Hallo, ich habe mir ein Schaltnetzteil selbst gebaut. Es ist zum Laden vn großen Kondensatoren da. Dabei werden aus einem Li-Akku mit 15V bis zu 350V erreicht. Realisierung: 4 PC-Schaltnetzteiltrafos parallel (jeweils 2 Stück an einer Vollbrücke) und jeweils 2 Primärseiten in Reihe, damit die hohe Spannung erreicht wird. Jeder der Reihenschaltungen wird separat gleichgerichtet und dann wieder parallel geschlossen. Da es ein Kondensatorladegerät ist, läuft das Teil ja quasi immer im Kurzschlussbetrieb. Bei leerem Kondensator fließen bis zu 4A in den Kondensator und rund 90A aus dem Akku. Wobei der Kondensator ratzfatz auf 200V aufgeladen ist. Dann wirds langsam. Die Spannung steigt nur noch mäßig an. Grund ist natürlich der geringere Stromfluss da nicht mehr alle Spannung direkt in den Kondensator fließt sondern nur noch die oberen spitzen. -> Weniger Energie. (wobei die Spitzen ohne Kondensatoren prinzipiell das Potential haben auf 450V zu kommen - das nix passiert übernimmt eine Herde von Schutzschaltung und natürlich eine Spannungsüberwachung, die bei einer variablen Sollspannung die Vollbrücken aus macht) Die Vollbrücken, die die Trafos versoren speißen jeweils ihr Rechteck über 5x2.2uF (~10uF also) in die Trafos. Nun hat diese Anordnung (C-L in Reihe) eine Resonanzfrequenz -> die darf ich nie und nimmer treffen, da sonst.. naja es fließen halt nicht mehr nur 90A aus dem akku ;-) Mir geht es jetzt da drum, zu verstehen was in dem Netzteil konkret passiert. Ziel ist es die Leistungsausbeute bei jeder Ausgangsspannung so optimal wie möglich zu machen. Ich habe bisher ein wenig rumprobiert und an der Frequenz gedreht: -> Normal sind bei mir jetzt 60KHz eingestellt -> 3.3kJ werden in 12.5 Sekunden geleifert. ->Verringere ich die Frequenz z.B. auf 20kHz, dauert es wesentlich länger bis die Kondis geladen sind. ABER: die Stromausbeute bei höheren Spannungen ist fast doppelt so groß. Dafür ist am Anfang der leere Kondensator nur sehr schwer zu füllen. Insgesamt dauert es länger. -> Höhere Frequenzen hab ich nicht lange genug probiert, um was darüber aussagen zu können, bei rund 100kHz wurden mir die Mosfets zu warm. Der eine Ladevorgang den ich durchgeführt habe dauert aber nicht wesentlich kürzer als mit 60KHz, jedoch wurden die Kerne der Schalttrfos merklich warm. Um was es geht: Die Frequenz scheint ja einen Merklichen Einfluss zu haben,wenn es darum geht, den StromOutput in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung zu optimieren. --> Als allererstes suche ich eine Erklärung dafür, dass bei hohen Spannungen tiefe Frequenzen besser sind. Wobei sie doch schon bei niedrigen Spannungen nicht genug Energie übertragen können (ist ja klar, die 10uF entladen sich in die Spule und dann is die energie weg bis zur nächsten Flanke - aber warum funktionierts bei hohen Ausgangsspannungen dann besser??) Eine Möglichkeit ist, dass sich der Komplexe Widerstand der Cs und Ls so verändern, dass die Spannung über die Ls sehr hoch wird und damit die Energie der Spitzen wesentlich höher wird. Ist das so? Ich wäre über fachliche Diskussion erfreut.. Sicherheitshinweise.. naja irgendjemand wird sich eh dazu berufen fühlen mich zu retten. prinzipiell störts aber. Danke. MFG Albi
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Verschoben durch Admin
> Als allererstes suche ich eine Erklärung dafür, dass bei hohen > Spannungen tiefe Frequenzen besser sind Das hängt vermutlich mit der Steuinduktivität in deinem Übertrager zusammen. Wenn Du an die Trafo-Primärseite eine rechteckförmige Spannung anlegst, ist der Strom nicht rechteckig, sondern hat eher eine Trapezform. Dadurch fällt direkt nach der Schaltflanke zuerst mal die ganze Spannug an der Struinduktivität ab und erst nach einer gewissen Verzögerungszeit kommt sekundär eine Spannung raus. Wenn Du einfach nur die Schaltfrequenz größer machst, bleibt diese "Verzögerungszeit" konstant, so dass die Zeit, an der Sekundärseitig eine Spannung anliegt, kleiner wird. Du solltest also auch den Übertrager anderst bewickeln für die höhere Frequenz. Um das besser zu verstehen, könntest Du mal versuchen, so eine Schaltung zu simulieren (z.B. in LTSpice), da sieht man diese Effekte sehr schön und man kann auch einfach mit verschiedenen Parametern spielen.
DerAlbi schrieb: > prinzipiell störts aber LOL! Sehe ich auf jedenfall jedesmal genauso! Wenn einer fragt, dann hat er Interesse an der Sache und wird es eh versuchen - ob mit Hilfe, oder halt nicht. Und die Hilfe kann dann ja nur alles sicherer machen :-)
Johannes, erklärt denn deine Theorie, dass tiefe Frequenzen weniger effizient sind, wenn die Spannung am Kondensator noch tief sind? Die Übertrager sind wie gesagt aus vielen Schaltnetzteilen zusammengesucht. Ich kann nur wählen welche wicklung ich ansteuere. Was simulation der schaltung angeht: kompliziert. Zu viele Parameter sind mir unbekannt. Ich kenne die Induktivität des Trafos nicht und auch sein Koppelfaktor und Frequenzverhalten sind unbekannt. Ich kann auch mal rale Spnnungs und Stromkennlinen oszillografieren und mal guggn was da passiert. vielleicht ist das erstmal besser :-)
> Johannes, erklärt denn deine Theorie, dass tiefe Frequenzen weniger > effizient sind, wenn die Spannung am Kondensator noch tief sind? Das ist jetzt nicht so einfach zu beantworten, ohne die Daten zu den Übertragern oder einen Schaltplan zu haben. Vielleicht ist der 10µF-Kondensator zu klein, vielleicht geht der Trafo in die Sättigung, ... Die Induktivität des Übertragers könntest Du zumindest grob bestimmen, indem du die Sekundärsteite öffen lässt und primärseitig mit deiner Vollbrücke eine Recheckspannung drauf gibst. Dann mit dem Oszi Strom und Spannung aufzeichnen, die Induktivität kann man berechnen: L = U / (di/dt). > Was simulation der schaltung angeht: kompliziert Das ist gar nicht so schlimm, wenn man sich mal etwas damit beschäftigt hat. Du musst ja auch nicht das komplette Gerät auf einmal simulieren, die Kunst ist, die Schaltung so weit zu reduzieren, dass man genau den Effekt beobachten kann, der einen interessiert. Ich hab das mal für Dich gemacht (s. Screenshot), ich denke, das müsste ungefähr Deiner Schaltung entsprechen (abgesehen von den Bauteilwerten...). Das ist wirklich ganz einfach und man kann so irgendwelche Theorien schnell mal nachprüfen, ohne große Hardware-Änderungen zu machen.
Danke erstmal, ich hätte vielleicht sagen sollen, dass ich durchaus mit LTSpice umgehen kann und mir diese schalung auch schon angesehen habe. Ich hab nur nie das, was wirklich rauskommt irgendwie mal simulieren können. Das ist halt parameterfummelei. Rätselraten. Ich werde mal messungen durchführen. Bis Montag bin ich leider nicht da, da kann ich ja mal Oszibilder reinstellen, falles es interessiert. Was mich auch interessiert: ist es nicht eventuell sogar sinnvol ein wenig an die Resonanz ranzugehen, wenn die Spannung hoch wird? Hintergedanke ist, dass durch Resonanzfrequenz ja immenser Strom fließt. Immenser Strom bei endlichen Wechselstromwiderstand bedeutet hohe Spannung an der Spule. Wenn man es nicht übertreibt, sollte das doch die Energie der Spitzen nach dem Übertrager um ein einiges erhöhen. Aber rumspielen in der nähe der Resonanzfrequenz ist sooo furchtbar gefährlich für die schaltung :-( Andererseits werden meine Kondensatoren in 11-13 Sekunden Gelanden. Wenn man daran denkt, dass es 4 450W-Übertrager sind, von denen ich jeweil nur 1 von 6 Sekundärspulen ansteuere, dann ist die Leistungsausbeute (3.3KJ in 12Sek = 270W) ja gar nicht sooo schlecht eigentlich. Aber optimieren macht Spaß. MFG
> PC-Schaltnetzteiltrafos
sind für das Vorhaben vollkommen ungeeignet.
Man verwendet zum Laden von Kondensatoren keinen Flusswandler, sondern
das Flyback-Prinzip, weil sich bei dem die stark ändernde sekundäre
Spannung dabei nur in einem auswirkt: Bei niedrigeren Spannungen dauert
das Entladen der Spule länger, also ist die Frequenz tiefer. Kennt jeder
vom alten "Elektronenblitz" der Kamera.
Da du nur 350V erreichen willst (was zur ehemaligen Primärspannung
passt), und mit 15V ausreichend hoch liegst für die ehemalige
Sekundärspannung des 5V Kreises, funktioniert zwar der Trafo auch, aber
der Flusswandler bringt eigentlich viele Probleme: Er produziert ja eine
(hohe) Rechteckspannung am Ausgang, und wenn du dort überlastest,
fliesst auch primär viel (zu viel) Strom. Du musst also sekundär die
erzeugte Spannung an die vorhandene Spannung des Kondensators anpassen
was auch das PC-Schaltnetzteil mit der nachfolgenden Buck-Drosselspule
getan hat, und dann musst du noch regeln damit nicht zu viel Strom
fliesst.
Regelst du nicht, sondern fährst du in den Sättigungsbereich von Spulen
und Transistoren, verballserst du viel Leistung und die Teile rauchen ab
(bzw. können nur zu einem Bruchteil genutzt werden, wie bei dir, wo wohl
Trafos für 2000 Watt nur 250W liefern).
Im Prinzip ist dein PC-Schaltnetzteiltrafo so ausgelegt, daß seine
Induktivität zur Schaltfreqeunz vernachlässigbar ist. Bei den angelegten
350V soll sich die transformierte Spannung quasi sofort ändern, und
nicht erst langsam rauffahren.
Die mit ca. 100kHz schnell ändernde (sekundäre) Spannung wird im
PC-Schaltnetzteil an die Ausgangsdrossel angelegt, die sie in langsam
steigenden und sinkenden Strom umwandelt um die Ausgangselkos zu laden
und den Ausgangsstrom zu liefern.
Der zweite Spule, die Drossel, im PC-Schaltnetzteil ist also das, wozu
die Schaltfrequenz passen muss.
Wenn du deinen Trafo mit denselben Spannungen, nur halt primär/sekundär
umgekehrt, betreibst, sollte er auch für 100kHz oder was auch immer das
PC-Schaltnetzteil hatte geeignet sein. Ich vermute aber, du fährst ihn
mit der halben Spannung, was die Frequenz reduziert.
Mach also erst mal folgendes: Trafo nur mit mässiger ohm'scher Last
belasten. Ausgangsspannung oszillokopieren. Es sollte ein sauberer
Rechteck sein, kein wesentliches Trapez erkennbar, weniger als 10% der
Periodenzeit sollte für die Ansteigszeit draufgehen, kaum Dachschrägen
und primär keine zerstörerischen Spannungsspitzen (sonst brauchst du
einen Snubber) und kein übermässiges Klingeln (also höherfrequente
abklingende Sinuswellen nach jeder Flanke).
Wenn das so funktioniert, miss auch die Ausgangsspannung, das ist das
Übersetzungsverhältnis des Trafos, das bei 230V~ (also 325V=) zu 5V
NICHT 1:65 betrug, sondern eher 1:32, muss ja schliesslich auch bei
niedriger Eingangsspannung noch Reserven haben).
Nun hast du eine hochfrequente Rechteckspannung, richte sie doch gleich
wie auch im PC-Netzteil. Schliess die Drossel an, durch die im
PC-Netzteil per Draht alle Spannungen geführt wurden, wobei du auf sie
so viele Windungen aufbringen kannst, wie der maximale Strom erlaubt
(PC-Netzteil hatte vielleicht 50A gesamt bei pro Spannnng 5 Windungen,
du willst 10A kannst also bis zu 25 Windungen machen). Nun hast du eine
Spule, die den Ausgangsstrom langsam (na ja, 1/100000 Sekunde) steigen
und fallen lässt, egal wie die Spannungen an den Enden sind, ob also der
Kondensator noch geladen oder entladen ist. Dahinter kommt der zu
ladende Kondensator. Wenn du das nun oszilloskopierst, siehst du, wie
bei engeschalteten prmären Transistoren der Strom in der Drossel ständig
steigt, auch wenn umgepolt wird (das ist sekundär ja gleichgerichtet).
Damitr der Strom nicht zu weit stiegt und damit auch primär in deinen
Transistoren zu weit steigt, ist es nötig, nicht mit 100% Einschaltzeit,
sondern mit wneiger, PWM, zu fahren. Du könntest z.B. in jedem Zyklus
von 1/100000 Sekunde immer abschalten, wenn primär 100A erreicht werden,
das scheinen deine Transistoren ja auszuhalten, und dann nicht mit dem
nächsten Zyklus vorzeitig beginnen, sondern den Rest der zeit warten.
Dann sollte auch 1 Trafo locker in weniger als 3 Sekunden deinen Elko
aufgeladen haben.
Interessanter Beitrag! Ich möchte noch ein paar Sachen richtigstellen: un zwar: 200W-Trafos: jein, denn ich nutzte ja nur einen Bruchteil der verfügbaren Windungen. Jeder Trafo hatte mal 450W insgesamt. ich nutze jedoch NUR die 5V-Windung, die weit weniger als die hälfte des Gesamtstroms ausmacht. 4*450W zu rechen ist also unfug :-) Außerdem: Vollbrücke. Ich haue da quasi 30V rein, um sekundärseitig auf 400-500V zu kommen. Dass nur 350V aufm Kondensator landen, macht eine Schaltung die immer sagt "brauch Trafos, brauch de nich mehr, brauch die Trafos, brauch se nich mehr". Ein weiteres problem ist: ich kann jetzt an der schaltung nur noch wenig ändern. Das einzige worauf ich Einfluss habe ist wirklich nur die Schaltfrequenz. Sekundärseitig habe ich eine Kleine Spule drinne, die die Gleichrichterdioden vor Spitzenströmen schützt. Eine Größere Drossel war kontrapoduktiv, da sie den Stromfluss verhindert hat. Ohne Spule rauchen mir die Dioden aber weg :-) Ich hab mal meinen Aufbau in den Anhang fotografiert ;-) Bitte um Verständnis, ist noch nicht fest montiert und die kabel fliegen halt so rum, da ich verlängerungen brauche, um die einzelnen signale abzutasten. Doppelstock ist messtechnisch blöde. Das PNG zeigt die Ladekurve des Kondesators. Also alle 3. 54mF insgesamt. schluss is bei rund 355V. MFG Nu bin ich bis Montag weg.
> Ein weiteres problem ist: ich kann jetzt an der schaltung nur noch > wenig ändern. Dann können wir an deinem Problem nur noch wenig ändern. > Sekundärseitig habe ich eine Kleine Spule drinne, die die > Gleichrichterdioden vor Spitzenströmen schützt. Eine Größere Drossel > war kontrapoduktiv, da sie den Stromfluss verhindert hat. Sie muss natürlich hinter den Dioden im Gleichstrompfad sein, und es muss einen Strompfad geben (über eine zweite Diode) wenn der Trafo "abgeschaltet" ist. Schau halt mal, wie das PC-Netzteil gleichgerichtet hatte.
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