner Happen...auch für normale
>Boost-Topologien.

Hast du eine Ahnung.

>Was wäre denn deiner Meinung nach besser als Flyback? Hättest du einen
>konkreten Vorschlag?

Flyback braucht man hier nicht unbedingt, ein einfacher Boost-Converter 
tuts auch.

>Ich will damit Brückenzünder zünden...

???

Und da muss man in 50ms nachladen?

>die Spannung, damit die
>Reihenschaltung nicht schon bei 4 Stk am Ende ist und über
>Kondensatoren, damit ich nicht 4x12V Akkus brauche.

Klingt konfus. Erklär mal was da abläuft.

MFG
Falk

Autor: avion23 (Gast)
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Ich habe bis jetzt still mit gelesen, weil ich etwas ähnliches brauche.
Ein Boost converter lässt sich nicht abschalten! Sobald U_out < U_in - 
0,7V ist wird der Strom nur noch durch Spulenwiderstand + Diode 
begrenzt. Das habe ich bei meiner Entladung durch Thyristor schmerzhaft 
feststellen müssen.

Unter http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/smps.html habe ich mir eine 
Topologie ausgesucht. Der Sperrwandler mit galvanischer Trennung schien 
geeignet. Bei mir wird das Ding aber in erster Linie warm (12W P_in). 
Das liegt daran, dass die Spule eine Spannung zurückinduziert statt die 
Leistung in den Sekundärkreis zu übertragen. Die Spannung wird dann von 
einem mosfet im avalanche betrieb abgebaut, was nicht so nett ist. Die 
Spule ist auf einem Ringkern selbst gewickelt, verhältnis ungefähr 2:1, 
Sättigung tritt (zum Glück) nicht auf, f=31kHz von einem atmega32 als 
P-Regler. Auf der Sekundärseite kommt etwas an, ja. Aber die Leistung 
ist durch die ~1W maximale Verlustleistung des Mosfets (ohne Kühlung) 
beschränkt.

Nur damit du schonmal weißt, wie es andere versucht haben (und 
gescheitert sind).

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  avion23 (Gast)

>begrenzt. Das habe ich bei meiner Entladung durch Thyristor schmerzhaft
>feststellen müssen.

;-)

>Unter http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/smps.html habe ich mir eine
>Topologie ausgesucht. Der Sperrwandler mit galvanischer Trennung schien

Das ist ein Flyback.

>geeignet. Bei mir wird das Ding aber in erster Linie warm (12W P_in).
>Das liegt daran, dass die Spule eine Spannung zurückinduziert statt die
>Leistung in den Sekundärkreis zu übertragen.

Sie tut beides. Wenn aber die Diode auf der Sekundärseite falsch gepolt 
ist . . . ;-)

>Spule ist auf einem Ringkern selbst gewickelt, verhältnis ungefähr 2:1,
>Sättigung tritt (zum Glück) nicht auf,

Wie gemssen?

> f=31kHz von einem atmega32 als
>P-Regler. Auf der Sekundärseite kommt etwas an, ja. Aber die Leistung
>ist durch die ~1W maximale Verlustleistung des Mosfets (ohne Kühlung)
>beschränkt.

Das sind wohl nur ein paar Fragmente.

>Nur damit du schonmal weißt, wie es andere versucht haben (und
>gescheitert sind).

Das sollte aber kaum der Stand der Technik sein. Aber Schaltregler baut 
man nicht mal fix.

MfG
Falk

Autor: Anon Ymous (avion23)
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>>geeignet. Bei mir wird das Ding aber in erster Linie warm (12W P_in).
>>Das liegt daran, dass die Spule eine Spannung zurückinduziert statt die
>>Leistung in den Sekundärkreis zu übertragen.
>
>Sie tut beides. Wenn aber die Diode auf der Sekundärseite falsch gepolt
>ist . . . ;-)

Oh... ich habe alle Möglichkeiten durch - dachte ich. Es ist eine fast 
recovery Si-Diode. Warm wird da nichts. Gibt es eine einfache Methode 
heraus zu finden, was ich da falsch gemacht habe? Welches Kabelende zu 
welcher Wicklung gehört habe ich sofort nach dem Wickeln vergessen.




>>Spule ist auf einem Ringkern selbst gewickelt, verhältnis ungefähr 2:1,
>>Sättigung tritt (zum Glück) nicht auf,
>
>Wie gemssen?

"Gemessen" mit Oszi: Spannungsabfall auf dem Steckbrett :) Sobald die 
Spule in die Sättigung kommt sollte die Spannung an mosfet-source 
ansteigen. Außerdem verändert sich die Stromaufnahme nicht sprunghaft 
sondern gleichmäßig über den gesamten duty cycle.

Übrigens: Das schöne am Steckbrett ist, dass man Kurzschlüsse sofort 
eingrenzen kann (blubernde Lache Kunststoff) und sie sich von alleine 
auflösen.

Sobald ich einen Programmer habe werde ich das Ding wieder reaktivieren. 
Dann mit eigenem thread und screenshots. Sorry @Fabian für's thread 
kapern.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Anon Ymous (avion23)

>Welches Kabelende zu
>welcher Wicklung gehört habe ich sofort nach dem Wickeln vergessen.

Einfach beide Polatitäten mit kleiner Last am Ausgang probieren. Und 
wenn du ein Oszi hast, kann man es im Betrieb messen. Der Strom fliesst 
bei richtiger Polung abwechselnd in der Primär- und Sekundärwicklung.

>"Gemessen" mit Oszi: Spannungsabfall auf dem Steckbrett :) Sobald die
>Spule in die Sättigung kommt sollte die Spannung an mosfet-source
>ansteigen.

Nöö, das ist nurt dann der Fall, wenn der MOSFET keinerlei Reserven 
bezüglich des Stroms hat. Hat er aber meist. Miss es richtig mit einem 
Shunt, z.B. im Sourcezweig des Mosfets.

> Außerdem verändert sich die Stromaufnahme nicht sprunghaft
>sondern gleichmäßig über den gesamten duty cycle.

Naja . . .

>Übrigens: Das schöne am Steckbrett ist, dass man Kurzschlüsse sofort
>eingrenzen kann (blubernde Lache Kunststoff) und sie sich von alleine
>auflösen.

Steckbrett und Schaltregler sind keine gute Kombination. Nicht nur wegen 
EMV, sondern auch Wackelkontakten und Stromspitzen.

MFG
Falk

Autor: Fabian B. (fabs)
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@Falk: Für programmierte Schuss-Sequenzen mit kurzem Abstand zwischen 
Auslösungen (z.B. Stepper-Sequenzen) sind die 50ms. Etwas Zeit geht ja 
noch für den Schuss an sich drauf.
Das Ziel ist es mit nur einem 12V Akku z.B. einen 20 Kanal Zünder mit 
48V Zündspannung zu haben. Jeder Zünder hat ca 1,5-2,5 Ohm und die 
brauchen 0,8-1A zum auslösen. Je nach Fall hat man auch mal ein paar 
mehr Zünder in Reihe, z.B. für längere Fronten. Bei 12V ist man halt auf 
ca. 5 Zünder in Reihe limitiert, das kann schonmal knapp werden.

Und für jeden Kanal einen eigenen Kondensator ist nicht nur teuer 
sondern auch platzintensiv.

Aber zurück zur Fragestellung: Kennst du erprobte Schaltungen die bei 
1:4 Spannungserhöhung 10A bringen können? Vielleicht mit den 
Simple-Switchern oder vergleichbaren Bausteinen?

Gruß
Fabian

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Fabian B. (fabs)

>Und für jeden Kanal einen eigenen Kondensator ist nicht nur teuer
>sondern auch platzintensiv.

Dann nimmt vier 12V Akkus. Einfacher gehts nicht. Die gibt es auch in 
klein mit 1,1Ah. Das reicht für ein Vorhaben locker. Schaltergler und 
dicker Kondendsator ist hier IMO nicht sinnvoll, der der Akku muss die 
10A auch bringen. D.h. du braucht einen Akku, der die hohe Pulsleistung 
von über 10A bringt. Und dei 10A sind SEKUNDÄRSEITIG am Elko. 
Primärseitg ist es deutlich mehr, eher so 30A++. Das braucht einen 
DICKEN Akku. Viel Aufwand für nix.

MFG
Falk

Autor: Fabian B. (fabs)
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Bei zentraler Energieversorgung ist das auch ok, jedoch bei kompakteren 
Empfängern (z.B. Funk-RX) ist das unpraktikabel. Aber dann haben die 
halt weniger Zündleistung :-|
Ich frag mich nur wie die Schaltung in "professionellen" Zündanlagen 
ausschaut...z.B. in den RX20K von Explo 
(http://www.explo.at/rx20k.html). Die werden aus einem kleinen 12V Akku 
versorgt und zünden über einen 10mF/50V C. Beim Einschalten hört man 
kurz (<2s) ein typisches "Kondensator-Lade-Geräusch" und dann nur noch 
periodisch ein kurzes Fiepsen. Min Zeit zwischen zwei Schüssen sind 
60ms.

Leider hab ich noch keine offene (oder öffnebare) in die Finger 
bekommen...

Gruß
Fabian

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Wird denn der 10000µF Elko bei jeder Zündung überhaupt komplett 
entladen? Ansonsten würde ja ein kleiner Stepup zum Nachladen reichen.

Autor: Jens G. (jensig)
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bei 1A Zündstrom, der ohnehin nur wenige ms dauert, wird doch solch ein 
C fast nicht entladen. d.h., Du mußt nicht ständig 10A hineinpumpen. 
Alle 50ms mal einen 4ms langen 1A-Impuls (4ms sind wohl so eine übliche 
Größe bei Zündern) - da reichen wohl (so als Ansatz, wenn ich keinen 
Denkfehler habe) 100mA Ladestrom im Schnitt aus.

Autor: Fabian B. (fabs)
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Nein, in 95% der Fällen wird er vermutlich nur zu einem ganz kleinen 
Teil entladen, das stimmt.
Bei 1A müssen die Zünder innerhalb von 10ms ansprechen.
Problematisch wäre es dann nur bei zwei grösseren Zünderketten in kurzer 
Folge hintereinander.

Ich denke ich werd mal ein paar Versuche mit'n paar Cs und nem kleineren 
Boost machen...

Nur die Neugier auf das "Wie machen's andere" bleibt ...

Gruß
Fabian

Autor: Hans Mayer (hansilein)
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>
> Nur die Neugier auf das "Wie machen's andere" bleibt ...
>
Na das wissen wir doch jetzt:
>Beim Einschalten hört man
>kurz (<2s) ein typisches "Kondensator-Lade-Geräusch"
Das heisst also sie benutzn eine Schaltung mit recht wenig Strom. sowas 
wie 250mA

Autor: Jens G. (jensig)
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was auch immer ein typisches "Kondensator-Lade-Geräusch" ist ... ;-)

Autor: Fabian B. (fabs)
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@jensig: Dieses höher werdende Fiepsen bekannt von Foto-Blitzen ;-)

Ich habe nochmal etwas nachgerechnet...liess mir irgendwo keinen Schlaf 
;-)

In einem C mit 10mF/50V sind 12,5Ws gespeichert.
Bei einem Auslösestrom vom 0,8A kann ich mit 50V maximal 62,5 Ohm 
"bedienen".
Für die Zünder sind 4mWs/Ohm Energie notwendig, das hiesse also ich 
bräuchte maximal (62,5 * 0,004)Ws = 250mWs.
Im Kondensator verblieben also 12,25Ws.
Um das "nachzufüllen" brauche ich einen Schaltregler der "möglichst 
schnell" 250mWs liefern kann.
Annahme: Vout = 50V, Imax = 100mA, wären also 5W Leistung bzw. je 
Sekunde 5Ws Energie. Um 250mWs zu liefern bräuchte dieser also 1/20s = 
50ms.

Ein Boost-Converter mit Imax = 100mA sollte demnach ausreichen um 
ausreichend Energie nachzuliefern um in schneller Folge mehrere 
(relativ) hochohmige Zünderketten auszulösen.

Ich hoffe mal ich habe jetzt nicht den grossen Rechenfehler gemacht, 
aber es ist eh nur eine Approximation.

Ich danke allen für die Denkanstöße!

Gruß
Fabian

Autor: Tom P (Gast)
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In aller Regel wirst du auch bei schnellen Stepsequenzen kein Problem 
bekommen, wenn du deinen Kondensator ausreichend dimensionierst. 
Allerdings ein Wort der Warnung: Der Spannungsabfall am Kondensator 
folgt ja einer e-Funktion, so dass die Spannung extrem schnell 
zusammenbricht, also bei nicht ausreichender Dimensionierung gerade für 
größere Serienschaltungen nicht mehr genügend Spannung da ist...
Aber: Insgesamt hat keine mir bekannte Anlage (Explo, Galaxis, Merlin, 
FireOne, Pyrodigital, Firemaster etc.pp...) einen entsprechend 
leistungsfähigen Wandler, um einen 10mF-Kondensator in 50ms aufzuladen, 
so schlimm wirds wohl nicht sein ;)

Allerdings sind meiner Erahrung nach nicht die hochohmigen 
Serienschaltungen vieler Anzünder das Problem, sondern vielmehr die 
niederohmigen, insbesondere von U-Anzündern, da hier in kurzer Zeit 
(bedingt durch den Widerstand) mehr Strom fließt, als der Anzünder 
unbedingt benötigt, also Energie "verschwendet" wird und auch ggf. noch 
leitfähige Reste an der Brücke übrig bleiben, die den Kondensator leer 
nuckeln, wenn nicht die Zündendstufe abgeschaltet wird.

Ich weiß ja nicht, wie du deine Zündendstufe (also die direkte 
Ansteuerung der Anzünder) aufgebaut hast, aber es gibt prinzipiell vier 
Möglichkeiten:

1. Mit direktem Strom aus einer genügend leistungsstarken Stromquelle

2. Mit einem Kondensator je Ausgang

3. Mit einem Kondensator für alle Ausgänge (siehe oben...)

4. Mit einer Kondensatorbank, die mehrere Kondensatoren unabhängig 
voneinander lädt und jeweils für den nächsten Zündimpuls auf den 
nächsten geladenen Kondensator schaltet (die anderen haben solange Zeit 
nachzuladen)

Bei einer Diodenmatrix als Ausgangsstufe kannst du auch die Schaltung so 
auslegen, dass die Wahrscheinlichkeit, zweimal den gleichen Kondensator 
direkt hinter einander zu erwischen relativ gering ist.

Bei näherem Interesse kannst du mich gern mal kontaktieren, ich habe da 
das ein oder andere Projekt auf diesem Gebiet hinter mir und noch ein 
paar vor mir ;)

Einfach Email an: thom-(gummibärchen)p(äääd)gmx.de (Zum Senden den 
Spamschutz (gummibärchen) entfernen, (äääd) durch Klammeraffe ersetzen - 
sonst gehts nicht ;) )

HTH,
Tom

Autor: Falk Brunner (falk)
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Könnte man nicht einfach eine Konstantstromquelle an den Ausgang 
bauen, dann spielt der wechselnde Widerstand keine Rolle.

MFG
Falk

Autor: peppi (Gast)
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Ja Stepup geht schon, wird in dieser Leistungsgröße vielleicht etwas 
mehr
Arbeit. Hab so was ähnliches schon mal gebaut, also 10 mF und 400 V, 
also
möglich ist es.
Die Seite von schmidt-walter ist leider so ziemlich das einzige 
Sinnvolle im
Internet.

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