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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Boost Convter Strom messen


Autor: Shunt (Gast)
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Hallo,

Thema Boost Converter. Ist es ausreichend, wenn ich den Strom so oft pro 
Sekunde messe, wie hoch der Takt des Transistor ist?

Beispiel: Transitor Takt 10kHz und somit 10ksps

Oder sollte man öfter / seltener messen? Wenn ja, warum?

: Verschoben durch Moderator
Autor: Christian S. (roehrenvorheizer)
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Shunt schrieb:
> Hallo,
>
> Thema Boost Converter. Ist es ausreichend, wenn ich den Strom so oft pro
> Sekunde messe, wie hoch der Takt des Transistor ist?


Zu welchem Zweck denn so oft? Willst Du dann einen Mittelwert bilden aus 
den vielen Messungen?
Willst Du einen Spitzenwert erkennen können?

mfG

: Bearbeitet durch User
Autor: Shunt (Gast)
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Christian S. schrieb:
> Zu welchem Zweck denn so oft?

Ich stelle mir das so vor: Wenn die Eingangsspannung nicht konstant ist, 
muss die Einschaltzeit konstant geregelt werden, sodass am Ausgang eine 
konstante Spannung anliegt. Nun schaufelt der Boost Conveter bei jedem 
Schaltzyklus Energie "rüber". Wenn jetzt der Strom mit jedem 
Schaltvorgang steigt und meine Strommessung zu langsam ist, bekomm ich 
es erst sehr spät mit um in die Regelung eingreifen zu können. Dh. es 
könnte was kaputt gehen.

Autor: Shunt (Gast)
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Kann mir niemand weiterhelfen?

Autor: Al3ko -. (al3ko)
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Shunt schrieb:
> Ist es ausreichend, wenn ich den Strom so oft pro
> Sekunde messe, wie hoch der Takt des Transistor ist?
>
> Beispiel: Transitor Takt 10kHz und somit 10ksps
>
> Oder sollte man öfter / seltener messen? Wenn ja, warum?

Deine Sampling Frequenz ist min. 1 mal deine Schaltfrequenz, i.d.R. aber 
2 mal deine Schaltfrequenz, wenn du den Up-Down Count deines PWM 
Generators verwendest.

In deinem Beispiel beträgt fsampling = 10kHz oder 20kHz.
Hoffe das hilft.

Gruß,

: Bearbeitet durch User
Autor: Shunt (Gast)
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Ahha, sowas wollte ich hören. Besten Dank!

Autor: Sven S. (schrecklicher_sven)
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Shunt schrieb:
> Thema Boost Converter. Ist es ausreichend, wenn ich den Strom so oft pro
> Sekunde messe, wie hoch der Takt des Transistor ist?

Kommt darauf an.
Wenn der Transistor vor zu hohem Strom geschützt werden muß, weil die 
Speicherdrossel in die Sättigung gerät, hilft nur "Echtzeitmessung" mit 
einer Reaktionszeit unter einer µS.
Hat die Speicherdrossel reichlich µH, und der Stromripple fällt gering 
aus, kann die Strombegrenzung wesentlich träger sein. Und zwar so träge 
wie die Spannungsregelung. Auf genügend Abstand zwischen Maximalstrom 
und Sättigungsstrom der (heißen) Speicherdrossel ist zu achten.

Autor: Christian S. (roehrenvorheizer)
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", bekomm ich es erst sehr spät mit um in die Regelung eingreifen zu 
können."

Niemand konnte wissen, daß Du anscheinend mittels eines Programms, das 
auf einer programmierbaren Hardware laufen soll, einen mittels Zähler 
realisierten PWM-Ausgang steuern möchtest, um somit eine Regelwirkung zu 
erzielen. Fehlte das wohl in der Frage, oder habe ich es nur überlesen?

MfG

Autor: wbt (Gast)
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@Christian:

Shunt schrieb:
> 10ksps

Das war der Hinweis, allerdings kein sehr deutlicher.

Woher kommt denn die (zu) niedrige Spannung, und was
genau soll mit der (dann) höheren versorgt werden?

Autor: Stephan (Gast)
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Sven S. schrieb:
> Wenn der Transistor vor zu hohem Strom geschützt werden muß, weil die
> Speicherdrossel in die Sättigung gerät, hilft nur "Echtzeitmessung" mit
> einer Reaktionszeit unter einer µS.

So macht man das üblicherweise.

Shunt schrieb:
> Thema Boost Converter. Ist es ausreichend, wenn ich den Strom so oft pro
> Sekunde messe, wie hoch der Takt des Transistor ist?

Lässt sich nicht pauschal beantworten.
Die Eingangsspannung sollte sich praktisch aber nicht "schnell" ändern. 
Sonst ist der Eingangskondensator zu klein. Das darf kein Grund werden 
den Strom möglichst oft zu messen.

Wenn du im Takt der PWM misst musst du jedenfalls darauf achten, auch 
zum richtigen Zeitpunkt (im Strompeak) zu messen.

Grad beim experimentieren ist die Echtzeitmessung wichtig.

Autor: Al3ko -. (al3ko)
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Stephan schrieb:
> Wenn du im Takt der PWM misst musst du jedenfalls darauf achten, auch
> zum richtigen Zeitpunkt (im Strompeak) zu messen.

Nö, nur wenn du peak current control verwendest.

Es gibt auch average current control, da wird gemessen, wenn der counter 
UP oder DOWN ist. Die Messung des Stromes ist dann automatisch der 
Mittelwert.

Die Sicherung für zu hohem Strom wird an anderer Stelle implementiert, 
als in der eigentlichen Regelung.


Gruß,

Autor: Shunt (Gast)
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wbt schrieb:
> Woher kommt denn die (zu) niedrige Spannung, und was
> genau soll mit der (dann) höheren versorgt werden?

War nur ein Beispiel.

Ich habe mich gefragt, warum die Schaltfrequenzen des Boost Converts am 
DC Eingang in PV Wechselrichtern recht gering sind (habe bis 20kHz 
gesehen). Das bedeutet zwangsläufig eine sehr hohe Induktivität.

Warum schaltet man also nicht mit 300kHz (oder noch höher)? Ich denke 
ein großer Teil wird an der EMV liegen, aber was sind die weiteren 
Gründe?

Schafft man es mit 10/12Bit 700-1000 ksps isoliert Strom zu messen? Wenn 
ja, würde mich interessieren wie.

Gibt es weitere Gründe, die gegen eine höhere Taktfrequenz sprechen?

Platinenlayout Spannungsanstieg und Stromanstieg sollte man doch in den 
Griff bekommen?!

Autor: Al3ko -. (al3ko)
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Shunt schrieb:
> habe bis 20kHz gesehen). Das bedeutet zwangsläufig eine sehr hohe
> Induktivität.

Um die Schaltverluste gering zu halten, aber gleichzeitig das für das 
Ohr wahrnehmbare Pfeifen möglichst gering zu halten.

trade off sozusagen.

Gruß,

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Warum willst du den STROM messen, um die SPANNUNG zu regeln?

Der Zusammenhang ist mir noch nicht so ganz klar.

Autor: Christian S. (roehrenvorheizer)
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 "peak current control"

Ja, genau. Aber diese Art der Strommessung war vermutlich nicht 
beabsichtigt.


"Das war der Hinweis, allerdings kein sehr deutlicher."
Gut, man könnte nach AD-Wandlung auch einen SG3524 oder TL494 oder 
Konsorten damit steuern wollen, je nach Ideenlage. Also wer schon mit 
Kilosamples umgeht, sollte schon genauer umreißen können, was er vor 
hat, sonst kann es keine echte angehende Fachkraft sein, die sich mit 
solchen technischen Begriffen abgibt.


MfG

: Bearbeitet durch User
Autor: Al3ko -. (al3ko)
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Stefanus F. schrieb:
> Warum willst du den STROM messen, um die SPANNUNG zu regeln?
>
> Der Zusammenhang ist mir noch nicht so ganz klar.

Er hat sicherlich eine äußere Spannungsregelung, die den Sollwert für 
die innere Stromregelung ausgibt.

Macht man in der Leistungselektronik sehr gerne so, um den Regler zu 
vereinfachen.

Gruß,

Autor: wbt (Gast)
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Stefanus F. schrieb:
> Warum den STROM messen, um die SPANNUNG zu regeln?
>
> Der Zusammenhang ist mir noch nicht so ganz klar.

Google doch mal "current mode control" vs. "voltage mode
control". Für manche ist das sogar schon ein alter Hut.
Diverse Vorteile.

Beitrag #5619093 wurde vom Autor gelöscht.
Autor: Shunt (Gast)
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Al3ko -. schrieb:
> Um die Schaltverluste gering zu halten, aber gleichzeitig das für das
> Ohr wahrnehmbare Pfeifen möglichst gering zu halten.
>
> trade off sozusagen.

Ok, also nicht wegen der EMV? In der Industrie sollte die Lautstärke
doch vernachlässigbar sein. Die Schaltverluste mit immer stärker auf den
Markt drängenden SiC sind doch auch gut in den Griff zu bekommen?

Zudem würde mich die von mir oben angesprochene Messgeschwindigkeit
interessieren. Gibt es einfache Möglichkeiten isoliert den Strom und die
Spannung mit 700 bis 1000 ksps zu messen?

TI hat eine Menge an ICs für isoliertes messen. z.b. den AMC1306. Es
wird im Datenblatt angegeben, dass man mit einem TI MCU 78ksps/16Bit
schafft. Ob man nun 16 Bit benötigt sei dahingestellt - auf 1000 ksps
wird man aber nicht kommen. Welche Möglichkeit(en) gibt es also um mit
der Geschwindigkeit Daten zu erfassen?

Autor: Al3ko -. (al3ko)
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Christian S. schrieb im Beitrag #5619093:
> Ok, also nicht wegen der EMV?

Naja, die EMV ist geprägt durch die Schaltflanken. Schnelleres Schalten, 
weniger Schaltverluste, höhere EMV Ausstrahlung.

Ob man deshalb bei 20kHz rumeiern möchte, wage ich allerdings zu 
bezweifeln.

Magst du mir verraten, inwiefern die Messgeschwindigkeit eine Rolle 
spielt? Bei 20kHz Schaltgeschwindigkeit beträgt die sampling rate 
typischerweise 20kHz bzw 40kHz.

ich verstehe momentan nicht so ganz, inwiefern die kbps dabei eine Rolle 
spielt.

Magst du mich aufklären und die dahinterstehende Mathematik zeigen?

danke.

Gruß,

Autor: Shunt (Gast)
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Al3ko -. schrieb:
> ich verstehe momentan nicht so ganz, inwiefern die kbps dabei eine Rolle
> spielt.
>
> Magst du mich aufklären und die dahinterstehende Mathematik zeigen?

Du meinst denk ich ksps. Ggf. versteh ich es auch falsch.

Mein Verständnis:

1000 ksps heißt, dass mein Signal 1000 * 1000 pro Sekunde abgetastat 
werden kann. Sprich wenn ich mit einer Taktfrequenz von 300 kHz einen 
Transistor ansteuere, kann ich 1000ksps/300kHz mal pro Sekunde den 
aktuellen Wert des Signals messen/abtasten. (Dh. 3 1/3 mal pro Sekunde)

Autor: wbt (Gast)
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Shunt schrieb:
> Ggf. versteh ich es auch falsch.

Ich fürchte, da liegt ein weiterer Hase im Pfeffer. Ich bin mir
gar nicht sicher, daß Du die Grundeigenschaften von Schaltreglern
kennst - zumindest entsteht bei mir ein gewisser Verdacht.

Du willst ja die Ausgangsspannung regeln. (Oder?)

Bei einer PWM-Regelung steigt der Strom durch die Drossel so lange
an, wie die Spannung an der Drossel liegt - also hat man den Maxi-
malwert beim Abschalten des Transistors.

Bei Voltage-Mode-Reglern muß man eine Überstromerkennung beifügen.

Bei einem Current-Mode-Regler wird dem Spannungs-Feedback noch ein
Strom-Feedback addiert. Steigt der Strom zu sehr an, wird auch der 
Transistor noch vor Erreichen der normalen Einschaltdauer sofort# 
abgeschaltet (#mit kleiner Verzögerung fast sofort).

Was ist der Zweck? Was soll aus welcher Quelle versorgt werden?

Das fragte ich oben schon. Die Antwort ließe Schlüsse zu, welche
Eigenschaften der Switcher haben muß, und wie man das realisieren
könnte (und wie nur schwierig, bzw. aufwendig oder auch gar nicht).

Man könnte Dir ganze Romane über Schaltregler (analog und digital)
erzählen, aber besser wäre, Deine Anforderungen zu kennen, und sich
auf das Nötige beschränken zu können.

Autor: Shunt (Gast)
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wbt schrieb:
> Shunt schrieb:
>> Ggf. versteh ich es auch falsch.

Ich beziehe mich mit dieser Aussage auf die darunter stehende Erklärung.

wbt schrieb:
> Ich bin mir
> gar nicht sicher, daß Du die Grundeigenschaften von Schaltreglern
> kennst - zumindest entsteht bei mir ein gewisser Verdacht.

Die Theorie ist mir bekannt, praxis aber bisher überhaupt nicht.

wbt schrieb:
> Du willst ja die Ausgangsspannung regeln. (Oder?)

Genau. Dazu habe ich oben etwas geschrieben:

Shunt schrieb:
> Ich habe mich gefragt, warum die Schaltfrequenzen des Boost Converts am
> DC Eingang in PV Wechselrichtern recht gering sind (habe bis 20kHz
> gesehen). Das bedeutet zwangsläufig eine sehr hohe Induktivität.

wbt schrieb:
> Bei Voltage-Mode-Reglern muß man eine Überstromerkennung beifügen.

Wie setzt man soetwas um? Oben schrieben Sven S.:

Sven S. schrieb:
> Wenn der Transistor vor zu hohem Strom geschützt werden muß, weil die
> Speicherdrossel in die Sättigung gerät, hilft nur "Echtzeitmessung" mit
> einer Reaktionszeit unter einer µS.

Das würde heißen, man müsste mit > 1000 ksps also 1 MHz abtasten.

Autor: Al3ko -. (al3ko)
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Shunt schrieb:
> Das würde heißen, man müsste mit > 1000 ksps also 1 MHz abtasten.

Ich habe das bisher in Hardware gelöst gesehen. zB mittels Komparator in 
Form eines Schmitt Triggers, der natürlich schnell reagieren muss.

Die DSPs von TI haben ein eCapture Modul, das die PWM Ausgänge auf 
deaktiviert.

Die Strommessung für die Regelung und die Strommessung für die 
Kurzschlusserkennung sind für mich 2 verschiedene Paar Schuhe.

Man kann natürlich peak current Mode control verwenden, und damit zwei 
Fliegen mit einer Klappe schlagen. Geht aber nicht zwangsläufig mit 
jedem DSP.

Gruß,

Autor: Shunt (Gast)
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Al3ko -. schrieb:
> Die Strommessung für die Regelung und die Strommessung für die
> Kurzschlusserkennung sind für mich 2 verschiedene Paar Schuhe.

Strommessung für die Regelung muss nicht so schnell/häufig sein, wie die 
Strommessung um einen KS zu erkennen - ist denke ich das, was du damit 
sagen willst?! Aber wie schnell sollte denn dann die Strommessung für 
die Regelung sein in Abhänigkeit der Taktfrequenz des Transistors?

Al3ko -. schrieb:
> Man kann natürlich peak current Mode control verwenden, und damit zwei
> Fliegen mit einer Klappe schlagen. Geht aber nicht zwangsläufig mit
> jedem DSP.

Kannst du Eigenschaften / Beispiele nennen durch die es funkioniert und 
welche an denen es scheitert?

Autor: Al3ko -. (al3ko)
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Shunt schrieb:
> Al3ko -. schrieb:
>> Die Strommessung für die Regelung und die Strommessung für die
>> Kurzschlusserkennung sind für mich 2 verschiedene Paar Schuhe.
>
> Strommessung für die Regelung muss nicht so schnell/häufig sein, wie die
> Strommessung um einen KS zu erkennen - ist denke ich das, was du damit
> sagen willst?! Aber wie schnell sollte denn dann die Strommessung für
> die Regelung sein in Abhänigkeit der Taktfrequenz des Transistors?

Ganz genau so meine ich es. Vielleicht meinen wir unterschiedliche 
Sachen, wenn wir über Abtastfrequenz reden, insofern bitte korrigieren 
falls Uneinigkeit besteht.

Ich verstehe unter Abtastfrequenz nicht die Abtastfrequenz des 
eigentlichen ADCs, sondern wann der Wert der Strommessung geholt wird. 
Und das ist entweder gleich der Schaltfrequenz, oder 2x der 
Schaltfrequenz.

Schau dir mal SPRAAB3 von TI an - speziell Figure 2:
http://www.ti.com/lit/an/spraab3/spraab3.pdf

Zitat:
"Also, the ADC control registers are set up such that the AD conversion 
is triggered at the middle of
the ON pulse of the PWM output. As soon as the conversion is complete, 
the ADC module is set up to
generate an interrupt."
Der Clue bei dieser Variante ist, dass du automatisch den Mittelwert des 
Stromes misst (also nicht den Ripple in deine eigentliche Regelung 
inbegriffen hast).

Geht natürlich nur bei Average current mode control.

Peak current mode control wird hier beschrieben:
http://www.ti.com/lit/an/sprabe7a/sprabe7a.pdf

Gruß,

Autor: wbt (Gast)
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Wir haben uns wohl gegenseitig ein wenig mißverstanden, und
der Hauptfehler liegt bei mir. Ich hatte sagen wollen, daß
auch schon für die Planung und Auswahl, ob nun analog oder
digital, etc., die Anwendung von Bedeutung wäre.

Da es Dir scheinbar allein ums allgemeine Lernen geht, hat
mein Ansatz wenig Sinn. Du möchtest wissen (in Zahlen), was
digital machbar ist, und wie man es macht. Es geht um gar
keine spezielle Anwendung, und wie (analog oder digital)
man diese am einfachsten oder besten realisiert.

Al3ko wird Dir bzgl. digital eh besser helfen können.

Und weg, VG

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