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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Step-Up wandler verständnis problem (MAX1771)


Autor: gast (Gast)
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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

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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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.

Autor: gast (Gast)
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schon klar da entsteht recht viel spannung...

aber warum??

warum verhält sich das nicht wie hier?

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/thumb/1/1...

und wie berechnet man die spannung die beim abziehen entsteht...fragen 
über fragen :/

Autor: Anselm 68 (anselm68)
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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.

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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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.

Autor: gast (Gast)
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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

Autor: gast (Gast)
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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 :/

Autor: gast (Gast)
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habe eine interessante seite gefunden, die mich etwas weiter gebracht 
hat

http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/aww_smps.html

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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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!

Autor: gast (Gast)
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>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 ^^

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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> ich wüsste auch nicht was mir das bringen sollte :/
naja es würde mit einem schlag dein verständnisproblem beseitigen! ;)

Autor: gast (Gast)
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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?

Autor: Arno (Gast)
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>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

Autor: gast (Gast)
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das heißt die ausgangsspannung ist stark abhängig von der größe des 
ausgangskondensators?

Autor: gast (Gast)
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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?

Autor: Arno (Gast)
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>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

Autor: gast (Gast)
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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...

Autor: Arno (Gast)
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>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

Autor: A. K. (prx)
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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.

Autor: wieder nur ein gast (Gast)
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> 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.

Autor: Arno (Gast)
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..oder den Schwingkreis als Federpendel,
mit L als Masse m und 1/C als Federhärte D.

In Mechanik "übersetzen" hilft manchmal.


Gruß,

Arno

Autor: gast (Gast)
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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?

Autor: gast (Gast)
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>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?

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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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.

Autor: gast (Gast)
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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

Autor: gast (Gast)
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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/ni...

Autor: gast (Gast)
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>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...

Autor: A. K. (prx)
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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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