Hallo,
bei meinem Projekt wird ein keramisches Heizelement (170W) per PWM
geregelt. Als Spannungsquelle dient wahlweise ein 12 Blei Akku oder ein
3S Lipo (ca. 11V). Geschaltet wird mit einem Mosfet (IRF1404).
Nun bin ich auf der Suche nach der idealen PWM Frequenz. Da eine Heizung
ja relativ träge ist, muss sie ja nicht sonderlich hoch sein, um so
niedriger sind auch die Umschaltverluste.
Auch weiss ich nicht, was besser für die Akkus ist, eine höhere oder
niedrigere Schaltfrequenz. Oder sollte ich der Eingangsspannung aus dem
Akku mittels low ESR Elkos (2-3x 6800µF) unter die Arme greifen oder
wären die Elkos bei 15A ein/aus überfordert?
Momentan schwebt mir eine Frequenz von 100-200Hz vor. Das ist aber nur
ein Schuss in's Blaue.
Was schlagt Ihr vor, welche Frequenz ist sinnvoll?
Gruß Toni
Da musst Du experimentieren. Am besten ist es, wenn du ein A meter
zwischen Akku und PWM regler hast. Bei der Frequenz, bei der Du von ganz
wenig-ganz viel Leistung regeln kannst, ist die perfekte Frequenz. Sonst
ist das nur herumraten. Aber bei niedrigen Frequenzen ist es einfacher,
ein ordentliches Rechtecksignal zu erzeugen, was das ganze effizienter
macht.
MFG
Thomas
@Toni (Gast)
>Nun bin ich auf der Suche nach der idealen PWM Frequenz.
Die suchen viele, so wie den Stein der Weisen und die Weltformel. Viel
Glück!
> Da eine Heizung>ja relativ träge ist, muss sie ja nicht sonderlich hoch sein, um so>niedriger sind auch die Umschaltverluste.
Aha, wenigstens hier herrscht wieder etwas Bodenhaftung.
>Auch weiss ich nicht, was besser für die Akkus ist, eine höhere oder>niedrigere Schaltfrequenz.
Das ist denen Wurst. Ob du nun 1 Hz oder 10 Hz nimmst.
> Oder sollte ich der Eingangsspannung aus dem>Akku mittels low ESR Elkos (2-3x 6800µF) unter die Arme greifen oder>wären die Elkos bei 15A ein/aus überfordert?
Nö.
>Momentan schwebt mir eine Frequenz von 100-200Hz vor. Das ist aber nur>ein Schuss in's Blaue.
PWM-Fetischist? 10 Hz sind ein Heizelement von der Größe schon sehr
luxeriös.
MFG
Falk
Falk Brunner schrieb:> PWM-Fetischist? 10 Hz sind ein Heizelement von der Größe schon sehr> luxeriös.
Wenn zusätzlich noch Beleuchtung an derselben Spannungsquelle hängt
sollte man nicht unter ca 30 Hz gehen damit die Beleuchtung nicht
anfängt zu flackern.
Ansonsten gilt je niedriger die Frequenz desto besser es sei denn die
thermische Zeitkonstante des Heizelements läßt eine
Hochgeschwindigkeitsregelung zu. Da könnte man dann die Periodendauer in
der Größenordung der Zeitkonstante wählen. Aber im allgemeinen sind die
Zeitkonstanten > 100 ms.
Gruß Anja
Der Kompromiss wird wohl sein, daß kein Licht flackert und das
Heizelement möglichst wenig mechanische Arbeit hat. Ständiger
thermischer Ausdehnungsstress der Heizwendel verkürzt die Lebensdauer.
Mach unbedingt vorher Versuche.
Gehe davon aus, dass die Heizelemente die Frequenz akustisch
wiedergeben.
Im Extremfall können sogar Resonanzen entstehen.
Abhilfe: dI/dT durch Serien-L reduzieren.
Ich denke, der Akku hält länger, wenn die Frequenz höher ist.
Die "Kapazität" (besser: Ladung) ist stromabhängig. Bei höherer Frequenz
ist der durchschnittliche Strom wirksam, vor allem, wenn zusätztlich mit
C gepuffert wird.
> PWM-Fetischist?
Mensch Falk, lass doch einfach mal Deine blöden Bemerkungen.
Also eigentlich würde ich Frequenzen im kHz Bereich empfehlen, 1-5 kHz.
Je niedriger die Frequenz, desto größer der Ripplestrom den die Batterie
sieht und Ripple mag die gar nicht. Du kannst doch auf deine PWM noch ne
Sounddatei aufmodulieren, dann klingt`s nicht so schlimm.
Bei den Schaltfrequenzen und der Leistung gehen die Verluste des MOSFETs
kaum ein.
Auf Drahtwiderständen kann man jedenfalls gut Radio hören :-).
Gruß Knut
Toni schrieb:> Momentan schwebt mir eine Frequenz von 100-200Hz vor. Das ist aber nur> ein Schuss in's Blaue.
Ich mach sowas ähnliches: Heizelement aus 33 m 0,14 mm² CU-Litze,
mäanderförmig auf reichlich 1 m² verteilt. PWM-Frequenz knapp 3 Hz.
Betriebsspannung 20 V. Geht prima und die Isolierung der Litze macht das
auch ohne Probleme mit.
Wieso sollte der Ripplestrom kleiner werden bei 1-5kHz? Der strom geht
immer von 0 auf 100% auf 0% und so weiter, egal bei welcher Frequenz.
Und jetzt sag nicht, dass du bei 5kHz schon hochfrequent genug bist um
die leitungsinduktivität der Heizung auszunutzen. Außerdem bräuchte man
dafür eine Push-Pull Stufe bzw einen MosFet und eine Diode.
Hauke Radtki schrieb:> Wieso sollte der Ripplestrom kleiner werden bei 1-5kHz? Der strom geht> immer von 0 auf 100% auf 0% und so weiter, egal bei welcher Frequenz.> Und jetzt sag nicht, dass du bei 5kHz schon hochfrequent genug bist um> die leitungsinduktivität der Heizung auszunutzen.
Nicht der Leitung, aber des Heizelementes. Natürlich spielt da sie
Leitungsinduktivität ne Rolle, aber nicht so gravierend.
Ich persönlich würd nicht so langsam pulsen.
Gruß Knut
@Ingo L. (knutinator)
>> Wieso sollte der Ripplestrom kleiner werden bei 1-5kHz? Der strom geht>> immer von 0 auf 100% auf 0% und so weiter, egal bei welcher Frequenz.>> Und jetzt sag nicht, dass du bei 5kHz schon hochfrequent genug bist um>> die leitungsinduktivität der Heizung auszunutzen.>Nicht der Leitung, aber des Heizelementes. Natürlich spielt da sie>Leitungsinduktivität ne Rolle, aber nicht so gravierend.
Schon mal gerechnet?
170W an 12V macht 14A. Wenn man mal großzügig den Ripplestrom auf die
gleiche Größe festlegt, braucht man bei 5kHz PWM Frequenz (100us Ein/
100us aus) eine Induktivität von
L = 12V*100us/14A = 85uH.
Hmm, das könnte man hinkriegen.
>Ich persönlich würd nicht so langsam pulsen.
Warum?
MFG
Falk
Ok ich gebs zu, wenn man von einer Spule mit ~150 Windungen mit 1cm
Radius auf 20cm Länge ausgeht kommt man etwa auf 85µH. Mit Kupfer macht
das einen Drahtdurchmesser von etwa 0,18mm^2 für den Widerstand von
0,857 Ohm.
Macht 6Ass Ripple ...
Aber die Geometrie ist ja nur geraten, da kann nur der OP was zu sagen
;)
Uhu Uhuhu schrieb:> Ich mach sowas ähnliches: Heizelement aus 33 m 0,14 mm² CU-Litze,> mäanderförmig auf reichlich 1 m² verteilt. PWM-Frequenz knapp 3 Hz.> Betriebsspannung 20 V. Geht prima und die Isolierung der Litze macht das> auch ohne Probleme mit.
1.Wäre noch sicherzustellen, daß im Störfall die Isolation
temperaturbeständig genug ist.
2. 1 kHz würde ich garantiert nicht wählen, weil das Ohr das am besten
wahrnimmt.
3. Bei 3 Hz sollte man wissen was noch an der Batterie hängt und
flackern könnte. Über 85 Hz merkt das Auge das Flackern kaum.
4. Interessanter wird die ganze Geschichte erst bei fast leerer
Batterie.
5. Außerdem sollte man die Batteriekapzität im Verhältnis zum
Entladestrom sehen. Je höher der Entladestrom wird, desto weniger
Kapazität kann man wirklich nutzen. Wenn z.B. 100 Ah bei 1 A ganze 100
Stunden reichen, werden 100A niiie eine Stunde reichen.
oszi40 schrieb:> 1.Wäre noch sicherzustellen, daß im Störfall die Isolation> temperaturbeständig genug ist.
Das ist mittlerweile empirisch belegt. 60 W auf > 1 m² verteilt rechen
selbst bei dicker Bedeckung mit Textilien nicht aus, die Isolation auch
nur weich werden zu lassen.
Bau die Ansteuerung wie einen Step-Down Wandler mit Drossel und Diode,
das gibt dann einen gleichförmigen Strom durch die Akkus. Das ist aber
entgegen dem höheren Aufwand auch das einzige Argument dafür.
