guten abend, ich habe ein problem beim verstehen eines stepup wandlers.. die einfachen versionen im netz die die spannung ungefähr verdoppeln verstehe ich. aber wie ist es möglich mit nur einer spule die spannung mehr als zu verdoppeln? die spule kann doch nur die gleiche spannung erzeugen wie es auch die eigentliche spannungsquelle vermag, oder nicht? :/ auf seite 15 (2V to 24V) ist die schaltung an der ich brüte... http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX1771.pdf
ganz einfacher versuch: schnapp dir ein kleines relais ohne freilaufdiode, zwei kabel an die spule gehalten, 12V dran, finger unten auf die kontakte und dann einen draht abziehen. nicht netzteil abschalten, sondern draht abziehen.
schon klar da entsteht recht viel spannung... aber warum?? warum verhält sich das nicht wie hier? http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/thumb/1/1a/Auf-_und_Entladung_Spule.png/360px-Auf-_und_Entladung_Spule.png und wie berechnet man die spannung die beim abziehen entsteht...fragen über fragen :/
Eine Spule speichert Energie in seinem magnetischen Feld. Wenn man den Strom abschaltet versucht die Spule ihre Energie wieder los zu werden, gelingt dies nichtso einfach, steigt die Spannung bis es klappt. Ein gutes Beispiel ist die Zündspule beim Otto-Motor.
die freilaufspannung geht in der theorie gegen unendlich. in der praxis steigt sie so weit bis parasitäre kapazitäten die energie aufgenommen haben oder im fehlerfall die isolation durchschlagen wird. ein kleiner teil wird auch in form von HF abgestrahlt. im extremfall kommt es zu einer korona-entladung und spätestens dann wird die spule ihre energie auch los.
es steigt nicht nur die spannung bis es klappt es ist viel mehr so das der strom in der spulte stetig ist! somit MUSS der selbe strom in der Spule weiter fließen bzw. leicht abklingend sein (im Zeitpunikt t+=0 ist er der selbe) d.h. die spule wird vom verbraucher zum generator, einfach ausgedrückt, das erzeugte mag. Feld wirkt dann als zeugende Kraft. D.h. die Spannung erhöhrt sich bis der Strom fliesen kann. Wie man so ewas rechnet. dU = dPhi/dt bzw. kannst natürlich auch maxwell ran ziehen g mehr dazu hier: http://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Induktion
wie lässt sich denn dann die output spannung steuern? ich hatte bis dato angenommen das die spule die spannung halt verdoppelt und der schaltzyklus von der spulengröße abhängt... was ja reichlich falsch zu sein scheint :/
habe eine interessante seite gefunden, die mich etwas weiter gebracht hat http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/aww_smps.html
könnt ihr euch denn nicht mal brauchbare nicks zulegen damit man euch auseinanderhalten kann? Oo die spannung an der spule wird durch die weiteren bauteile begrenzt. eine freilaufdiode schließt die spule sogar kurz bzw. begrenzt die spannung auf 0.6V bei einem step-up wandler ist die spannung nach dem abschalten transistors höher als die ausgangsspannung, daher fließt der strom durch die diode in den ausgangsseitigen siebelko und die spannung an der spule wird auf das niveau der ausgangsspannung begrenzt (plus 0.6V für die diode bevor ganz schlaue kommen). > ich hatte bis dato angenommen das die spule die spannung halt verdoppelt > und der schaltzyklus von der spulengröße abhängt... was ja reichlich > falsch zu sein scheint :/ hast du wirklich kein relais zur hand? such doch mal in der bastelkiste da muß doch eines zu finden sein!
>hast du wirklich kein relais zur hand?
nö habe ich nicht...ich wüsste auch nicht was mir das bringen sollte :/
aber ich komme vorran...langsam nährt sich das eichhörnchen..oder so ^^
> ich wüsste auch nicht was mir das bringen sollte :/
naja es würde mit einem schlag dein verständnisproblem beseitigen! ;)
was mir noch nicht klar ist, ist folgendes: die spule versucht ihre energie so schnell wie möglich los zuwerden, dazu hebt sie die spannung immer weiter an wodurch der strom immer größer wird. aber was verzögert die entladung? was verhindert die sofortige augenblickliche entladung der induktivität?
>aber was verzögert die entladung? was verhindert die sofortige >augenblickliche entladung der induktivität? Das ist die Kapazität. Hätten die Spule und die daran angeschlossene Last eine Kapazität C = 0 F, dann würde die Spannung an der Spule nach dem Trennen mit Lichtgeschwindigkeit divergieren. Schön wär's! ;-) Ein Step-Up-Wandler läd denn auch eine Kapazität auf: Die im Magnetfeld einer Spule gespeicherte Energie beträgt Ei = 1/2*L*I² L = Induktivität der Spule I = Strom Im elektrischen Feld eines Kondensators ist die Energie Ec = 1/2*C*U² enthalten C = Kapazität U = (Lade-)Spannung Und weil der Energieerhaltungssatz weiterhin große Mode ist, dürfen wird im verlustfreien Fall gleichsetzen und nach U auflösen: U = sqrt (2Ei/C) Gruß, Arno
das heißt die ausgangsspannung ist stark abhängig von der größe des ausgangskondensators?
das heißt als wenn man verschiedene spannungen haben möchte, muss man die spule nur verschiedend nah an die sättigung führen, damit erhält man verschiedend hohe ströme, was sich wieder auf U_out auswirkt. ist das so richtig?
>das heißt die ausgangsspannung ist stark abhängig von der größe des >ausgangskondensators? Pro Schaltzyklus, ja. Deshalb muss das Ding geregelt werden (ansonsten steigt die Spannung am Kondensator immer weiter, bis irgendwas durchbricht). Aber bedenken: Die im Kondensator gespeicherte Energie wächst quadratisch mit der Spannung. Wie stark die Spannung am C ansteigt, hängt also auch davon ab, auf welche Spannung er bereits aufgeladen ist. Gruß, Arno
macht sinn..die kapazität des kondensators nimmt ja immer weiter ab wenn ich ihn nicht leere das regeln stelle ich mir allerdings recht schwierig vor :/ man müsste ja das tastverhältnis den gegebenen umständen anpassen...
>macht sinn..die kapazität des kondensators nimmt ja immer weiter ab wenn >ich ihn nicht leere Das wollen wir nicht hoffen, auch wenn's bei ELKOs zutrifft, es hat üüüüüberhaupt nichts mit dem zu tun, was ich geschrieben habe. Ich dachte an halbwegs KONSTANTE Kapazitäten. >das regeln stelle ich mir allerdings recht schwierig vor :/ man müsste >ja das tastverhältnis den gegebenen umständen anpassen... In der Tat. Das hat aber schonmal wer gemacht und das Ergebnis "Schaltnetzteil" genannt. Gruß, Arno
gast schrieb:
> die spule versucht ihre energie so schnell wie möglich los zuwerden
Nein. Sie versucht den bisherigen Strom in Richtung und Grösse aufrecht
zu erhalten.
Eselsbrücke: Wenn man bei einem Kondensator die Rollen von Spannung und
Strom vertauscht, dann wird eine Spule draus. Ungefähr.
> Eselsbrücke: Wenn man bei einem Kondensator die Rollen von Spannung und > Strom vertauscht, dann wird eine Spule draus. Ungefähr. Oder man stelle sich die Spule als Schwungrad vor. Ungefähr.
..oder den Schwingkreis als Federpendel, mit L als Masse m und 1/C als Federhärte D. In Mechanik "übersetzen" hilft manchmal. Gruß, Arno
ok das habe ich denke ich verstanden. wie würde man sowas denn dann regeln? sodass es nicht mit einem zerstörten kondensator endet? bzw. wie machen fertige step up regler so etwas? schalten die einfach den prozess komplett ab und an? oder sitzen da "richtige" regler drin die das tastverhältnis verändern?
>In der Tat. Das hat aber schonmal wer gemacht und das Ergebnis >"Schaltnetzteil" genannt. was passiert eigentlich wenn man bei solchen baugruppen die spule stark überdimensioniert? das dürfte doch in einer arg großen vorhalte zeit enden... bringt sowas diese bauteile aus dem regel tritt? sprich in schwingung?
in schaltnetzteilen ist heute fast immer eine echte PWM-regelung drin. frequenzregelung ist eher selten weil diese beim betrieb mit wenig last im hörbaren bereich arbeiten kann. das ist natürlich nicht erwünscht. kommt halt auf den regler an. die spule bekommst du nicht so stark überdimensioniert, daß die regelung nicht mehr korrekt arbeitet. bei einer festen betriebsfrequenz wird die regelung das ding einfach in dem bereich des tastverhältnisses steuern in dem es funktioniert. kritischer sind zu kleine spulen. geht der kern in sättigung ist nur noch der ohmische widerstand der wicklung wirksam und es zerreißt meistens sofort den schalttransistor. aber zu große... wirkt sich höchstens auf den wirkungsgrad aus, die korrekte spannung am ausgang wird das ding trotzdem bringen.
ok, dann stehe ich jetzt nur noch vor dem problem...wie baut man so ein teil als privat person? möglichst günstig versteht sich... die anleitung die ich gefunden habe kauft alles bei farnell und co ein wo man als privat person ja scheinbar nix bekommt :/ mal abgesehen davon das ich 9€ für den max1771 "etwas" teuer finde... http://www.desmith.net/NMdS/Electronics/NixiePSU.html#design
wer suchet der findet... habe jetzt eine schaltung auf basis des mc34063 gefunden die für meine zwecke gehen sollte. und vorallem günstig und beschaffbar ist :) http://www.stefankneller.de/elektronik/nixieuhr/nixiebauanleitung.html
>Nun steigt dieser Sägezahnstrom aber während der Spulenladung (ON) von 0 >ausgehend gleichmäßig an. D.h. der Strom steigt von 0A am Anfang der >ON-Zeit auf einen Maximalwert an deren Ende. Dieser Maximalwert (also die >Sägezahnamplitude) sollte nicht zu groß sein, da ansonsten die ohmschen >Verluste in der Spule durch den hohen Spitzenstrom ansteigen. In unserem >Beispiel sei er 6A. Der Sägezahndurchschnitt liegt dann bei 3A, und der >DC-Strom muß 5 A betragen (8A=3A+5A) quelle:http://www.sprut.de/electronic/switch/schalt.html#up kann mir jemand diesen satz erklären? was mir nicth klar ist, ist: I_spule setzt sich aus einem DC und einem AC anteil zusammen.. der AC anteil ist klar wie der zustande kommt, aber der DC Anteil ist mir nicht klar. erzeugt die spule den selber? und woher weiß ich wie groß der ist? in dem text ließt es sich als würde der sich aus 8A - AC selber einstellen...
Es gibt 2 Betriebsarten bei solchen Schaltreglern: lückenden und kontinuierlichen Betrieb. (1) Lückender/diskontinuierlicher Betrieb: In jedem Schaltzyklus sinkt in der Abschaltphase der Spulenstom auf Null. Der mittlere Spulenstrom ist dabei also <= Imax/2. (2) Kontinuierlicher Betrieb: Der Spulenstrom sinkt nie auf Null, weil die Abschaltzeit dazu nicht ausreicht. Diese Betriebsart stellt sich bei gegenüber (1) erheblich grösser dimensionierter Induktivität ein und je grösser die Induktivität ist, desto geringer ist der Stromhub, also der Wechselstromanteil. Betriebsart (1) ist typisch für den MC34063A. Entsprechende Kurven siehe ftp://ftp.control.slupsk.pl/pub/elektronika/elementy/MC34063_ti.pdf. Häufig treten hochfrequente Oszillationen bei I=0 auf. Betriebsart (2) stellt sich bei den NS Simple Switchern der LM257x Reihe ab einer Mindestlast ein. Siehe Datasheet vom LM2577.
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