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
