Hallo Forum,
ich habe vor, eine Speicherspule für einen Aufwärtswandler/ PFC für
Uein=150V..325V Uaus=565V zu wickeln, Chip: LT1248. Die Spule soll bei
300kHz arbeiten mit L=120uH, Imax=3..5A.
Mal davon abgesehen, dass 300kHz und 3..5A eine gewisse Herausforderung
sind, will ich hier meine Bedenken bzgl. Skineffekt und Speicherspule
diskutieren:
Problem:
Bei 300KHz ergäbe sich eine Skintiefe von ca. 0,12mm. D.h. nach 0,12mm
ist die Stromdichte im Leitermaterial der Spule auf 1/e, d.h. auf(!) 37%
abgefallen (https://de.wikipedia.org/wiki/Skin-Effekt). Daraus würde ich
schlußfolgern, dass ein Drahtdurchmesser in der Größenordnung von 0,1mm
schon die Obergrenze darstellt.
So ein Draht hat 0,00785mm2 Querschnitt
Berücksichtige ich jetzt noch, dass ich Imax=3..5A haben will bei einer
Stromdichte von 10A/mm2 (im Gleichstromfall, als Anhaltspunkt) so komme
ich auf 64 Einzelfasern in einer möglichen HF-Litze. Bei höheren Strömen
oder bei geringeren geforderten ohmschen Verlustleistungen in der Spule
müßten dann noch mehr Einzelfasern genommen werden.
Theorie:
Soweit ich den Skinneffekt verstehe, kommt es durch sich schnell
ändernde Ströme im Leiter zu einem sich schnell verändernden B-Feld, das
dann seinerseits eine Spannung erzeugt, die dem fließenden Strom
entgegengerichtet ist. Nun ist das B-Feld in der Leitermitte am größten,
weshalb der Strom in den Aussenbereichen des Leiters weniger behindert
wird und hier stärker fließt, als in der Leitermitte.
Es kommt also nicht darauf an, dass die einzelnen Leitze voneinander
isoliert sind, sondern nur, dass sie einen gewissen Abstand zueinander
haben, oder?
Alternative:
Man stelle sich 64 lackisolierte Einzelfasern vor und vergleiche das
Verhalten mit 64 nichtisolierten Einzelfasern, die so ungeschickt
miteinander verdrillt/ verflochten/ gewebt sind, dass sie sich z.B. nur
alle 5mm punktförmig berühren.
Hätte man dann nicht auch den Effekt einer HF Litze in abgeschwächter
Form?
Das würden bedeuten, dass einfache, feine Schaltlitze eine bessere
HF-Eignung hätten als Volldraht.
Hat einer so etwas mal gehört?
Gruesse Laedi
Ref: Beitrag "Skin Effekt bei Rinkern Spulen"
Laedi schrieb:> Es kommt also nicht darauf an, dass die einzelnen Leitze voneinander> isoliert sind, sondern nur, dass sie einen gewissen Abstand zueinander> haben, oder?
Na ja, entfernte Adern sind auch isoliert, luftisoliert.
Laedi schrieb:> Hätte man dann nicht auch den Effekt einer HF Litze in abgeschwächter> Form?
Hätte hätte Entengrütze, sie hat aber nicht, sondern auf der ganzen
Länge Kontakt.
Interessanter ist eine andere Berechnung: Wenn es kein
diskontinuierlicher Regler ist sondern ein kontinuierlicher mit nur 10%
Ripplestrom, dann fliesst 90% des Stroms als Gleichstrom und damit über
den ganzen Leiterquerschnitt. Und für die 10% ist die
Widerstandserhöhung durch Skin-Effekt ggf. tolerabel. Daher kommen die
meisten Hochstrom-Schaltwandler ohne Hf-Litze aus, Schwingkreise jedoch
bei schon viel geringererm Strom nicht.
Michael B. schrieb:> Hätte hätte Entengrütze, sie hat aber nicht, sondern auf der ganzen> Länge Kontakt.
heißt das nicht hätte, hätte, Fahrradkette..;-)
>> Interessanter ist eine andere Berechnung: Wenn es kein> diskontinuierlicher Regler ist sondern ein kontinuierlicher mit nur 10%> Ripplestrom, dann fliesst 90% des Stroms als Gleichstrom und damit über> den ganzen Leiterquerschnitt. Und für die 10% ist die> Widerstandserhöhung durch Skin-Effekt ggf. tolerabel. Daher kommen die> meisten Hochstrom-Schaltwandler ohne Hf-Litze aus, Schwingkreise jedoch> bei schon viel geringererm Strom nicht.
das ist mal ein Argument, das überzeugt. Hatte mit ltspice die Scahe
bereits simuliert und den Stromverlauf die ganze Zeit vor Augen, habe
den Gleichstromanteil aber nicht gesehen/ bedacht.
okay und Danke, Leadi
Michael B. schrieb:> Interessanter ist eine andere Berechnung: Wenn es kein> diskontinuierlicher Regler ist sondern ein kontinuierlicher mit nur 10%> Ripplestrom, dann fliesst 90% des Stroms als Gleichstrom und damit über> den ganzen Leiterquerschnitt. Und für die 10% ist die> Widerstandserhöhung durch Skin-Effekt ggf. tolerabel. Daher kommen die> meisten Hochstrom-Schaltwandler ohne Hf-Litze aus, Schwingkreise jedoch> bei schon viel geringererm Strom nicht.
Also ich kenne PFC-Drosseln schon mit HF-Litze. Nicht das versilberte
Zeugs aber sowas:
http://www.spulen.com/hf-litze-20-x-0-05-mm-10-g-spule.html
Da sind die Einzeldrähte lackiert, damit das für den Skineffekt wirksam
ist.
Im Übrigen würde ich nicht mit der Grundwelle rechnen, sondern noch
mindestens Faktor 3-5 auf die Frequenz aufschlagen. Du hast auch
Obewellen, auch die heizen dir ein.
Zwecks DCM und CCM:
Im Endeffekt fährt man die Drossel auch bei CCM mit hohem Rippel, weil
man sonst eine hohe Induktivität benötigen würde. Für hohe Induktivität
brauchts dann einen größeren Kern oder mehr Windungen.
Das ist halt ein Tradeoff...
Blanke Litze hat durch die gegenseitigen Berührungen genauso
Stromverdrängung wie Massivdraht. Man muss dann mit der übelsten Folge
rechnen, dank Murphy: schlecht wie Massivdraht.
Im Gegenteil, da die Folge der Kontaktstellen sehr zufällig und
veränderlich ist, werden die Eigenschaften des Wandlers eine Lotterie.
Ein Kunde stellt dann zum Beispiel einen schlechten Wirkungsgrad fest.
Der fühlt sich doch angelogen, wenn er bei seinem Gerät 80% misst und
die Antwort bekommt " bei uns haben die Geräte alle 95%".
oder: Bei der Entwicklung hatte man "gealterten" Draht mit Oxidschicht
auf den Litzendrähten, der sich wie Litze verhält. In der Serie
verarbeitet man dann frisch gezogenen blanken Draht, der sich wie
Volldraht verhält. Na, Danke.
npn schrieb:> Isch abe gar keine Kette, isch abe Kardanwelle :-)
Wie lange soll denn das halten?? Sieht stark nach Geldmache aus. Wenn da
ein schwerer, sportlicher Fahrer ein Mal in den Wiegetritt geht, kracht
es.
Die dortigen Kräfte sind fast höher als beim Auto.
Einziger Vorteil, das verdreckt nicht.
0815 schrieb:> Wenn da> ein schwerer, sportlicher Fahrer ein Mal in den Wiegetritt geht, kracht> es.
Wenn ein 1000PS-Bugatti per Kardanwelle angetrieben wird, sollte das
auch beim Fahrrad zu schaffen sein. Jedenfalls für normale Fahrer,
Drehmomentmonster wie du vielleicht ausgenommen.
Georg
Hi Forumsleser, hier mein Schlußwort:
meine Idee war es, bei einer Speicherdrossel anstelle der aufwendig zu
verarbeitendenen HF-Litze einfache Litze zu verwenden. Meine Überlegung
war, dass sich auch in einfachen Litzen ohne Lackisolierung die
Einzeldrähte nicht flächenmäßig berühren können, sondern nur in Punkten
und sonst zwischen ihnen Luft ist. Das könnte ja den Skineffekt auch
mildern, dachte Laedi.
Das ist natürlich Quatsch, weil:
1) Es reicht nicht aus, dass die Einzeldrähte einer HF Litze
gegeneinander isoliert sind, sie müssen auch so angeordnet sein, dass
jeder Einzeldraht gegenüber dem Eigenmagnetfeld jede Lage der anderen
Drähte angenommen hat. Z.B. durch Verdrillen.
Quelle:
https://www.hpe.ee.ethz.ch/uploads/tx_ethpublications/Magnetische_Bauelemente_A4.pdf
Abschnitt 1.4 Seite 18
2) Neben dem Skineffekt gibt es auch noch den Proximityeffekt (Einfluß
der Stromdichteverteilung im Leiter aufgrund fremder Magentfelder), für
dessen Vermeidung/ Verringerung es keine einfache Methode gibt
3) Bei meiner Wandlertopologie (Aufwärtswandler) durchfließt die
Drosselspule auch immer ein erheblicher Gleichstromanteil, dessen
ohmsche Verluste u.U. höher sind als die Verluste durch Skin-oder
Proximityeffekt.
Übrigens fand ich es erstaunlich, wie wenig der Einsatz von HF-Listen
bei Hochstromanwendungen bringt. Siehe obige Quelle: seite 50, Abb 1.32
Schlußfolgerung für mich: bei Speicherspulen muß jeder für sich genau
rechnen oder messen, ob sich der Einsatz von HF-Litzen lohnt. Und
einfache Litze ohne Isolierung der Einzelandern bringt natürlich
garnichts.
Grüsse Laedi.
