Strom im Kondensator bei PWM 100 Hz berechnen

[Thomas M. (ken_k)]

Hallo liebe Forenkollegen,

bestimmt kann mir jemand auf die Sprünge helfen.

Ich habe in die Leselampe meines Autos mit einem Arduino Nano und ein 
paar adressierbare RGB Led verbaut um während der Fahrt meine kleine 
Tochter zu unterhalten. Die Versorgung nehme ich mir vom ursprünglichen 
Leuchtmittel. Im stillstand des Wagens hat alles gut funktioniert. 
Während der Fahrt jedoch nicht. Ich habe herausgefunden dass während der 
Fahrt die Versorgungsspannung der Beleuchtung mit PWM 100Hz gespeist 
wird.
Ich habe nun kurzerhand einen Elko 1000µF parralel geschaltet um die 
lücken zu füllen. Funktioniert auch, jedoch habe ich sorgen dass mir auf 
Dauer das Steuergerät abraucht wegen des Ladestroms des Kondensators.
Kann mit jemand helfen wie der Ladestrom des Kondensators zu berechnen 
ist?

Danke und Gruß

Thomas

[THOR (Gast)]

I = Q /t, Strom ist gleich Ladung pro Zeit.
Q = C * U Ladung ist gleich Kapazität mal Spannung.

Unter der Annahme dass die Spannungsquelle sehr niederohmig ist und den 
Kondensator daher in der vorhandenen Zeit komplett laden kann:

I = C*U/t

I = 1mF * 12V / (1/200Hz) = 2,4A mittlerer Strom.

Der Spitzenstrom kann unendlich groß werden.

Es wäre vorteilhaft, eine Diode zu verbauen, siehe 
Hüllkurvendemodulator.

[Thomas M. (ken_k)]

Hallo Thor,

lieben Dank für die Erklärung.
Ein paar Fragen noch.
Der Strom kann unendlich groß werden weil der Kondensator im entladenen 
Zusatand wie ein kurzschluss wirkt, richig?
Warum werden aus den 100 Hz in der Formel auf einmal 200 Hz?
Die Diode müsste dann 30 Watt haben, oder? Das würde ein ziemlicher 
Trümmer.

Danke und Gruß

Thomas

[THOR (Gast)]

Thomas M. schrieb:
> Der Strom kann unendlich groß werden weil der Kondensator im entladenen
> Zusatand wie ein kurzschluss wirkt, richig?

Ja. Nur der Innenwiderstand der Quelle und die kleinen ohmschen 
Widerstände von Kabeln, Verbindern und ESR des Kondensators begrenzen 
den Strom.

Thomas M. schrieb:
> Warum werden aus den 100 Hz in der Formel auf einmal 200 Hz?

100Hz Grundfreqenz der PWM heisst 2 Pegeländerungen innerhalb einer 
Periode, sind 200Hz. Einmal von positiv nach negativ, einmal 
andersherum.

Thomas M. schrieb:
> Die Diode müsste dann 30 Watt haben, oder? Das würde ein ziemlicher
> Trümmer.

Nein. Soviel, wie dein Arduino braucht. Dioden für 2,5A haben aber auch 
Pfenniggröße. 1N4007 oder sowas.

[Günter Lenz (Gast)]

Thomas M. schrieb:
>wegen des Ladestroms des Kondensators.
>Kann mit jemand helfen wie der Ladestrom des Kondensators zu berechnen
>ist?

PWM sind ja Rechteckimpulse. Je steiler die Flanken sind, um so
größer ist der Ladestrom des Kondensators in diesem Moment. Also
bei idealen Rechteckimpulsen ist der Strom dann unendlich groß.
Deshalb läd man ja auch bei PWM den Kondensator über eine
Speicherdrossel, dann stellt sich ein mittlerer Ladestrom ein.

[THOR (Gast)]

Vielleicht der Hinweis noch: KFZ Bordnetz kann kurzzeitig 60V haben.

Ich würde in Reihe zur Diode nen Widerstand setzen und parallel zum 
Kondensator ne 15V Z-Diode.

[Thomas M. (ken_k)]

Hallo Thor,

wenn ich das so wie von Dir Vorgeschlagen umsetze, dann sollte das wie 
in der Anlage skizziert aussehen, oder?

Danke und Gruß

Thomas

[MaWin (Gast)]

Thomas M. schrieb:
> Ich habe nun kurzerhand einen Elko 1000µF parralel geschaltet um die
> lücken zu füllen.

Oh Mann, 100 mal pro Sekunde ein Kurzschluss.
Der Strom ist im Prinzip unendlich, begrenzt nur durch Kabelwiderstand. 
Und natürlich ggf. durch Eigenschutz Strombegrenzung des 
Innenlichtdimmers.
Bau bloss den Elko wieder aus, du be- bzw. überlastest die vorhandene 
Elektronik 100 mal pro Sekunde.

Variante1: vor den Elko eine grosse Spule, so 10mH. Dann bekommst du 
aber eine mittlere niedrigere Spannung.

Variante2: deine Schaltung so bauen, dass sie mit PWM klar kommt und 
mitdimmt. Jedes Mal Variablen im EEPROM speichern und wenn der Strom 
wieder kommt weitermachen. Der uC ist schnell genug.

Oder nur ein kleiner Kondensator mit Vorwiderstand der nur den uC 
versorgt und wenn der Strom wegbleibt, gleich auf sleep umschalten.

[THOR (Gast)]

Ja, genau.

[Axel R. (Gast)]

es sind ca.8ms "an" und 2ms "aus". Du brauchst jetzt deine Spannung bei 
"an" und musst abschätzen, wie sehr die Spannung bei "aus" einbrechen 
darf.
Wenn Du 1V Spannungseinbruch erlaubst, werden aus den 12V in der Formel 
oben nur noch 1V. Die Sache relativiert sich wieder. Sooo viel Strom 
fliessen jetzt nicht durch deine LEDs.

Ich habe genau das gleiche mit meinen Hauptscheinwerfern durch.
Dort musste ich natürlich etwas mehr nachhelfen.

Vorwiderstand 0.5R mit diode in Sperrrichtung überbrückt (zum raschen 
Entladen) und einen 2200µ/25V Elko.

 PLUS
 --------------o------.
               |      |
               |     .-.
               |    ( X )
               |     '-'
  MINUS        |      |
 --------o-----)------'
         |     |
         |     |
         |     o---.
         |     |   |
         |    .-.  |
         |    | |  -
         |    | |  ^
         |    '-'  |
         |     |   |
         |     o---'
         |  \] |
         '--|]-'
            /]+
(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

StromTuner

[Boris O. (bohnsorg)]

MaWin schrieb:
> Oh Mann, 100 mal pro Sekunde ein Kurzschluss.
> Der Strom ist im Prinzip unendlich, begrenzt nur durch Kabelwiderstand.
> Und natürlich ggf. durch Eigenschutz Strombegrenzung des
> Innenlichtdimmers.
> Bau bloss den Elko wieder aus, du be- bzw. überlastest die vorhandene
> Elektronik 100 mal pro Sekunde.

Ist er nun im Prinzip unendlich oder real begrenzt? Wie funktionieren 
denn Wechselrichter mit Pufferkondensatoren am Eingang? Warum kann ich 
die sogar in Reihe schalten, um bspw. aus 230V Wechselspannung erst 12V, 
dann 5V und schließlich 1,xV zu erhalten?

Solange das kein Low-ESR-Elko ist, ist sein äquivalenter 
Serienwiderstand (ESR) reichlich hoch und es wird bisserl warm, wobei 
100Hz noch keine Katastrophe bedeuten.

Ich würd' eher nach der Ursache für die 100Hz suchen, vielleicht lässt 
sich schon der Eingang vom originalen Leselicht mit einem Elko puffern 
(aus dem Post geht nicht hervor, wo der Puffer-Elko sitzt).

[MaWin (Gast)]

Boris O. schrieb:
> Ist er nun im Prinzip unendlich oder real begrenzt?

Mit Glück begrenzt der Innenlichtdimmer, sonst theoretisch unbegrenzt, 
praktisch Kabelwiderstand.

Wie funktionieren
> denn Wechselrichter mit Pufferkondensatoren am Eingang?

Was hat hier ein Wechselrichter verloren ? Er wandelt Gleichspannung aus 
einem Akku in Wechselspannung um, der Kondensator am Eingang dämpft die 
impulsförmige Stromaufnahme bei konstanter Spannung.

> Warum kann ich
> die sogar in Reihe schalten

Wäre mir neu, 2 x 239V~ für 460V~ oder 2 x 12V um ihn an einen 2%V Akku 
anzuschliessen ?

> um bspw. aus 230V Wechselspannung erst 12V,
> dann 5V und schließlich 1,xV zu erhalten?

?!? Wechselrichter ? Weisst du vielleicht nicht was ein Wechselrichter 
ist ?

> Solange das kein Low-ESR-Elko ist, ist sein äquivalenter
> Serienwiderstand (ESR) reichlich hoch

Na ja, auch ein normaler 85 GradC Elko wie Elna RE3 hat bei 1000uF unter 
0.5Ohm, bei 100V unter 0.2 Ohm, das reicht schon für mehrere Ampere.

> und es wird bisserl warm, wobei
> 100Hz noch keine Katastrophe bedeuten.

Dauernde Kurzschlüsse sind immer schlecht, für Kondensator, 
,Spannungsquelle und verseuchte Umwelt.

[Thomas M. (ken_k)]

Vielen lieben Dank für die zahlreichen  Rückmeldungen.
Zusammenfassend kann man sagen, so wie ich es gemacht habe ist es nicht 
optimal. Meine Konstuktion habe ich erstmal abgeklemmt und werde in 
meiner Bastelecke mal einen Versuchsaufbau machen bei dem ich die 
Situation nachstelle. Da kann ich dann auch vernünftig überprüfen welche 
der Vorgeschlagenen Maßnahmen welchen Einfluss hat.

Vielen Dank für Eure Vorschläge


Gruß

Thomas