Hallo, wir nehmen gerade das Thema Tiefsetzsteller/Abwärtsregler durch. Da ich mich doch sehr für Elektronik interessiere, bereite ich mich gerne immer recht gut auf solche "Versuche" vor. Das klappte bis jetzt auch ganz gut. Allerdings hänge ich gerade an einer Aufgabe ziemlich fest. Es soll ein Tiefsetzsteller entworfen werden der eine 12V Eingangsspannung in 6V Ausgangsspannung dimensioniert. Dass ist ja soweit erstmal nicht das Problem. Die Drossel soll 1mH beragen, der Ausgangsstrom 0,15A, der Gatevorwiderstand 3,3kOhm und der Amplitude des Funktionsgenerator 12V. (Als Schalter benutzen wir einen FET BUZ 10A) Ich weiß also das wenn tein = taus ist, haben wir Ua = 1/2 *Ue Was mir jetzt allerdings, selbst nach einigem durchlesen unseres Buches und auch einiger Seite im Netz unklar ist (auch für die zu lösenden Aufgaben): Wie "dimensioniere" ich die Periodendauer T? Ist diese für mich frei wählbar? Und eine konkrete Frage lautet: Wie groß muss tein min. für den nichtlückenden Betrieb sein? Da weiß ich auch nicht so wirklich wie ich ran gehen soll :-/ Nichtlückend heißt ja das IL (Strom Spule) nicht Null werden darf. Warscheinlich sind diese Aufgaben recht simple, allerdings fehlt mir wie gesagt gerade ein wenig das Gefühl dafür, welche Periodendauer man nun nimmt usw. Würde mich freuen, wenn mir das vllt.jemand kurz erläutern könnte. Danke
Hallo Marvin, zunächt einmal muss man dem Schalttransistor eine vernünftige Ansteuerung spendieren, ein normaler Funkionsgenerator ist dafür eher ungeeignet und ein 3,3 kOhm Gatevorwiderstand gänzlich unpassend. Das Gate muss so schnell wie möglich umgeladen werden, damit die Schaltverluste klein bleiben. Üblicherweise nimmt man dafür Treiber wie z.B. den IR4427 und dann einen 10 Ohm Vorwiderstand. Keine Schichtwiderstände, sondern Drahtwiderstände verwenden. Die Gateansteuerung sollte mit mindestens 15 Volt positiv aussteuern und kann zum schnelleren Abschalten auch negativ sein. Soviel zur praktischen Umsetzung. >Ich weiß also das wenn tein = taus ist, haben wir Ua = 1/2 *Ue Das stimmt nur, wenn während tAus wirklich 0 V vor der Drossel anliegen. In der Regel verwendet man aber Freilaufdioden, so dass die Spannung während tAus vor der Drossel leicht negativ ist. Dadurch ergibt sich eine etwas längere Einschaltzeit. Zudem haben alle Bauelemente ohmsche Widerstände, deswegen wird ein zusätzlicher Vorhalt bei tein benötigt, der sämtlichen Spannungsabfall kompensiert. >Wie "dimensioniere" ich die Periodendauer T? Ist diese für mich frei wählbar? Dem Buz10A sollte man nicht mehr als 150 kHz zumuten. Innerhalb von diesem Rahmen ist die Periodendauer prinzipiell frei wählbar. Zu klein sollte die Frequenz nicht sein, denn dann passieren zwei unangenehme Effekte: - Hörbares Pfeifen bei weniger als 20 kHz - Sättigung der Drossel Zudem wird der Drosselstrom lückend, wenn die Frequenz niedrig genug ist. Dann stimmt auch das Pulsweitenverhältnis nicht mehr. Zumindest nicht bei freier Kommutierung über eine Diode. Die Folge wäre eine zu hohe Ausgangsspannung, wenn man das Pulsweitenverhältnis nicht anpasst. Ab welchem Strom die Drossel sättigt, hast du nicht geschrieben, das ist aber von entscheidender Bedeutung. Denn das definiert den maximal zulässigen Stromrippel. Aus diesem wiederum definiert sich die Mindestfrequenz für sicheren Betrieb. Angenommen, deine Drossel kann 0,2 A und du hast 0,15 A Last nach dem Glättungselko. Dann darf bei 50% PWM der Strom in der Drossel zwischen 0,10 A und 0,20 A variieren. Also 0,10 A Rippel. Wäre der Rippel größer, würde die Drossel in die Sättigung fahren. Nachdem wir jetzt den maximal zulässigen Stromrippel kennen, betrachten wir einen Ladevorgang der Drossel. Diese wird nämlich innerhalb von tEin von 0,1 A auf 0,2 A aufgeladen, also genau um den Betrag des Stromrippels (0,1 A). Das Aufladen passiert zwischen der 12 Volt Schiene und der Lastschiene mit 6 Volt, an der Drossel liegen also 6 Volt an, die innerhalb von tEin eine Stromänderung von maximal 0,1 A bewirken sollen. Wenn die Drossel 1 mH hat, gilt: U = L * dI/dt; also: dt = L * dI / U; dt = 1 mH * 0,1 A / 6 V = 17 µs; Also etwa 30 kHz minimale Taktfrequenz. Wenn die Drossel mit 0,2 A noch nicht sättigt und genügend Reserve da ist, dass man sich darum keine Sorgen machen muss, ist die Lückgrenze für die Ermittlung der minimalen Taktfrequenz zu verwenden. Der Strom variiert in diesem Fall zwischen 0,00 A und 0,30 A, was im Mittel wieder die 0,15 A Last sind. Wir haben also 0,3 A maximal zulässigen Stromrippel. Die ganze Recnung wie oben ergibt in diesem Fall: dt = 50 µs; Also etwa 10 kHz minimale Taktfrequenz. Darunter wäre der Betrieb lückend, was bei geeigneter Spannungsregelung auch kein Problem darstellt. Aber bei 10 kHz ist die Drossel in der Regel störend laut, so dass man einen Betrieb unter 20 kHz vermeiden wird. >Und eine konkrete Frage lautet: Wie groß muss tein min. für den >nichtlückenden Betrieb sein? Wir sprechen von einer Mindestfrequenz, also einer MAXIMALEN Periodendauer. tEin haben wir auf 50 µs bestimmt, die max. Priodendauer ist also 100 µs. Grundsätzlich ist die Qualität der Ausgangsspannung und die Lebendauer der Elkos besser, wenn der Stromrippel klein ist. Demnach sollte man die Frequenz so hoch wie möglich wählen, unter Berücksichtigung, dass die Verluste durch zu hohe Frequenz erheblich ansteigen. Bei einem guten Aufbau (und 10 Ohm Gatevorwiderstand) sind 100 kHz überhaupt kein Problem. Grüße, Peter
Guten Morgen, danke, hat zwar eine Weile gedauert bis ich wirklich alles verstanden habe, aber ich denke jetzt is es drin! Allerdings sind uns die 3,3kOhm Gatevorwiderstand sogar in der Aufgabenstellung gegeben. Vielen Dank nochmal für deine Ausführliche Erläuterung (auch zu dieser frühen Stunde :-) )
Peter Diener schrieb: > Die > Gateansteuerung sollte mit mindestens 15 Volt positiv aussteuern und > kann zum schnelleren Abschalten auch negativ sein. Positiv ja, negativ bei MOSFETs nein. IGBTs benötigen eine negative ansteuerung (zwingend), bei MOSFETs ist das eher schädlich. (Nachzulesen irgendwo auf der Semikron Homepage im Applikationshandbuch). Marvin schrieb: > Allerdings sind uns die 3,3kOhm Gatevorwiderstand sogar in der > Aufgabenstellung gegeben. Dann hat derjenige der die Aufgabe gestellt hat keinerlei Ahnung. Das kann man schon daran erkennen das mit einem Funktionsgenerator angesteuert werden soll. Ausbildung oder Studium? Gruß Knut
> Dann hat derjenige der die Aufgabe gestellt hat keinerlei Ahnung. Das > kann man schon daran erkennen das mit einem Funktionsgenerator > angesteuert werden soll. Da stimme ich Knut völlig zu! 3Ohm würde nehmen...einen guten MOSFET-Treiber vorausgesetzt. Aber ich erkläre mir das so: Der Lehrer (Aufgabensteller) hat selbst keine Ahnung und möchte den guten, (teuren) Funktionsgenerator vor überlast schützen. Meine Geheimtips zum Thema: http://www.we-online.de/web/de/emc/produkte_4/Tools_1.php Der "Inductor Selector" ist sehr empfehlenswert, was die Dimensionierung von Spulen betrifft. Und: http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/smps.html
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