LC-filter - Überschwingen verhinden

Gast #2367533
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Hallo

ich möchte für ein Netzteil einen LC-Filter dimensionieren. Das Netzteil 
besteht aus einem Trafo (120VA, 36Veff) und nachgeschaltet einem aktivem 
Gleichrichter (bereits aufgebaut). Da dem Filter noch ein 
Stepdown-wandler nachgeschaltet wird, sind die Anforderungen an die 
Ripplespannung recht locker, 1-2Vpp sind okay. Da durch den geschalteten 
Gleichrichter der Strom auch "rückwärts" fließen kann, muss eine recht 
große Induktivität her, um den
Leerlauf(blind)strom klein zu halten. Aktuell rumliegen habe ich 90mH, 
welche ich gerne verwenden würde.

Das Problem ist jetzt aber die Resonanz des Filters. Egal wie ich den 
Kondensator wähle, sobald die Last sich ungefähr mit der Resonanzfequenz 
ändert, schwingt sich der ganze Filter auf.

Die Frage ist nun, wie ich unzulässige Schwingungen vermeide. Das ganze 
soll natürlich Lastsprünge von 0-100% oder 100-0% ohne Probleme 
mitmachen.
Kann man überhaupt eine "normale" LC-Topologie nehmen? Durch den 
nachgeschalteten Buckconverter beträgt die maximale Last ca 9ohm

erste Simulation zum rumspielen (Falstadt Circuit Link):
http://tinyurl .com/6f39zyj
(wird zusammengeschrieben als Spam erkannt)

Mit freundlichen Grüßen
Rectifier
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#2367631
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Rectifier schrieb:
> Die Frage ist nun, wie ich unzulässige Schwingungen vermeide. Das ganze
> soll natürlich Lastsprünge von 0-100% oder 100-0% ohne Probleme
> mitmachen.

Hallo,
beides gleichzeitig wirst Du nicht hinbekommen, einen Tot musst Du 
sterben!

Um das Schwingen zu vermeiden muss der Filter bedämpft werden und zwar 
mit einem Widerstand parallel zum Kondensator. Diesen so 
berechnen/ausprobieren bis der "aperiodische Grenzfall" eintritt und die 
Ausgangsspannung nur noch "kriecht". Dann sind aber Lastschwankungen 
genau so träge und Du musst eine Menge Energie im Dämpfungswiderstand 
verbraten - ob das Sinn der Sache ist?

Induktivitäten im Lastkreis sind nur sinnvoll, wenn auf STROM-Konstanz 
gesetzt wird. Ändert sich bei gleicher Spannung der Strom im Lastkreis 
sind Induktivitäten kontraproduktiv; investier lieber in fette 
Kondensatoren.

Jürgen
Gast #2367661
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Nur wiederstand parallel zum Kondensator wird nicht gehen, da dieser 
viel zu niederohmig sein müsste (Verluste)
Gibt zwei einfache Möglichkeiten:

1: paralleldämpfung: Widerstand in Serie mit kondensator (zum Blocken 
des DC-Anteils) und diese gebilde parallel zum eigentlichen 
Filterkondensator.

2: Seriendämpfung: Drossel mit Serienwiderstand, parallel zur 
Filterdrossel.

Drosseln in der Größe Werden in dieser anordnung meist zur passiven 
Leistungsfaktorkorrektur (Stromflußwinkel erhöhen) verwendet.

0-100% Sprünge ohne Überschwingen? Eben soweit dämpfen das güte nicht 
über 0,5 steigt. Du wirst sehen, dass die große Drossel viel Aufwand zur 
Dämpfung erforderlich macht (geringe charakteristische Impedanz).
Gast #2368051
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Erst einmal danke für die Antworten :) geht ja schnell hier

Die Induktivität könnte man auf 40mH verringern, viel weniger möchte ich 
aber nicht einsetzen. Primärer zweck der Drossel war zum einen ein 
größerer Stromflusswinkel und damit Verringerung des Spitzenstroms durch 
den Trafo.

Paralleldämpfung:
Wenn ich parallel zu dem Filter (40mH, 20mF, Res.f = 5,6 Hz, Güte 0,5 
bei R = 2,8Ohm) besagten RC-dämpfer (2,8Ohm, 20mF) schalte, habe ich im 
worst-case Fall (Lastwechsel 0-100-0-100.. mit 5,6 Hz) einen 
Spitzenstrom von ca 6A durch den Trafo. Die Ausgangsspannung bricht 
stellenweise auf 26V zusammen.
An sich schonmal nicht schlecht. Nur, wie berechnet man den RC-Dämpfer? 
Nochmal 20mF nur für den Dämpfer sind etwas unschön, bisher aber die 
beste Lösung.

Seriendämpfung:
Mit einem LR-Dämpfer (2,8Ohm, 40mH) kommt prinzipiell das selbe Ergebnis 
raus wie beim RC-Dämpfer. Allerdings sind nochmal 40mH auch unschön

Das beste Ergebnis brachte beides zusammen. Die Bauteile sind nur sehr 
groß dann. Kann man das so machen oder würdet ihr das anders machen?

Rectifier
Gast #2368370
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Eine Möglichkeit wäre es die Drossel durch eine aktive PFC Schaltung zu 
ersetzen. Da sich damit die Spannung erhöht, müßte ggf. der Wandler 
dahinter angepasst werden.

Nur so als Versuch: ggf. eine Art RCD Snubber, wenigstens um die Spitzen 
nach oben los zu werden. Die Ladung aus dem Kondensator ließe sich ggf. 
auch wieder Nutzbringend bei der nächsten Halbwelle zurückspeisen 
lassen.
Ein Problem wären dann nur mehrfache Lastwechsel in kurzer Zeit.
Gast #2369505
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Hm, PFC-Schaltung ist recht aufwändig :/ würde ich nach möglichkeit 
vermeiden. Der RCD snubber hört sich aber gut an, sobald ich die 
Bauteile habe, baue ich das ganze mal auf.

Sollten noch Fragen/Probleme auftauchen melde ich mich nochmal. Vielen 
Dank bis jetzt :)

Rectifier
Gast #2369842
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Filter mehrstufig aufbauen. Macht die Filterkomponenten auch in Summe 
kleiner.

>Hm, PFC-Schaltung ist recht aufwändig
Würd ich nicht unbedingt sagen. Aber in jedem Fall kleiner und leichter 
als ein Filter für 100Hz. ~120W sind für eine PFC in BCM ideal. Und 
0%-100% Lastwechsel sind bei entsprechender Regelung auch kein Problem. 
Die passive Variante wird bei solchen Sprüngen immer ein stark 
gedämpftes Filter erfordern um solche Sprünge ohne starkes Überschwingen 
zu ermöglichen.
Gast #2372314
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Problem bei einer PFC ist immer die Reglung, da ich (noch) keine 
Reglungstechnik habe. Ich hatte halt gehofft das irgentwie passiv 
aufzubauen. Mehrstufig wäre eine Idee, wenn dadurch die Bauteilgröße 
sinkt.
Gast #2372601
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>Problem bei einer PFC ist immer die Reglung, da ich (noch) keine
>Reglungstechnik habe.

Bei einer BCM PFC, welche nur einen einschleifigen Regelkreis hat, (und 
nicht eine schnellen unterlagerten Stromregler, wie CCM PFCs in average 
current Mod, ist die reglerdimmensionierung nicht al zu komplex.

Du könntest dich an App_notes und Datenblättern orientieren. Dann lernst 
du was für die Zukunft. Klar kann man die Aufgabe mit eienm großen 
Filter lösen, doch zeitgemäss ist eine BCM PFC, welche das Filter in 
jeder hinsicht, Größe, Masse, Preis, Wirkugsgrad (da das Filter sehr 
bedämpft werden muss) schlagen wird.
 Fairchild macht da ganz gute Arbeit, was die Dokumentation betrifft:
zb.:http://www.fairchildsemi.com/ds/FA/FAN7930C.pdf
ist nur ein einfacher 8-Pin IC. Aber auch bei den anderen wie 
TI,ST,Linear,OnSemi, Infineon nachsehen.
Im Anhang ist auch eine Einführung in BCM PFCs, zwar interleaved aber 
einen Channel kann man sich wegdenken...

MFG Fralla
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Gast #2381603
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Es handelt sich hier um einen aktiven Gleichrichter, die Dioden sind 
durch MOSFETs ersetzt worden, um einen geringeren Spannungsabfall und 
damit weniger Verluste zu bekommen. Je nach Halbwelle werden 2 Mosfets 
angesteuert, also kann der Strom prinzipiell auch zurückgespeist werden. 
Weiterer Vorteil: Bei geringer Belastung läd sich der Zwischenkreis 
nicht auf den Spitzenwert auf.
Gast #2382263
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Anderer Ausdrück für "self-driven" Synchrongleichrichtung, wie es in 
Schaltnetzteilen schon lange üblich ist.

Bald (hoffentlich) gibts das ganze in einem klassischen 
Brückengleichrichtegehäuse, wie GBU-6x, mit 600V Fets.
Gast #2382871
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Der Gleichrichter ist aber schon aufgebaut ;) N-Mosfet-Brücke, 
angesteuert per µC, funktioniert sehr gut, und verbrät unter Vollast nur 
Milliwatt. Und wie bereits erwähnt läd er sich nicht über den Mittelwert 
auf. Ich kann also nach dem Filter mit ca 30V (50V Bauteile) rechnen 
(wenn das Schwingen des Filters vernünftig gedämpft wird). Zur Schaltung 
von ralf: Wie soll den jemals Q1a oder Q2b durchschalten?

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