Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Resonanzwandler, Simulation und Validierung. Primärspannung?


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von Steve L. (elektrolore)


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Hallo,

kann mir bitte jemand dabei helfen, die Primärspannung meines 
Resonanzwandlers zu bestimmen? Rechnerisch natürlich! Die Simulation und 
Realität stimmen sehr gut überein. Alle Spannungen die ich simuliere 
passen zu nahezu perfekt auf meine Messungen. Die Simulation findet ihr 
im Anhang.
Hier steht, die Primärspannung ist Uin * pi:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Royer_Converter
Dieselbe Information finde ich (zwar indirekt, aber dennoch) hier:
http://www.cooperindustries.com/content/dam/public/bussmann/Electronics/Resources/technical-literature/Coiltronics/BUS_Elx_App_Notes_4035_CCFL.pdf

Aber wie kommt die Primärspannung bzw. die Formel zustande? Das wird ja 
nicht einfahc aus der Luft gegriffen sein. Ich hoffe jemand kann mir 
helfen. Nebenbei bemerkt sind die Teilspannungen über den Spule eben 
genau die Hälfte groß: Uin *(pi/2)

Die Spice Simulation habe ich mit angehängt.
Dazu gibts auch noch ne animierte Simulation(sry für den langen Link):
http://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?cct=$+3+4.5289855072463766e-7+0.03246524673583497+38+5+43%0Av+496+560+496+288+0+0+40+5+0+0+0.5%0Ac+784+368+688+368+0+1.74e-7+7.976005306821981%0Ar+608+288+608+384+0+680%0At+608+448+672+448+0+1+0.6259648849874653+-0.06620902229582204+100%0At+896+448+800+448+0+1+-6.584672991008146+0.6991584085305482+100%0Al+496+288+608+288+0+0.000056+0.136267935935355%0Aw+608+384+608+448+0%0Aw+672+464+672+560+0%0Aw+800+464+800+560+0%0Aw+800+560+672+560+0%0Aw+672+560+496+560+0%0Aw+688+368+672+368+2%0Aw+672+368+672+432+0%0Aw+784+368+800+368+2%0Aw+800+368+800+432+0%0A169+976+320+832+320+0+0.00003+1+-8.934852857578335e-12+-1.1945300600217785+-1.0631965765344145%0Aw+608+288+832+288+0%0Aw+832+256+672+256+0%0Aw+672+256+672+368+0%0Aw+800+368+832+368+0%0Aw+832+320+832+368+0%0Aw+896+496+608+496+0%0Aw+608+496+608+448+0%0Ag+672+560+672+592+0%0Ag+976+320+976+352+0%0Ar+1024+256+1024+320+0+1000000000000%0Aw+1024+256+976+256+0%0Aw+1024+320+976+320+0%0Av+928+448+928+496+0+1+69000+2+0+0+0.5%0Aw+896+448+928+448+0%0Aw+928+496+896+496+0%0Ao+13+1+0+2083+20+1.6+0+-1+0%0Ao+4+1+4+2083+4.676805239458889+1.220703125e-55+1+-1+0%0A

Ich hoffe jemand kann mir helfen

MfG

von Steve L. (elektrolore)


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Hier noch einige Daten:
Der Resonanzwandler ist selbtschwingend, daran sind maßgeblich C1, L1 
und L2 beteiligt, die den primärseitigen Resonanzkrei bilde. Über 
1/(2+Pi*sqrt(L*C)) lässt sich die Resonanzfrequenz bestimme. Allerdings 
muss für L mit dem 4-fachen wert gerechnet werden. (Da L1 und L2 auf 
einem Kern sitzen, vervierfacht sich die Induktivität, denn die Anzahl 
der WIndungen geht quadratisch in die Induktivität ein..-> Doppelte 
Windungszahl, vierfaches L!
Die Transistoren sitzen auf demselben Kern mit der Feedbackspule L3 und 
werden immer dann umgeschaltet, wenn der magnetische Fluss im Kern 0, 
d.h. die Ströme in L1 und L2 am höchsten sind, bzw. Die Spannung an C1 
am niedrigsten ist. Daher auch ZVS (Zero-Voltage switch) genannt.
R1 ist zum Anschwingen und als vorwiederstand da und L5 zur Entkopplung 
der Versorgeung vor Wechselspannung bzw auch als Puffer für die 
alternierenden Ströme.

N1 und N2 sind je 9 Windungen. N4 1800. Damit ergibt sich ein 
übersetzungsverhältnis von 100. Mit Uprim von 5*pi sind das etwa 16Vs, 
was am Ausgang 1,6Vss und 3,2kVss macht. Die Ausgangswiderstände(von 
denen R3 nichts tut) sind eifnach nur als hochohmige Last da, da das 
Teil insgesamt sehr instabil auf Lasten reagiert.

Aber nach wie vor habe ich immernoch ads Problem dass ich nicht 
herausfinde wie die Primärspannung zustande kommt... Daher benötige ich 
eure Hilfe

von Falk B. (falk)


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@Steve Lance (elektrolore)

>kann mir bitte jemand dabei helfen, die Primärspannung meines
>Resonanzwandlers zu bestimmen?

Hab kein LTSpice, kann also deine Schaltung nicht anschauen.

>Rechnerisch natürlich! Die Simulation und
>Realität stimmen sehr gut überein.

Praxis heißt, wenn alles funktioniert aber keiner weiß warum ;-)

>Hier steht, die Primärspannung ist Uin * pi:
>https://www.mikrocontroller.net/articles/Royer_Converter

;-)

>Aber wie kommt die Primärspannung bzw. die Formel zustande?

Mal die Links am Ende des Artikels angeschaut?

Beitrag "Herleitung der Formeln im Artikel Royer Converter"

>helfen. Nebenbei bemerkt sind die Teilspannungen über den Spule eben
>genau die Hälfte groß: Uin *(pi/2)

Tja, das sollte einem selbst mit den einfachsten Grundkenntnissen zum 
Thema Trafo klar werden. Halbe Windungszahl = halbe Spannung.

von voltwide (Gast)


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guxtu mal unter "first harmonic approximation"

Die Fourieranalyse einer Rechteckschwingung liefert als ersten 
Koeffizienten 4/pi.
Demnach ist die Amplitude der 1. Harmonische oder Grundwelle einer 
Rechteckschwingung größer als die Amplitude des Rechteckes selbst.
Ich denke mal dass aus diesem Grunde die Zahl pi in der Formel 
auftaucht.

von Steve L. (elektrolore)


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> Mal die Links am Ende des Artikels angeschaut?
>
> Beitrag "Herleitung der Formeln im Artikel Royer Converter"

Oh mann, den hab ich echt übersehen. Vielen Dank. Das führt ja schonmal 
in die richtige Richutng. Aber ich seh nicht ganz wo das die Herleitung 
sein soll. Du beschreibst ja schon, dass die Primärspannung am der 
Primärspule "entsteht" und schließt dann auf die Eingansspannugn zurück 
die mit dem Verhältnis 2:1 entsteht, nennst dann den Formfaktor.
Dann müsste doch der eigentliche Grund der Entstehung beim Schwingkreis 
liegen. Aber wie widerrum kommen da die Uein*pi zustande? Da müsste doch 
die Spannungsüberhöhung bei Resonanz der maßgebliche Faktor sein, also 
die Güte. Diese ist aber von pi unabhängig und is nur bedingt durch L,C 
und R.
Natürlich kann ich wenn ich weis wie groß der Scheitelwert ist mit pi 
auf die eingangsspannung kommen, aber Grund warum das grade pi ist muss 
ja irgendwo im Schwingkreis liegen.

Btw ist das eigentlich ein Serien-, oder Parallelschwingkreis? Denn es 
gibt eine Spannungsüberhöhung und eine Stromüberhöhung....

von Steve L. (elektrolore)


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voltwide schrieb:
> guxtu mal unter "first harmonic approximation"
>
> Die Fourieranalyse einer Rechteckschwingung liefert als ersten
> Koeffizienten 4/pi.
> Demnach ist die Amplitude der 1. Harmonische oder Grundwelle einer
> Rechteckschwingung größer als die Amplitude des Rechteckes selbst.
> Ich denke mal dass aus diesem Grunde die Zahl pi in der Formel
> auftaucht.

Mmmh, erstmal danke für deine Antwort. Aber hier kommen keine 
Rechtecksignale vor... Aber kannst du das vllt etwas genaue erläutern? 
Es gibt schließlich viele Koeffizienten und Gleichungen wo irgendwas mit 
pi drinsteckt.. ;)

von Falk B. (falk)


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@voltwide (Gast)

>guxtu mal unter "first harmonic approximation"

Jaja, ganz tolle Show.

>Die Fourieranalyse einer Rechteckschwingung liefert als ersten
>Koeffizienten 4/pi.

Dumm nur, daß in der Schaltung des OP nahezu keinerlei Rechtecksignale 
auftauchen . . .

Aber Hauptsache was geschwätzt.

von Falk B. (falk)


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@Steve Lance (elektrolore)

>in die richtige Richutng. Aber ich seh nicht ganz wo das die Herleitung
>sein soll.

Es ist nur eine quick & dirty Erklärung, die akademische Herleitung 
überlasse ich den Akademikern ;-)


> Du beschreibst ja schon, dass die Primärspannung am der
>Primärspule "entsteht" und schließt dann auf die Eingansspannugn zurück
>die mit dem Verhältnis 2:1 entsteht, nennst dann den Formfaktor.
>Dann müsste doch der eigentliche Grund der Entstehung beim Schwingkreis
>liegen. Aber wie widerrum kommen da die Uein*pi zustande?

Steht doch in der Erklärung!

> Da müsste doch
>die Spannungsüberhöhung bei Resonanz der maßgebliche Faktor sein,

Nein, hier gibt es keine Resonanzüberhöhung wie beim 
Parallelschwingkreis. Es wird nur exakt sowiel Energie nachgeliefert, 
wie zum Aufrechterhalten der Normamplitude benötigt wird, egal wie hoch 
die Güte des Schwingkreises ist.

>Natürlich kann ich wenn ich weis wie groß der Scheitelwert ist mit pi
>auf die eingangsspannung kommen, aber Grund warum das grade pi ist muss
>ja irgendwo im Schwingkreis liegen.

Steht in der Erklärung. Nochmal in ruhe lesen und drüber nachdenken.

>Btw ist das eigentlich ein Serien-, oder Parallelschwingkreis? Denn es
>gibt eine Spannungsüberhöhung und eine Stromüberhöhung....

Nö. Ich würde meinen, es ist ein Serienschwingkreis mit induktiver 
Speisung (über die Mittelanzapfung, ähnlich einem Spartransformator)

von voltwide (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Aber Hauptsache was geschwätzt.

Durch Deine unnachahmlich sympathische Art wächst Du mir immer mehr ans 
Herz. Wirklich!

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