Guten Tag allerseits, ich versuche mich gerade an einer Schaltung, mit welcher ich eine Heizpatrone ansteuern kann. Um die Leistung über der Heizpatrone steuern zu können, habe ich mich für eine Ansteuerung mit PWM entschieden. Da Temperaturregelungen eher träge sind, habe ich mich gefühlsmässig für eine PWM Frequenz von 100Hz entschieden. Ich habe den Aufbau einmal im LT-Spice aufgebaut und Simuliert. Dabei ist mir aufgefallen, dass die Spannungsquelle sehr ungleichmässig belastet wird. Dies möchte ich, wenn möglich, etwas glätten. Der Aufbau der Schaltung sowie die Simulationsergebnisse sind angehängt. Die Heizpatrone wird in der Schaltung durch den Widerstand R1 dargestellt. In den Simulationsergebnissen sind drei Kurven dargestellt. In Rot ist der gezogene Strom dargestellt. In Blau wird die Leistung über der Heizpatrone dargestellt. In Grün ist die Spannung an V1 dargestellt. Den Strom in Rot möchte ich nun Glätten, so dass die Quelle V1 etwas gleichmässiger belastet wird. Aus meiner Recherche im Netz und der Literatur vermute ich, dass ihrgendwo noch eine Induktivtät fehlt. Ich finde hierzu jedoch nur Glättungsglieder für Motoren und kann diese nicht auf mein Beispiel anwenden. Eine zweite Frage, welche mich beschäftigt ist, dass die Heizpatrone auf 12V mit 40W ausgelegt ist. Im LT-Spice steigt die Leistung in Blau auf ca. 60W, was mir aus der Formel P=U^2/R klar ist. Meine Frage hierzu: Kann ich eine mittlere Leistung von 40W über das PWM einstellen? Den Tastgrad dazu habe ich über die Formel Ur = (tein/T)*U1 berechnet. Wobei Ur = Spannung über R1 (12V) und U1 = Spannung V1 (14.8V) sein soll. Ich hoffe, dass ich das Problem verständlich beschreiben konnte. Ich bin über jegliche Art von Beantwortung oder Denkanstoss dankbar.
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Fred M. schrieb: > Aus meiner Recherche im Netz und der Literatur vermute ich, dass > ihrgendwo noch eine Induktivtät fehlt. "vermuten" ist ganz schlecht. Ja, man kann den Strom mit einer Induktivität glätten. Bei 100Hz wird die sehr groß. Den Strom nicht zu glätten ist auch okay, es sei denn du lieferst einen triftigen Grund warum das notwendig ist. Fred M. schrieb: > Meine Frage hierzu: Kann ich eine mittlere Leistung von 40W über das PWM > einstellen? Klar, über den Duty-Cycle. Simpler Dreisatz: Pmittel = D * Pmax D= Pmittel/Pmax = 40/60 = 2/3.
Fred M. schrieb: > Den Strom in Rot möchte ich nun Glätten, so dass die Quelle V1 etwas > gleichmässiger belastet wird. Warum?
Fred M. schrieb: > Da Temperaturregelungen eher träge sind, habe ich mich gefühlsmässig für > eine PWM Frequenz von 100Hz entschieden. Warum so schnell? Lötstationen pulsen irgendwas im Zehntelsekunden- bis Sekundenbereich > Meine Frage hierzu: Kann ich eine mittlere Leistung von 40W über das PWM > einstellen? Ja, solange ide Last das spannungsmäßig aushält. Das ist bei einem Heizelement in weitem Bereich der Fall. > Den Strom in Rot möchte ich nun Glätten, so dass die Quelle V1 etwas > gleichmässiger belastet wird. Gib ihr einen Pufferkondensator. > Aus meiner Recherche im Netz und der Literatur vermute ich, dass > ihrgendwo noch eine Induktivtät fehlt. Um den gewünschten Strom bei 100Hz nennenswert zu glätten, brauchst du eine Monsterspule. Du musst dann also auf ganz hohe Taktfrequenzen umsatteln und landest bei StepDown Schaltreglern, die dann aber mit der geringen Drop-Spannung von nur knapp 3V ihr Problem haben werden. Woher kommen denn die 14,8V? Wie stabil sind die?
Lothar M. schrieb: > Woher kommen denn die 14,8V? Wie stabil sind die? Ich lehne mich mal ausm Fenster und sage: Das ist ein Umbau einer Motorrad-Griffheizung mit Stufenschalter auf stufenlose Einstellmöglichkeit, Betrieb am Abblendlicht. Also so ziemlich das schockierendste Netz was es überhaupt gibt.
Hi THOR schrieb: > Ich lehne mich mal ausm Fenster und sage: Dort sollte aber die gleichmäßigere Belastung der Quelle überhaupt keine Rolle spielen - gerade, wenn's eh schon schrottig dort zu geht, kommt es auf die paar Zacken im 100Hz-Takt (oder gar viel weniger - es geht hier um eine Heizung!!) nicht wirklich an. Anders, wenn's Dir den PC jedes Mal bootet, wenn die PC-Stuhl-Sitzheizung kräftig Strom aus dem USB-Port zerrt ;) MfG
Fred M. schrieb: > Simulationsergebnisse sind angehängt. Ich bin beeindruckt, demnächst werden noch Batterie und Lämpchen für's Puppenhaus simuliert. > Den Strom in Rot möchte ich nun Glätten, so dass die Quelle V1 etwas > gleichmässiger belastet wird. > Aus meiner Recherche im Netz und der Literatur vermute ich, dass > ihrgendwo noch eine Induktivtät fehlt. Wer im Umfeld einer ohmschen Last freiwillig eine Induktivität ins Spiel bringt, provoziert Ärger mit Vorsatz. Lothar M. schrieb: > Lötstationen pulsen irgendwas im Zehntelsekunden- bis > Sekundenbereich Eine Sekunde ergibt beim Weller RT rund 100 K Temperaturanstieg, da gehe ich auf minimal 25 ms runter. Trotzdem hast Du recht: Heizungen sind träge, da machen zwei- oder dreistellige Hz keinen Sinn. THOR schrieb: > Ich lehne mich mal ausm Fenster und sage: > Das ist ein Umbau einer Motorrad-Griffheizung mit Stufenschalter auf > stufenlose Einstellmöglichkeit, Betrieb am Abblendlicht. > Also so ziemlich das schockierendste Netz was es überhaupt gibt. Mal gut, dass ich das damals noch nicht wusste: Aus zwei Transistoren und einem Drehpoti einen Multivibrator mit verstellbarem Tastverhälnis gebaut und einen IRF540 hinter - das hat jahrelang einfach funktioniert. In dem Szenario reicht eine Periodendauer im Sekundenbereich, meine, ich hatte das um 0,5 Hz angelegt.
Manfred schrieb: > In dem Szenario reicht eine Periodendauer im Sekundenbereich, meine, ich > hatte das um 0,5 Hz angelegt. Du Boeser! Das sieht man dann wahrscheinlich sogar flackern, wenn es denn einfach an das vermutete Abblendlicht geklemmt wird. lkhhztfcdedec
Manfred schrieb: > Mal gut, dass ich das damals noch nicht wusste: Aus zwei Transistoren > und einem Drehpoti einen Multivibrator mit verstellbarem Tastverhälnis > gebaut und einen IRF540 hinter - das hat jahrelang einfach funktioniert. > > In dem Szenario reicht eine Periodendauer im Sekundenbereich, meine, ich > hatte das um 0,5 Hz angelegt. Ich hab ja nicht gesagt, dass es nicht funktioniert. Kommerziell erhältliche Produkte machen das ja auch so. Gerade WEIL die Stromversorgung so ranzig ist.
Guten Abend vielen Dank für eure Antworten. Meine zweite Frage hat sich hier geklärt. Lothar M. schrieb: > Warum so schnell? Lötstationen pulsen irgendwas im Zehntelsekunden- bis > Sekundenbereich Da ich mich in diesem Bereich nicht auskenne, habe ich diese Frequenz gefühlsmässig einmal angenommen. Da es mir sinnvoll erschien, die Spannung so etwas besser Steuern zu können, da diese bei der Heizpatrone auf 12V ausgelegt ist. Hier habe ich mir gedacht, wenn der Mittelwert der Spannung auf 12V stimmt, stimmt auch die Leistung. Lothar M. schrieb: > Woher kommen denn die 14,8V? Wie stabil sind die? Die 14.8V kommen von einem LiPo. Ich möchte 3 Heizpatronen Parallelschalten, welche (nach Simulation) nachher einen Strom von ca. 12.3A ziehen. Dieser Strom wird Pulsmässig gezogen. Der LiPo mit 3000mAh und 25C Entladestrom kann dies liefern, jedoch vermute ich, dass die Lebensdauer etwas darunter leidet. Ich würde deshalb gerne diesen Strom etwas glätten um möglicherweise die Lebensdauer etwas zu erhöhen. Ich weiss, dass LiPo Akkus sehr gefährlich sind, habe bis jetzt aber noch keine brauchbare Alternative gefunden. THOR schrieb: > Den Strom nicht zu glätten ist auch okay, es sei denn du lieferst einen > triftigen Grund warum das notwendig ist. Ich bin mir nicht sicher ob es bei einem LiPo wirklich notwendig ist. Aber wie bereits erwähnt, denke ich, dass es die Lebenszeit etwas verlängern könnte. LG Fred
Fred M. schrieb: > THOR schrieb: >> Den Strom nicht zu glätten ist auch okay, es sei denn du lieferst einen >> triftigen Grund warum das notwendig ist. > > Ich bin mir nicht sicher ob es bei einem LiPo wirklich notwendig ist. > Aber wie bereits erwähnt, denke ich, dass es die Lebenszeit etwas > verlängern könnte. Das stimmt tatsächlich. In dem Fall musst du das tun was schon gesagt wurde: Frequenz hoch damit die Spule nicht so groß wird. Also ein Abwärtswandler.
THOR schrieb: > In dem Fall musst du das tun was schon gesagt wurde: Frequenz hoch damit > die Spule nicht so groß wird. Also ein Abwärtswandler. Okey :) vielen Dank für eure Hilfe.
Fred M. schrieb: > Die 14.8V kommen von einem LiPo. Also bei vollem Akku 16.8V. Und bei quasi leerem Akku 13.2V. Das solltest du bei der Regelung beachten. Fred M. schrieb: > Ich bin mir nicht sicher ob es bei einem LiPo wirklich notwendig ist. > Aber wie bereits erwähnt, denke ich, dass es die Lebenszeit etwas > verlängern könnte. Eine Unterspannungsabschaltung ist erst mal wichtiger. 12A sind ja grade mal 4C. THOR schrieb: > In dem Fall musst du das tun was schon gesagt wurde: Frequenz hoch damit > die Spule nicht so groß wird. Also ein Abwärtswandler. China-Wandler mit Begrenzung auf 12V ist vermutlich das schnellste und billigste. Ob das für die Lebensdauer was bringt... 4C ist nicht die Welt und der billige Wandler hat 5% Verluste. Also auch mehr Ladezyklen. Für maximale Lebensdauer würde ich die 3 Patronen eher versetzt ansteuern. Praktisch keine Verluste und der max. Strom ist nicht viel höher als mit Wandler. Wird auch vom Bauraum die kleinste Lösung.
Fred M. schrieb: > Die 14.8V kommen von einem LiPo. Ich habe mich nur über die "Komma Acht" gewundert... Und daraus folgend zum Thema Simulation: eine Simulation ist bestenfalls so gut wie ihr schlechtestes Modell. Und das Modell deiner Versorgung ist tatsächlich ziemlich schlecht und nur ein kurzer Schnappschuss der Realität. Denn 14,8V hat deine Quelle gerade mal ein paar Minuten beim Übergang von 14,9V nach 14,7V. Wie gesagt: Kauf dir bei Ebay ein paar Schaltreglermodule für 2 Euro, die stellst du auf 12V ein und du bist fertig.
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Bearbeitet durch Moderator
Fred M. schrieb: > Da Temperaturregelungen eher träge sind, habe ich mich gefühlsmässig für > eine PWM Frequenz von 100Hz entschieden. Meinst Du, daß Du mit dieser Frequenz die Temperaturregelung flotter bekommst? Ich halte das für unnötig hektisch. 10 Hz oder 5 Hz dürften dicke ausreichen; wie lange braucht denn die Heizpatrone, um ohne PWM bei Maximalleistung die gewünschte Temperatur zu erreichen?
Hallo, willst Du jetzt die Heizleistung oder die mittlere Spannung an den Heizpatronen regeln. Bei einer ungefilterten PWM ist die Leistung proportional zum Tastverhältnis. Bei einer gefilterten PWM reduziert sich die Leistung quadratisch zum Tastverhältnis. (50% PWM = halbe gefilterte Spannung und damit auch halber Strom = 25% Leistung). Gruß Anja
> Für maximale Lebensdauer würde ich die 3 Patronen eher versetzt
ansteuern.
DAS ist doch mal ne sehr gute Idee. Die steigende Flanke schaltet
"einen weiter" und die fallende Taktflanke löscht den Ausgang wieder. So
könnte man über die Impulsbreite trotzdem immernoch in grenzen die
Leistung regeln.
Natürlich: jede Patrone bekäme nur noch für ein drittel der Gesamtzeit
Strom ab. Wenn das nicht reicht (wird aber), muss man über eine
überlappende Ansteurung nachdenken.
Wenn aber Strom, Spannung und Leistung an einem Widerstand hier schon
simuliert werden müssen, statt einfach mal die Augen zu schliessen und
sich das kurz herzuleiten, erübrigen sich weitere Gedanken zum
"interleaved heatable handle / cartridge heater" ;)
Es ging doch um Motorrad Griffheizungen?
StromTuner
Axel R. schrieb: > Es ging doch um Motorrad Griffheizungen? Das kommt nicht vom TO. Da hat sich m.E. einer zu weit aus dem Fenster gelehnt. Und deshalb wird auch der Ansatz mit der 1/3 Einschaltdauer pro Element für die gewünschte Leistung nicht ausreichen.
Lothar M. schrieb: > Und deshalb wird auch der Ansatz mit der 1/3 > Einschaltdauer pro Element für die gewünschte Leistung nicht ausreichen. Das kann DANN gut möglich sein. Den Ansatz der versetzten Ansteuerung sollte man trotzdem verfolgen oder zumindest nicht aus den Augen verlieren. Ist ja ein erheblicher Unterschied, ob dort aufn Schalg 12A fliessen oder häppchenweise 4 "Amper". StromTuner
Ich hatte jetzt nicht gemeint, dass immer nur eine Patrone ein ist. Das sollte schon überlappend erfolgen können (wenn die 120W Leistung auch gebraucht werden). Man muss halt das max. Tastverhältnis je nach Akkuspannung begrenzen. 12V/40W macht 3.6Ohm sind an 16.8V und 100% PWM 78W, also Tastverhältnis < 51% (4.7A pro Patrone) bei 14.8V und 100% PWM sind 66W, also Tastverhältnis < 66% (4.1A pro Patrone) Versetzt angesteuert schwankt der Strom bei 120W Leistung dann halt zwischen dem Strom von 1 und 2 Patronen. Erst unter 14.8V wenn das Tastverhältnis bei über 66% liegt fließt zeitweise der Strom von 3 Patronen.
Aber eines sollte man dabei durchaus beachten: im Allgemeinen interessiert nicht die Leistung, die in eine Heizpatrone hineingesteckt wird, sondern die Temperatur, die damit herauskommt.
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