Hi!
Mein Problem klingt kompliziert, ist aber gar nicht so schlimm.
Die Sekundärseite eines Vollbrückenwandlers mit Mittelanzapfung hat ein
Verhalten, das ich nicht ganz verstehe.
Der Wandler sieht so aus:
http://www.eti.kit.edu/img/content/DA_24V-SNT_Kolb.jpg
Er hat also auf der Sekundärseite des Transformators eine
Mittelanzapfung.
Das Verhalten, das mich hier interessiert ist, wenn die auf der
Primärseite die 4 Mosfets offen sind, das heißt alleine auf der
Sekundärseite noch Freilaufstrom getrieben von der Induktivität L
fließt.
Dieser Strom fließt durch die Dioden durch beide (!) Sekundärwicklungen.
Es fällt dabei bis auf Ohmsche Verluste keine Spannung an der
Sekundärseite des Trafos ab, die Last wird allein durch L getrieben.
Es handelt sich also um induktiv gekoppelte, elektrisch gegeneinander
parallel geschaltete Spulen, siehe auch mein Bild im Anhang.
Nun ist es so, dass das wunderbar funktioniert, der Freilaufstrom teilt
sich aber je nach Magnetisierung des Trafokerns unterschiedlich auf
Wicklung 1 und Wicklung 2 auf. Die Simulation in spice zeigt das gleiche
Verhalten. In diesem Zeitpunkt ist der Trafokern nämlich immer einseitig
magnetisiert, z.B. bei mir ca. bei 130mT.
Beim nächsten Schaltvorgang dreht sich das Spiel um und der Strom teilt
sich zu gleichen Anteilen genau andersherum auf die beiden
Sekundärwicklungen auf.
Ich wollte nun die Erklärung in Form einer Differentialgleichung o.ä.
finden, komme aber nicht auf den Grund für die unterschiedliche
Stromaufteilung in den Spulen. Warum teilt sich der Freilauftrom nicht
einfach 50/50 auf die Sekundärwicklungen auf?
Folgende Formeln habe ich:
(1) I_Freilaufgesamt=I_Wicklung1+I_Wicklung2=konstant
(2) dI_Sekundärwicklung1/dt=dI_Sekundärwicklung2/dt=U_Sekundärwicklung=0
Es muss eine ziemlich einfache Formel sein und hat wahrscheinlich mit B
oder H, also der Windungszahl und dem Trafokern zu tun. Ich komm nicht
drauf... Gibt es hier jemanden, der sich mit den Gesetzen der
Gegeninduktion spielt und mir helfen kann?
Danke schon im voraus für eure Mühe!
Versteh nicht, was du meinst.
Der Strom fliesst doch wegen der Dioden immer nur in einer
Wicklungshaelfte. Die andere ist dann inaktiv. Wo ist das Problem ?
J
Überleg dir einfach mal den zeitlichen Verlauf der Ströme in den beiden
Sekundärwicklungen.
Wenn auf der Primärseite ein Spannung anliegt, ist eine der beiden
Dioden leitend, die andere sperrt und der Strom fließt nur in einer der
beiden Sekundärwicklungen.
Diese Ströme bleiben erst mal konstant, wenn auf der Primärseite die
Spannung abgeschaltet wird, da jede Wicklung auch eine Streuinduktivität
hat.
Im Normalfall sind die Streuinduktivitäten deutlich kleiner als die
Induktivität der Speicherdrossel, was zur folge hat, dass sich der Strom
in der einen Wicklung mit der Zeit abbaut und der Strom in der anderen
Sekundärwicklung steigt, bis irgendwann in beiden Wicklungen gleich viel
Strom fließt.
In deiner "Simulation" sehe ich keinen Koppelfaktor, wie groß sind denn
die Streuinduktivitäten?
Je nachdem, wie die Verhältnisse der Induktivitäten sind, ist es schon
möglich, dass die Ströme während der ganzen Freilauf-Zeit stark
unterschiedlich bleiben, was eigentlich auch kein Problem ist.
juergen schrieb:> Versteh nicht, was du meinst.> Der Strom fliesst doch wegen der Dioden immer nur in einer> Wicklungshaelfte. Die andere ist dann inaktiv. Wo ist das Problem ?>> J
Falsch. Der Strom fließt in beiden Wicklungshälften im Freilauf.
Johannes E. schrieb:> In deiner "Simulation" sehe ich keinen Koppelfaktor, wie groß sind denn> die Streuinduktivitäten?
Das ist leider kein Bild meiner Simulation, das Bild soll nur zur
Veranschaulichung des Problemes dienen.
Johannes E. schrieb:> Wenn auf der Primärseite ein Spannung anliegt, ist eine der beiden> Dioden leitend, die andere sperrt und der Strom fließt nur in einer der> beiden Sekundärwicklungen.
Richtig.
Johannes E. schrieb:> Im Normalfall sind die Streuinduktivitäten deutlich kleiner als die> Induktivität der Speicherdrossel, was zur folge hat, dass sich der Strom> in der einen Wicklung mit der Zeit abbaut und der Strom in der anderen> Sekundärwicklung steigt, bis irgendwann in beiden Wicklungen gleich viel> Strom fließt.
So hätte ich mir das auch vorgestellt. Die Streuinduktivitäten spielen
für das Problem aber keine Rolle, es muss etwas anderes sein, wenn ich
sie in meiner Simulation ändere, ändert das gar nichts an dem
beschriebenen Verhalten. Die Ströme teilen sich aber nicht gleich auf.
Johannes E. schrieb:> Je nachdem, wie die Verhältnisse der Induktivitäten sind, ist es schon> möglich, dass die Ströme während der ganzen Freilauf-Zeit stark> unterschiedlich bleiben, was eigentlich auch kein Problem ist.
Die Induktivitäten der Sekundärwicklungen sind fast gleich, der
Stromunterschied beträgt aber ca. 1 zu 4!
Häng bitte die .asc-Datei an.
Eine Vermutung: gegenEMK
Der mittlere Strom ist in beiden Spulen L1 und L2 gleich.
PS:
> das heißt alleine auf der Sekundärseite noch Freilaufstrom getrieben> von der Induktivität L fließt.
Mit L ist im strom.png L3 gemeint.
So, im Anhang noch ein Bild vom Ausgang der Simulation: Oben sieht man
in türkis und rot die komplementäre PWM-Taktung der Mosfets. Unten den
Stromverlauf durch die Dioden. Fallend ist der Freilauf.
Oben ist in pink die Magentisierung des Trafos (1mA entspricht 1mT,
Skala rechts. Trafo fährt in diesem Betriebspunkt leicht unsymmetrisch).
Man kann sehen wie das Verhälnis der Ströme in den Sekundärwicklungen im
Freilauf von der Magnetisierung des Trafokerns abhängt. Dafür suche ich
einen Zusammenhang, also eine Formel.
Edit: Die .asc geb mache ich ungern öffentlich, weil sie sehr viel mehr
beinhaltet als nur diesen Trafokern. (Vielleicht werd ich sie im Sommer
zur Verfügung stellen, wenn meine Arbeit abgeschlossen ist. Es gibt zu
den Brückenwandlern nicht viel Literatur..) Die Simulation tut auch
nichts zur Sache, weil man aus der Simulation eben nur den Effekt sieht,
nicht die Ursache. Im Anhang noch ein Screenshot der relevanten Teile.
>Dafür suche ich einen Zusammenhang, also eine Formel.
Gibt es, die Kontenregel;) Übersetz den mag Strom auf die Sekundärseite,
das müsste gleich der Differenz der Diodenströme währen der Sperrphase
sein (wenn Wicklung und Diode gleiche Widerstände haben).
Überlege wo der Magnetisierungsstrom fließt in der Sperrphase. Wenn alle
Schalten auf der Primärseite sperren, dann fließt er auf der
Sekundärseite weiter (kombinierte Forward/Flyback Brückenwandler nutzen
das auch aus).
In der Praxis sieht man das kaum, da der mag. Strom um Größenordnungen
kleiner ist (auch wenn man ihn auf sek übersetzt) und eine so starke
asymetrische Magnetisierung nicht vorkommt.
Die Kopplung/Streuung spielt hier keine Rolle für denn Effekt, das
einzige was sich ändert ist, das die primär Streuinduktivität über die
Bodydioden abmagetisiert wird bevor die Sperrphase beginnt, ändert aber
nichts an den (in diesem Fall asymetrischen) Strömen sekundär.
MFG Fralla
Fralla schrieb:> Überlege wo der Magnetisierungsstrom fließt in der Sperrphase. Wenn alle> Schalten auf der Primärseite sperren, dann fließt er auf der> Sekundärseite weiter (kombinierte Forward/Flyback Brückenwandler nutzen> das auch aus).
Während der Sperrphase fließt kein Magnetisierungsstrom, da fließt auf
der Primärseite gar kein Strom außer, wie du richtig sagst, sehr
kurzzeitig der Strom, der durch die Streuinduktivität getrieben wird.
Die Magnetisierung während der Sperrphase bleibt gleich.
Fralla schrieb:> In der Praxis sieht man das kaum, da (...) eine so starke> asymetrische Magnetisierung nicht vorkommt.
Doch, der Vollbrückenwandler arbeitet im Freilauf so, dass der Trafokern
sehr stark einseitig magnetisiert ist.
Ich bin mir aber nicht ganz sicher, ob ich dich richtig verstanden habe.
Hier nochmal die Formeln in math gesetzt.
(1)
Jedoch nicht so einseitig mit einem Verhältnis von 1:7 wie hier. Wie du
glaubst..
Doch auch während der Sperrphase fließt mag strom, er bleibt konstant,
aber er fließt weiter. Da dies primär nicht möglich ist bleibt nur
sekundàr.
Somit entspricht der auf die sekseite übersetze mag Strom der differenz
der beiden diodenströme.
Zeichne parallel zu jeder Wicklung die Mag.Induktivität, dann sollte es
dir klar werden.
Fralla schrieb:> Jedoch nicht so einseitig mit einem Verhältnis von 1:7 wie hier. Wie du> glaubst..
Nochmal: Der Trafo des Vollbrückenwandlers ist während der Sperrsphase
immer sehr stark einseitig magnetisiert, deshalb sollte auch immer ein
sehr starker Magnetisierungsstrom fließen. Hier in der simulation ist er
unsymmetrisch magnetisiert, was aber nicht schlimm ist, so sieht man die
Proportionalität besser!
Danke für den Hinweis auf den Magnetisierungsstrom!
Fralla schrieb:> Somit entspricht der auf die sekseite übersetze mag Strom der differenz> der beiden diodenströme.
Genau das ist es!! Danke! Die Differenz der beiden Ströme ist
proportional zum Magnetisierungsstrom!
Damit ergibt sich noch die folgende Formel:
(3)
Wie der genaue Zusammenhang, also die genaue Formel für den
Magnetisierungsstrom ist, hab ich noch nicht rausgefunden, ist aber
vielleicht auch gar nicht so wichtig.
Der ohmsche Widerstand in den Sekundärwicklungen ist bei dir vermutlich
1 mOhm? Bei einer Streuinduktivität von 0,0025 µH ergibt das eine
Zeitkonstante von 2,5 µs, das ist ungefähr gleich lang wie die
Freilaufzeit.
Mach mal für einen Test den ohmschen Widerstand der Sekundärspulen
größer, z.B. um Faktor 10, so dass die Zeitkonstante L/R wesentlich
kürzer als die Freilaufzeit ist. Damit sollte der Effekt der sekundären
Streuinduktivitäten verringert werden. Was kommt dann in der Simulation
raus?
Johannes E. schrieb:> Der ohmsche Widerstand in den Sekundärwicklungen ist bei dir vermutlich> 1 mOhm?
den hab ich außen vor gelassen.
Johannes E. schrieb:> Bei einer Streuinduktivität von 0,0025 µH ergibt das eine> Zeitkonstante von 2,5 µs, das ist ungefähr gleich lang wie die> Freilaufzeit.
Nein, die Freilaufzeit wird nicht durch die Streuinduktivität sondern
durch die viel größere Induktivität am Ausgang verursacht, ich hab sie
"Hauptinduktivität" genannt, im 1. Post "L3".
Eigentlich hat sich die Frage geklärt, es ist der Magnetisierungsstrom,
der die unterschiedlichen Ströme im Freilauf verursacht. Somit ergibt
sich dieser Unterschied auch einfach aus der Induktivität der
Sekundärwicklungen, die wiederum durch den AL-Wert des Trafo und die
Wicklungszahl bestimmt werden.
Danke für eure Hilfe!
Johannes U. schrieb:> Nein, die Freilaufzeit wird nicht durch die Streuinduktivität sondern> durch die viel größere Induktivität am Ausgang verursacht, ich hab sie> "Hauptinduktivität" genannt, im 1. Post "L3".
Die Freilaufzeit schon, aber nicht das Verhalten der einzelnen Ströme
während der Freilaufphase.
Johannes U. schrieb:> ... es ist der Magnetisierungsstrom,> der die unterschiedlichen Ströme im Freilauf verursacht ...
Das gilt aber nur für einen kurzen Zeitpunkt direkt am Beginn der
Freilauf-Phase. Wenn die Zeitkonstanten kurz sind, dann wird die
Aufteilung eher durch die ohmschen Widerstände bestimmt, was eher der
Realität entsprechen müsste.
>Nochmal: Der Trafo des Vollbrückenwandlers ist während der Sperrphase>immer sehr stark einseitig magnetisiert,
Das stimmt. Ich meint denn Unterschied zwischen maximaler und minimaler
Magnetisierung über mehrere Takte Hinweg, nicht den Momentanwert in der
Sperrphase selbst.
>Wie der genaue Zusammenhang, also die genaue Formel für den>Magnetisierungsstrom ist, hab ich noch nicht rausgefunden,
Du kennst die Spannungszeitfläche welche auf die Hauptinduktivität des
Trafos angelegt wird, sowohl die Windungszahl und Kernquerschnitt. Somit
weis man die die Änderung des Magnetisierungsstromes pro Takt. Die
Asymetrie ist eine Anfangsbedingung.
MFG Fralla
Johannes E. schrieb:> Das gilt aber nur für einen kurzen Zeitpunkt direkt am Beginn der> Freilauf-Phase. Wenn die Zeitkonstanten kurz sind, dann wird die> Aufteilung eher durch die ohmschen Widerstände bestimmt, was eher der> Realität entsprechen müsste.
Falsch. In der Simulation sind keine ohmschen Widerstände enthalten, die
unterschiedliche Stromverteilung ist aber trotzdem präsent.
hoderlump schrieb:> Falsch. In der Simulation sind keine ohmschen Widerstände enthalten, die> unterschiedliche Stromverteilung ist aber trotzdem präsent.
Eben weil keine Widerstände da sind, hängt die Stromverteilung in der
Simulation nur von den Streuinduktivitäten ab.
Oder anders formuliert:
Direkt am Beginn der Freilauf-Phase hat man eine Stromaufteilung, die
durch die Induktivitäten bestimmt wird. Danach gibt es einen
Einschwingvorgang mit einer bestimmten Zeitkonstanten L/R; die Ströme
pendeln sich dann auf andere Werte ein. Wenn R=0 ist, dann ist die
Zeitkonstante sehr lang, so dass man das in der kurzen Freilaufzeit
nicht sieht.
In einer realen Induktivität hat man aber immer auch einen ohmschen
Widerstand, deswegen wird sich der Strom in der Realität anders
verhalten als in deiner Simulation.
Hinweis: Wenn man bei einer Induktivität in LTSpice keinen ohmschen
Widerstand definiert, wird automatisch mit 1 mOhm gerechnet.
Johannes E. schrieb:> Hinweis: Wenn man bei einer Induktivität in LTSpice keinen ohmschen> Widerstand definiert, wird automatisch mit 1 mOhm gerechnet.
Ich habe keinen definiert, das heißt, ich hätte 1mOhm in den Spulen und
folglich müsste man den von dir beschriebenen Effekt sehen.1
Außerdem, bedenk doch mal: Es gilt auch meine Formel 2 oben. Die
Differenz der Ströme in den Wicklungen ist konstant solange die Dioden
leiten, weil die Spulen ja elektrisch parallel geschaltet sind.
Stomänderung auf der 1. Spule => Spannung auf der 1. Spule => Spannung
auf der 2. Spule => Stromänderung auf der 2. Spule.
hoderlump schrieb:> Ich habe keinen definiert, das heißt, ich hätte 1mOhm in den Spulen und> folglich müsste man den von dir beschriebenen Effekt sehen.1
Probiers doch einfach mal aus, erhöhe den Widerstand z.B. auf 10 mOhm
oder 50 mOhm und schau, ob sich etwas ändert.
> Außerdem, bedenk doch mal: Es gilt auch meine Formel 2 oben. Die> Differenz der Ströme in den Wicklungen ist konstant solange die Dioden> leiten, weil die Spulen ja elektrisch parallel geschaltet sind.
Das gilt nur, weil kein Widerstand in der Formel berücksichtigt ist. Mit
Widerstand hat man am Widerstand einen Spannungsabfall, der zum Strom
proportional ist. Wenn der Strom in den beiden Wicklungen
unterschiedlich ist, sind die Spannungen an dern Widerständen auch
unterschiedlich und es ergibt sich ein unterschiedliches di/dt in den
Wicklungen.
> Stomänderung auf der 1. Spule => Spannung auf der 1. Spule => Spannung> auf der 2. Spule => Stromänderung auf der 2. Spule.
Mit einem Reihenwiderstand ist es keine Parallelschaltung mehr, die
Gleichung "Spannung auf der 1. Spule = Spannung auf der 2. Spule" gilt
dann nicht mehr.
Die Streuung bewirkt, dass der Magnetisierugsstrom asysmetrisch wird und
somit der Strom währen der Sperrphase. Selbst bei exakt gleichen
Streuinduktivitäten und Widerständen ist der Strom währen der Sperrphase
asymetrisch wenn ungleich magnetisiert (was verschiende Ursachen haben
kann, Asymetrie in der Ansteuerung, "Flußwandern").
Jedoch bewirkt eine asymetrische Streung eine asymetrische
Magnetisierung, da der Trafo verschieden große Spannungsflächen
abbekommt, (versch. Spannungsabfälle an den Streuungen di/dt).
Somit gibt es zwei Ursachen,
1. die Streuung
2. den Magnetisierungsstrom,
wobei letzterer durch die Streung beeinflußt wird.
(Das ohmsche Unterschiede Ströme anders Teile ist wohl sowieso klar).
MFG Fralla
Kaum gehts um irgendwelche Wandler, kommt wie immer der wichtigtuer
Fralla. Hat in seinem Leben nichts anderes erreicht als irgendwelches
Leistungselektronik Zeugs zu entwickeln (Angeblich, wer weis ob das
stimmt). Andere haben da ein viel breiteres Wissen!
Markus L. schrieb:> Kaum gehts um irgendwelche Wandler, kommt wie immer der wichtigtuer> Fralla.
Mir hat Fralla hier sehr weitergeholfen.
Markus L. schrieb:> Hat in seinem Leben nichts anderes erreicht als irgendwelches> Leistungselektronik Zeugs zu entwickeln (Angeblich, wer weis ob das> stimmt).
Leistungselektronik ist die Königsdiziplin in der Elektrotechnik,
Freundchen! Da ist alles drin, was des Hirn begehrt: Schaltungstechnik,
schwierigstes Leiterplattendesign, Messtechnik, Kühlung, EMV,
Regelungstechnik, digitale Ansteuerung...
Pro Fralla!
Ja Ja, er hat dir geholfen weil er sich NUR damit auskennt. Aber mit
sonst nichts. Gehts um andere Themen kann er keinen Beitrag leisten. Das
ist Tatsache.
Markus L. schrieb:> Ja Ja, er hat dir geholfen weil er sich NUR damit auskennt. Aber mit> sonst nichts. Gehts um andere Themen kann er keinen Beitrag leisten. Das> ist Tatsache.
Ich hab jetzt Deinen Namen und "Fralla" gegoogelt und einige Threads
gefunden, in denen Du Fralla angepöbelt hast, aus den dümmsten Gründen.
Ich kann grad nicht damit umgehen, dass Du meinen Thread hier
volltrollst. Kann sich ein Mod drum kümmern und hier zu machen o.ä.?
strom.png
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