Maximalleistung eines Boostkonverters berechnen?

Die übertragbare Leistung ist bei idealen Bauelementen prinzipiell 
unbegrenzt.

In der Realität wird sie vor allem limitiert durch den Sättigungswert 
der Spule und den Flussverlusten der Diode. D.h. für deine reale 
Betrachung solltest du dir die Stromform zeitlich (statisch) berechnen 
und dann die Verluste abschätzen und insbesondere den Peak des Stromes 
beobachten.

Unter der Annahme, das dein Konverter tief im CCM arbeitet (Strom ist zu 
Anfang und zum Ende einer Schaltperiode verschieden von null), ist der 
Tastgrad fest vorgegeben mit:

Delta = (ua-ui)/ua=36V/48V=0,75

Ausgehend davon kannst du dir nun die Stromform berechnen, insofern 
Schaltfrequenz und Induktivitätswert gewählt wurden.

Die induktivität ist groß genug das der Wandler im CCM bleibt. Es ibt 
keine Diode sondern niederohmige Mosfets dessen Widerstand viel kleiner 
als die Drossel ist.

Auf deine Kindergarten Berechnung mit 0,75 Dutycycle 1/(1-d) bin ich 
auch gekommen, nur das kann einfach nicht stimmen. Ich habe extra den 
Drosselwiderstand von 100Ohm mitangegeben. Wie hoch ist die Maximale 
Leistung die man mit der Drossel rausziehen kann?

Achja die Drossel Sättigt nicht, hat entsprechenden Querschnitt... Nur 
Rl berücksichtigen.

Noch mal die Daten:
- Vin=12V
- rL=100m (Ohmscher Drosselwiderstand)
- RLast=4.9Ohm

Lastwiderstand ist 4.9Ohm (satt 4.8)

Wieviel Watt kann man mit 4.9Ohm Lastwiderstand und einem 
Drosselwiderstand von 100mOhm bei 12V Eingangsspannung unter Annahme 
idealer Halbleiter und nichtsättigender Drossel aus dem Boostkonverter 
ziehen?

Mit Drosselwiderstand meinst du das ESR der Spule?

Falls du das ESR meinst, dann wird die Leistung halt durch die RMS 
Verluste in der Spule limitiert. Falls diese deiner Meinung nach nicht 
sättigt. Du kannst dir ja auch in LTSpice nen Boost anschauen, dazu gibt 
es hunderte ICs von LT.

>Falls du das ESR meinst, dann wird die Leistung halt durch die RMS
>Verluste in der Spule limitiert.
Ja ESR der Spule.
Das die Leistung begrenzt wird, dass ist mit auch klar. Deshalb auch die 
Frage. Aber wenn du es weist, dann sag doch einen Zahlenwert. Wieviel 
Watt. Und simulieren will ich nicht, kann ja jeder (und wenn mach ich 
mit nicht den Umstand eines Ics). Aber ich möchte es berechnen können. 
Das kann doch nicht schwer sein (ja für mich als Anfänger schon).

Hier gibts doch viele selbsternannte Leistungselektroniker...

Sneim schrieb:
>Delta = (ua-ui)/ua=36V/48V=0,75
Es sollte dir einleuchten, dass diese Berechnung bei nur 4.9Ohm Last 
(also 470W Ausgangsleistung) und 100m in der Drossel nur Unsinn sein 
kann...

>Also, die Spule wird 1/4 der Zeit entlanden und 3/4 der Zeit geladen.
Aber nicht wenn man die Maximalleistung aus dem Wandler zieht.
>Der Ausgangsstrom ist 10A
Es können mit diesem Drosselwiderstand niemals 10A durch 4.9Ohm Last 
fließen.

Der Eingangsstrom beträgt bei Maximalleistung schon 60A.

MFG

Fralla schrieb:
>Der Eingangsstrom beträgt bei Maximalleistung schon 60A.
Ist das nicht sehr hoch?

>Es können mit diesem Drosselwiderstand niemals 10A durch 4.9Ohm Last
>fließen.
Hallo Fralla,
Du scheinst es ja zu wissen, also wie hoch ist die Maximalleistung? Und 
wieso?

>Bei einem idealen Converter, der aus 12V 48V macht und 10A am ausgang
haben muss, benoetigt sodann 40A am Eingang
Ideal weiß ich selbst auch. Es geht um den realen mit 100m 
Drosselwiderstand.

>Nun muss der gesammte Eingangsstrom aber waehrend 3/4 der Zeit erbracht
>werden, macht also /0.75 macht 53A,
Selbst beim idealen Boost Konverter stimmt das nicht. Denn wenn 10A am 
Ausgang sinds 40A am Eingang und nicht mehr. Nichts mit /0.75!

Da steht immer noch Tastverhältniss 75%,was nicht stimmen kann wenn man 
die Drossel berücksichtigt. Vergiss mal die 48V.
Die Last hat 4,9Ohm, die Drossel 100m und Uin=12V. Wieviel Watt kann man 
maximal rausziehen? Klare Frage.
Und um wieviel ist der Strom größer als beim idealen Wandler? Und nicht 
den Spitz des Dreiecks angeben (die Drossel ist hinreichend groß das der 
Strom als konstand angenommen werden kann) den linearen Mittelwert.

Fällt niemanden etwas auf?
48V kann der Wandler selbst mit idealen Halbleitern niemals an 4.9Ohm 
erreichen. Mehr als 360W bei 42V ist pysikalisch absolut unmöglich. Mehr 
als Faktor 3,5 kann der Wandler die Spannung nicht hochboosten. Erhöht 
man weiter das Dutycycle so steigt der Eingangsstrom(=Eingangsleistung) 
während die Ausgangsleistung aber wieder abnimmt. Bei Pout=360W ist der 
Peak erreicht. Und die Schulbuchformel 1/(1-d) stimmt hier nicht mehr. 
Denn bei 42V ist das Dutycycle nicht d=71,5%. Wenn ein Widerstand dabei 
ist, und die Drossel ein R-L Glied ist, kann man eben nicht mehr mit den 
einfachen Dreiecken/Trapezen und linearen Rampen rechnen...

Das bei maximaler Leistung schon Leistungsanpassung mit dem 
Drosselwiderstand vorliegt, und somit die doppelte Leistung aufgenommen 
wird, sollte auch klar sein. Also praktisch unrealistisch, aber eine 
theoretisch völlig korrekte Fragestellung.

>>Der Eingangsstrom beträgt bei Maximalleistung schon 60A.
>Ist das nicht sehr hoch?
Stimmt schon so, bei 60A sind 720W am Eingang, somit die doppelte 
Peak-Ausgangsleistung. Leistungsanpassung gilt auch in der 
Leistungselektronik (nur machts keinen Sinn wenn der Wirkungsgrad 50% 
Beträgt)

>Nun muss der gesammte Eingangsstrom aber waehrend 3/4 der Zeit erbracht
>werden, macht also /0.75 macht 53A,
Der Eingangsstrom ist genau der Drosselstrom. Immer und unabhängig vom 
Dutycycle, zumindest bei Boost Konverter um den es hier geht.

Finds immer wieder Lustig wie manch Leute bei einer genau definierten 
Frage (Uin, RL, RLast gegeben, Pout,max gefragt) drum herumreden anstatt 
konkrete Antworten zu geben. Maximalleistung ist exakt 360W und fertig.

MFG Fralla

Hallo Fralla,

Mich würde mal interessieren, wie du auf die 360W kommst bzw. Das bei 
42V Ende ist?


Viele Grüsse,
Ingo

Das glaube ich bei Fralla nicht, er ist der MaWin der 
Leistungselektronik, nur nicht so unhöflich (sorry Manni).

>Mich würde mal interessieren, wie du auf die 360W kommst bzw. Das bei
>42V Ende ist?

Weil bei weiterer Erhöhung der Spannung und damit der Leistung 
(R=const)immer mehr Spannung an der Drossel abfällt(Eingagsstrom 
steigt), sodass für den Ausgang nichts mehr übrig ist.

>Alles eine Frage einer Simulation...
Bei Leistungsanpassung ist schluss, mehr Leistung geht nicht. Da braucht 
man gar nichts simulieren. Aufgrund des Spannungsabfalls an der Drossel 
ist auch klar, dass bei 42V ein höheres Dutycycle notwendig sein muss. 
Kann man auch berechnen und muss nichts simulieren...

MFG Fralla

>48V kann der Wandler selbst mit idealen Halbleitern niemals an 4.9Ohm
>erreichen. Mehr als 360W bei 42V ist pysikalisch absolut unmöglich. Mehr
>als Faktor 3,5 kann der Wandler die Spannung nicht hochboosten.

Danke, Genau das wollte ich wissen. Es gibt also ein absolutes Limit und 
d=0,75 stimmt nicht. Kannst du mir noch das dutycycle sagen, welches für 
42V notwendig ist nennen? Die 71,5% sind ja falsch. Und welche Spannung 
kommen bei d=0,75 aus dem Wandler? Wovon hängt der Wirkungsgrad ab? Von 
den Spannungen? Wiederständen? Dutycycle?(eine exakte Formulierung µ(..) 
) nicht "von den Drosselverlusten" oder so blala.

>Es gibt also ein absolutes Limit
Exakt, Die Maximalleistung hängt nur allein von der Eingangsspannung und 
dem Drosselwiderstand ab. Weder von Ausgangsspannung, Lastwiderstand 
noch Dutycycle. Um genau zu sein gilt: Pmax = Uin²/(4*rL).

>Kannst du mir noch das Dutycycle sagen, welches für
>42V notwendig ist nennen?
d=85,7143% Dabei fließen 60A in den Wandler, welche an der Drossel für 
360W(=Ausgangsleistung) Verluste sorgen.

>Und welche Spannung kommen bei d=0,75 aus dem Wandler
Uout=36,1846V bei einem Wirkunsgrad von 75,38%

>Wovon hängt der Wirkungsgrad ab?
Dieser hängt nur vom Lastwiderstand, dem Drosselwiderstand und dem 
Dutycycle ab, von sonst nichts -> µ=µ(d,rL,Rlast).  Je kleiner das 
Dutycycle umso höher der Wirkungsgrad. Klingt komisch, ist aber so wenn 
der Wandler nur mit ESR modeliert wird. Bei d=0 ist er nicht definiert 
(div durch 0, also was für die Philosophen).

MFG Fralla

Hi Fralla!
>>Kannst du mir noch das Dutycycle sagen, welches für
>>42V notwendig ist nennen?
>d=85,7143% Dabei fließen 60A in den Wandler, welche an der Drossel für
>360W(=Ausgangsleistung) Verluste sorgen.
Sehr interessant deine Ausführungen und vorallem hast du als einziger 
die Abhängigkeiten präzise formuliert (das was mich intersiert hat). 
Dass die Maximalleistung von Dutycycle unabhängig ist und nur von 
Eingangsspannung und Drosselwiderstand abhängt und dabei Anpassung 
vorliegt war mir neu. Die Ströme sind in der Simulation bei nierigem 
Wirkungsgrad weit von linearen Rampen entfernt. Wie rechnest du?

Es scheint als sind die Zahlenwerte so gewählt, dass einfache Ergebnisse 
herauskommen. Eine Hausübung?
>Die Ströme sind in der Simulation bei nierigem Wirkungsgrad weit von >linearen 
Rampen entfernt
Zum rechnen zwei Tipps:
1. Bei der Wirkungsgrad/Leistungsbetrachtung braucht man die 
Induktivitäten, Kapazitäten nicht berücksichtigen da nur der 
"steady-sate" betrachtet wird. Rechne nur mit linearen Mittelwerten und 
L ist ein Kurzschluss, C offen. Das ein Dreieckartiger Strom mehr RMS 
Verluste macht ist klar, jedoch wenn weit im CICM ist der Unterscheid 
nicht groß. (Wenn man wil kann man dem linearen Mittelwert noch den 
Riplle Überlagern)
2. Jeder PWM Wandler ist nur ein DC-Transformator.

MFG

>Es scheint als sind die Zahlenwerte so gewählt, dass einfache Ergebnisse
>herauskommen. Eine Hausübung?
Ja so in der Art.

>1. Bei der Wirkungsgrad/Leistungsbetrachtung braucht man die
>Induktivitäten, Kapazitäten nicht berücksichtigen da nur der
>"steady-sate" betrachtet wird. Rechne nur mit linearen Mittelwerten und
>L ist ein Kurzschluss, C offen. Das ein Dreieckartiger Strom mehr RMS
>Verluste macht ist klar, jedoch wenn weit im CICM ist der Unterscheid
>nicht groß. (Wenn man wil kann man dem linearen Mittelwert noch den
>Riplle Überlagern)
>2. Jeder PWM Wandler ist nur ein DC-Transformator.
Die Ergebnisse sind richtig, danke!
Doch wie sieht dies Grafisch aus?

Und wenn man dein Eingangsstrom auf der X-achse aufträgt, wie siehts 
dann mit dem Wirkungsgrad aus?

@MarkusL.
Legst du auch so einen Ton an den Tag, wenn dir jemand gegenübersteht?
Rechtschreibung scheint auch nicht gerade deine Stärke zu sein...

>Legst du auch so einen Ton an den Tag, wenn dir jemand gegenübersteht?
Was meinst du? Ich war etwas genervt, denn so schlaue Aussagen wie "die 
Leistung wird durch die Verluste oder Sättigung limitiert" helfen gar 
nicht, bzw gelten immer und bei jedem Wandler.

>Rechtschreibung scheint auch nicht gerade deine Stärke zu sein...
Das ist wohl war.

Das kam eben recht frech rüber für einen Mitleser und ich für meinen 
Teil kann sehr übel reagieren, wenn mir fremde Menschen in der 
Wirklickeit so begegnen.
Es gibt ganz wenige Foren, wo die meisten Beiträge qualifiziert sind und 
die Leute ordentlich miteinander umgehen.
Ich schätze mal auch hier sind 90% der User irgenwelche Wichtigtuer, die 
zwar viel wissen, damit jedoch überhaupt nichts anfangen können, mit der 
Zeit kriegt man ein Gespür wer echt Ahnung hat , praktische Erfahrung 
hat von dem was er redet.
Gruss

>Ich schätze mal auch hier sind 90% der User irgenwelche Wichtigtuer, die
>zwar viel wissen, damit jedoch überhaupt nichts anfangen können, mit der
>Zeit kriegt man ein Gespür wer echt Ahnung hat , praktische Erfahrung
>hat von dem was er redet.
Stimmt auch. Aber es gab ja dann doch jemanden, der als einziger alle 
meine Fragen beantworten konnte....Vielen Dank nochmal!