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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Elektromagnet mit zu hoher Spannung betreiben


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Autor: Mark K. (mamikoe)
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Hallole,

vielleicht hat einer von euch eine Lösung parat:
Ich muß einen Elektromagneten, der für ca. 3V (ca.200mA) gedacht ist, an 
ca. 16V betreiben.Erschwerend kommt hinzu, daß die Spannungsversorgung 
allenfalls noch 100mA liefern kann, Reserve hat.

Vorwiderstand und/oder Längsregler scheiden wegen der damit verbundenen 
Energievernichtung und des zu hohen Stroms aus.
Ein in China für kleines Geld erwerbbares DC-DC-Schaltreglermodul wäre 
zwar eine Lösung (bei 80% Wirkungsgrad würden auf der 16V-Seite nur ca, 
50mA fließen), erscheint mir aber mit Kanonen auf Spatzen geschossen.
Da mit dem Magneten bereits eine Spule vorhanden ist, kommt mir der 
Gedanke, ob diese nicht Teil einer Art Schaltregler werden kann, der 
sich darin erschöpft, daß die Spule im Ergebnis mit 200mA beaufschlagt 
wird.
Zur Verfügung stehen neben den 16V Betriebsspannung eine anderweitig 
benötigte/benutzte PWM mit ca. 16kHz (auf deren duty-cycle aber kein 
Einfluß genommen werden kann).

Natürlich kam mir auch der Gedanke an eine simple PWM mit einem 
duty-cycle von etwa 20%. Allerdings kann die Spannungsversorgung wie 
gesagt nicht viel mehr als (zusätzliche) ca. 100mA liefern. Während des 
Pulses würde bei dem geringen Innenwiderstand der Spule (ca. 15R) und 
den ca. 16V aber ein viel, viel zu großer Strom fließen. Allerdings 
stehe ich mit Spulen/Induktivitäten auf Kriegsfuß, habe sie noch nie 
wirklich verstanden, so daß dies möglicherweise (Gedanke Schaltregler) 
doch zur Lösung führen kann.

Autor: Ingo Less (Gast)
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Also 16V/100mA gibt 1,6W. 3V/200mA macht 0,6W. Du hast also nur mit 
einem Schaltregler die Möglichkeit das sinnvoll zu gestalten. Die Spule 
des Magneten direkt für den DC/DC-Wandler zu nutzen würde ich nicht 
wagen. Also, nimm ein fertiges DC/DC Modul, welches dir 3V erzeugt und 
hänge da deinen Magneten ran. 200mA @3V spricht für 15R Spulenwiderstand

Autor: Bürovorsteher (Gast)
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> Da mit dem Magneten bereits eine Spule vorhanden ist, kommt mir der
> Gedanke, ob diese nicht Teil einer Art Schaltregler werden kann

Ja, ist Stand der Technik.

> Natürlich kam mir auch der Gedanke an eine simple PWM mit einem
> duty-cycle von etwa 20%.

Genau so wird das gehandhabt. Nach dem Anzug des Magneten, d.h. 200 ms 
später kann das Tastverhältnis weiter verringert werden.

> Während des
> Pulses würde bei dem geringen Innenwiderstand der Spule (ca. 15R) und
> den ca. 16V aber ein viel, viel zu großer Strom fließen.

Nein, ist ja eine Induktivität.

> PWM mit ca. 16kHz

Viel zu hoch für diesen Zweck mit Volleisenkern. Ich würde höchstens 1 
kHz vorschlagen.

Autor: Der Andere (Gast)
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Bürovorsteher schrieb:
>> Natürlich kam mir auch der Gedanke an eine simple PWM mit einem
>> duty-cycle von etwa 20%.
>
> Genau so wird das gehandhabt.

Wie schaffst du es mit der simplen PWM daß die Quelle mit max. 100mA 
belastet wird wenn durch die Spule 200mA fliessen soll?

Autor: timo (Gast)
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Wenn der E-Magnet immer nur mal kurz betrieben werden muss (alle paar 
Sekunfen für eine halbe Sekunde oder so), dann könntest du auch einen 
dicken elko auf Vorrat aufladen und bei Bedarf den Elko über einen 
MOSFET an den E-Magneten schalten.

Wenn die Einschaltzeit nur kurz ist, kann der E-Magnet wahrscheinlich 
ein x-faches an Leistung verkraften (bezogen auf die Dauerleistung).

Du kannst auch ganz kurz mit knackig Leistung den E-Magneten ansteuern 
und dann auf den minimal erforderlichen Haltestrom reduzieren.

Autor: Schrittmotor (Gast)
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Die Ansteuerchips für einen Schrittmotor benutzen die Spule des Motors 
als "DC-DC-Schaltregler". Sollte auch mit der Spule eines Magneten 
funktionieren.

Autor: K. S. (the_yrr)
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Mark K. schrieb:
> Natürlich kam mir auch der Gedanke an eine simple PWM mit einem
> duty-cycle von etwa 20%. Allerdings kann die Spannungsversorgung wie
> gesagt nicht viel mehr als (zusätzliche) ca. 100mA liefern. Während des
> Pulses würde bei dem geringen Innenwiderstand der Spule (ca. 15R) und
> den ca. 16V aber ein viel, viel zu großer Strom fließen.

Ohne vorehrigen Wandler wirds schwierig, eine Spule versucht den Strom 
konstant zu halten, also müssen erstmal >200mA fließen (an Phase) bevor 
die PWM abschaltet (dann fließen weiterhin erstmal 200mA durch eine 
Diode parallel zur Spule und die Spule eben), die Pulsbelastung kannst 
du eventuell durch eine CLC Filter glätten, aber ein DC-DC wandler 
könnte einfacher sein.

  Glättungs ind.     Magnet mit Diode
       __           __
V+ +---UUU----+----+-UUU-+---+
   | +        | +  +--|<-+   +-|
  ###        ###               |<-  NMos
  ---        ---             +-|
   |          |              |
Gnd+----------+--------------+

der CLC Filter sollte ein Tiefpass werden (kann man berechnen), der von 
deiner PWM frequenz wenig bis nichts mehr durchlässt, nur darf die 
zweite Induktivität nicht sättigen und muss auch größer sein als die des 
Magneten

Autor: K. S. (the_yrr)
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Schrittmotor schrieb:
> Die Ansteuerchips für einen Schrittmotor benutzen die Spule des Motors
> als "DC-DC-Schaltregler". Sollte auch mit der Spule eines Magneten
> funktionieren.

bei jedem Dc-Dc wandler ist entweder der Strom pulsartig oder nicht 
geringer als 200mA (Step Down Pulsartig, bei Step up Dauerhaft 200mA die 
verheizt werden müssen)

im anhang mal ein Vorschlag, ich hab einfach mal 2mH für den Magneten 
angenommen und 10khz für die pwm, da fehlen noch Daten.

Autor: Bürovorsteher (Gast)
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> Wie schaffst du es mit der simplen PWM daß die Quelle mit max. 100mA
> belastet wird wenn durch die Spule 200mA fliessen soll?

Ja, das ist dann etwas schwieriger :-(

Also Schalregler von 16 auf 3 V vorsetzen oder die Spule des Magneten 
neu wickeln.
Beim Abwickeln Windungen zählen und daraus die Amperewindungszahl 
errechnen.
Dann durch geschickte mathematische Operationen neuen Drahtdurchmesser, 
neue Windungszahl ermitteln, so dass bei voller Ausnutzung des 
Wickelquerschnitts ein Widerstand von ca 380 Ohm herauskommt und die 
Amperewindungszahl konstant bleibt.

Autor: K. S. (the_yrr)
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Da ich es grad vergessen habe,  L2 ist der Magnet, und berechnet ist da 
nix, nur einfach der erstbeste Wert für die Bauteile eingesetzt, das 
geht besser. Im Schnitt fließen 210+-mA durch den Magneten bei ca. 50mA 
Stromaufnahme.


SW muss durch einen Transistor ersetzt werden, und V1 ist die PWM 
Ansteuerung.

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Autor: Harald W. (wilhelms)
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Schrittmotor schrieb:

> Die Ansteuerchips für einen Schrittmotor benutzen die Spule des Motors
> als "DC-DC-Schaltregler". Sollte auch mit der Spule eines Magneten
> funktionieren.

So isses. Die Lösung für den TE heisst daher, wie bereits gesagt, PWM.
Damit die schwachbrüstige 16V-Versorgung den nötigen Strom liefern
kann, wird ein Elko vor der PWM parallel geschaltet. Davor kommt ein
Reihenwiderstand, der den Elko in den PWM-Pausen immer wieder auflädt.

Autor: K. S. (the_yrr)
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Harald W. schrieb:
> So isses. Die Lösung für den TE heisst daher, wie bereits gesagt, PWM.
> Damit die schwachbrüstige 16V-Versorgung den nötigen Strom liefern
> kann, wird ein Elko vor der PWM parallel geschaltet. Davor kommt ein
> Reihenwiderstand, der den Elko in den PWM-Pausen immer wieder auflädt.

Genau das hab ich ja auch im Schaltplan gemacht, nur statt einem RC 
Filter einen CLC/Pi Filter, da gibts weniger Ripple in der 
Stromaufnahme, aber auch dazu fehlen noch Aussagen was erlaubt ist, je 
nachdem was da noch so dranhängt kann das stören.

Wenn man L1 durch 25 Ohm ersetzt kömmt der Anhang hier raus, 
funktioniert auch, nur mit mehr Ripple. (wieder nichts berechnet, Werte 
müssen Optimiert werden).

Autor: Harald W. (wilhelms)
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K. S. schrieb:

> nur statt einem RC
> Filter einen CLC/Pi Filter, da gibts weniger Ripple in der
> Stromaufnahme,

Normalerweise reicht die Filterfunktion des Elektromagneten
völlig aus. PWM zum Betrieb von Elektromagneten ist all-
gemeiner Stand der Technik. ZUmal man einfach den mittleren
Strom nach dem Anzug leicht weiter verringern kann.

Autor: Max M. (jens2001)
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Der Andere schrieb:
> Wie schaffst du es mit der simplen PWM daß die Quelle mit max. 100mA
> belastet wird wenn durch die Spule 200mA fliessen soll?

Indem sich die Induktivität sich den fehlenden Strom über die 
parallelgeschaltete Freilaufdiode holt!
Das ist Stand der Technik!

Und jede R-C-Filterei ist da nur kontraproduktiv!

: Bearbeitet durch User
Autor: K. S. (the_yrr)
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Max M. schrieb:
> Indem sich die Induktivität sich den fehlenden Strom über die
> parallelgeschaltete Freilaufdiode holt!
> Das ist Stand der Technik!
>
> Und jede R-C-Filterei ist da nur kontraproduktiv!

du hast schon den Text gelesen, oder?
ich nehmen an du willst die Spule direkt schalten (mit PWM), dann 
fließen da angeschaltet 200mA Puls (aus der Spannungsquelle) und dann 
0mA (aus der Spannungsquelle) ausgeschaltet und die 200mA weiter durch 
die Diode, soweit alles gut.
das Problem liegt bei:

Mark K. schrieb:
> daß die Spannungsversorgung
> allenfalls noch 100mA liefern kann

das Problem ist nicht 200mA durch die Spule zu bekommen, das Problem ist 
dass keine 200mA am Eingang da sind für die Pulsbelastung, also muss das 
gefiltert werden damit eben nur der mittlere Strom fließt und nicht die 
ganze Versorgung zusammenbricht. Wenn im 10kHz Takt die Versorgung um 
einige Volt absackt wirds problematisch.

für die Zukunft weniger Ausrufezeichen und mehr denken, das hilft allen.

: Bearbeitet durch User
Autor: K. S. (the_yrr)
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hier ohne Filter simuliert, ich hoffe auch der letzte sieht das Problem?
(man beachte die 200mA Spikes aus der Spannungsquelle die nur maximal 
100mA übrig hat)
Ansonsten stimmt natürlich das PWM reicht, aber dafür müsste man auch 
nicht hier nachfragen.

: Bearbeitet durch User
Autor: Egon D. (egon_d)
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Max M. schrieb:

> Der Andere schrieb:
>> Wie schaffst du es mit der simplen PWM daß die
>> Quelle mit max. 100mA belastet wird wenn durch
>> die Spule 200mA fliessen soll?
>
> Indem sich die Induktivität sich den fehlenden
> Strom über die parallelgeschaltete Freilaufdiode
> holt!

Gute Idee, aber schlechte Umsetzung.

Der Schaltregler holt den fehlenden Strom aus dem
eingangsseitig angebrachten SIEBKONDENSATOR!

Die 200mA fließen nämlich nur impulsweise aus
der Quelle. In Pausen fließen sie durch die
Freilaufdiode, das stimmt.

Autor: treppauf, treppab (Gast)
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Max M. schrieb:
> Das ist Stand der Technik!

Eine High_Side zeitweilig ("Tastverhältnis") an Spannung gelegte 
(geschaltete) Spule mit antiparalleler Low_Side Freilaufdiode
IST eben schon ein Step-Down.

Also kein Wunder, daß das so verwendet wird...

Autor: Egon D. (egon_d)
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K. S. schrieb:

> Ohne vorehrigen Wandler wirds schwierig,

Nee.


> eine Spule versucht den Strom konstant zu halten,

Richtig.


> also müssen erstmal >200mA fließen (an Phase) bevor
> die PWM abschaltet (dann fließen weiterhin erstmal
> 200mA durch eine> Diode parallel zur Spule und die
> Spule eben),

Korrekt.
Genau zu diesem Zweck hat man im Eingang des Schaltreglers,
also vor dem Schalttransistor, einen Elko, der den Pulsstrom
liefert.


> die Pulsbelastung kannst du eventuell durch eine CLC
> Filter glätten, aber ein DC-DC wandler könnte einfacher
> sein.

???

Das Ganze IST ein DC/DC-Wandler.
Du verwechselst nur den MITTLEREN Strom, der in den Wandler
hineinfließt, mit dem PULSSTROM von 200mA, den der Wandler
an die Spule liefern muss.

Autor: Mark K. (mamikoe)
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Uii, schöne Diskussion, danke. Bei solchen Fragen komme ich mir schon 
ziemlich ignorant vor, vorlang mit einigen zig Jahren Elektronikbastelei 
im Hintergrund, aber mit Spulen habe ich wie gesagt meine 
Verständnisprobleme (natürlich habe ich die einschlägigen Weisheiten 
zigfach gelesen, aber eben nie wirklich verstanden).

Also, wenn ich es recht verstehe, dann füttere ich die Spule mit einer 
PWM, die ich - da ich deren sicherlich maßgebliche Induktivität nicht 
kenne - wohl am besten experimentell ermittele. Anhand welcher Kriterien 
(was soll ich messen?) kann ich die richtige Größenordnung erkennen?
Kann ich davon ausgehen, daß deren duty-cycle grundsätzlich bei ca. 20% 
liegen soll?
Und vor den Transi, der die PWM an die Spule schaltet, einen Elko zum 
Puffern, dessen Größe ich wohl auch am besten experimentell ermittele. 
Auch hier: Woran kann ich erkennen, daß die Größe paßt?

Die Erzeugung der PWM erfordert weitere Bauteile und Platz, kann ich die 
nicht einsparen, indem ich die vorhandene PWM, deren Takt bei 16 kHz 
liegt, über ein passendes RC-Glied auskoppele, so daß sich "vor" dem 
Elko gemessen ein Strom von um die 50mA einstellt (bzw. der Magnet "wie 
gewohnt" zieht)?
Ich habe zwar gelesen, daß oben die 16 kHz als zu hoch bewertet wurden, 
aber es werden z.B. im Modellbaubereich DC-Motoren mit derartiger PWM 
betrieben und deren Rotoren haben ja auch einen Eisenkern ...

Autor: K. S. (the_yrr)
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treppauf, treppab schrieb:
> Eine High_Side zeitweilig ("Tastverhältnis") an Spannung gelegte
> (geschaltete) Spule mit antiparalleler Low_Side Freilaufdiode
> IST eben schon ein Step-Down.
Das stimmt natürlich, aber welcher step down läuft mit 1-10kHz?

Bürovorsteher schrieb:
>> PWM mit ca. 16kHz
>
> Viel zu hoch für diesen Zweck mit Volleisenkern. Ich würde höchstens 1
> kHz vorschlagen.
wenn die Induktivität nicht zur Schaltfrequenz passt gibts heftigen 
Ripple, und einen Elektromagneten mit Volleisenkern kann man kaum bei 
500kHz oder höher schalten.

wenn die Schaltfrequenz wirklich so angepasst wird dass es wie ein guter 
step down läuft braucht man natürlich keinen Filter vorweg, aber davon 
bin ich nicht ausgegangen.
ab 100kHz wirds in der Simulation erträglich mit den Spikes, bei 1Mhz 
ist die Stromaufnahme spiegelglatt, aber soweit wird man kaum kommen, 
1-10kHz sind eher realistisch.

Autor: K. S. (the_yrr)
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Mark K. schrieb:
> daß deren duty-cycle grundsätzlich bei ca. 20%
> liegen soll?
das passt.

> Und vor den Transi, der die PWM an die Spule schaltet, einen Elko zum
> Puffern, dessen Größe ich wohl auch am besten experimentell ermittele.
einen Elko zum Puffern an die Versorgungsspannung, wenn die 
Versorgungsspannung zu stark schwankt ist er zu klein oder die Frequenz 
der PWM zu gering

> Also, wenn ich es recht verstehe, dann füttere ich die Spule mit einer
> PWM, die ich - da ich deren sicherlich maßgebliche Induktivität nicht
> kenne - wohl am besten experimentell ermittele.
damit es wie ein step down wandler funktioniert (mit geringem Ripple 
Strom)
muss die Frequenz hoch genug (oder die Induktivität groß genug) sein. 
Ohne oszi wirds schwierig die Induktivität zu ermitteln, ist aber auch 
nicht unbedingt nötig.

Wenn es zu große Störungen auf der Spannungsversorgung gibt, nimmst du 
einen RC Filter (also einen Widerstand und dann Kondensator vor den 
Magneten) oder größeren Kondensator

hängt halt alles davon ab was du da sonst noch betreibst, wenns Audio 
oder genaue Messungen sind kann das stören, aber das weiß niemand hier.

Autor: Harald A. (embedded)
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Nicht probiert, aber das müsste auch mit einem LED Schaltregler 
funktionieren, dessen Arbeitsfrequenz nur durch die Induktivität 
festgelegt wird. Der allseits beliebte PT4115 ist so ein Kandidat. In 
dem im Datenblatt gezeigten Schaltplan lässt du einfach die LEDs weg, 
die Spule ist ja schon der Verbraucher. Der Widerstand Rs berechnet sich 
aus 0,1V / 0,2A = 0,5Ohm. Wie gesagt, Frequenz und PWM stellen sich 
passend ein, der Regler sorgt einfach dafür, dass im Schnitt 0,2A im 
Kreis fließen. Über den Pin „DIM“ kann man mittels Digitalpegel ganz 
bequem Ein/Ausschalten. Zusätzlicher Aufwand nur PT4115 und 0,5Ohm 
Widerstand, denn die Diode braucht man eh.

Kostenpunkt ca. 20 Cent.

Edit: Pufferkondensstor am Eingang natürlich auch erforderlich falls 
keiner vorhanden. Der Gleichrichter aus dem Schaltbild hat hier keine 
Bedeutung.

: Bearbeitet durch User
Autor: Wolfgang (Gast)
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Mark K. schrieb:
> Ein in China für kleines Geld erwerbbares DC-DC-Schaltreglermodul wäre
> zwar eine Lösung (bei 80% Wirkungsgrad würden auf der 16V-Seite nur ca,
> 50mA fließen), erscheint mir aber mit Kanonen auf Spatzen geschossen.

Wenn du eine einfachere Lösung hast - nur zu.
Wie lange willst du für 35ct/Stk. darüber nachdenken?
Den Trimmer kannst du am besten rausschmeißen und statt dessen den 
Widerstand bei "In+" bestücken.
Ebay-Artikel Nr. 273246922963

Autor: K. S. (the_yrr)
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> Die Erzeugung der PWM erfordert weitere Bauteile und Platz, kann ich die
> nicht einsparen, indem ich die vorhandene PWM, deren Takt bei 16 kHz
> liegt, über ein passendes RC-Glied auskoppele, so daß sich "vor" dem
> Elko gemessen ein Strom von um die 50mA einstellt (bzw. der Magnet "wie
> gewohnt" zieht)?
> Ich habe zwar gelesen, daß oben die 16 kHz als zu hoch bewertet wurden,
> aber es werden z.B. im Modellbaubereich DC-Motoren mit derartiger PWM
> betrieben und deren Rotoren haben ja auch einen Eisenkern ..
Die Rotoren haben aber kein massives Eisen sondern isolierte dünne 
Bleche. Nimm die 16kHz und teste es, wenns warm wird, der Magnet nicht 
anzieht oder viel zu viel Strom fließt ist das zuviel, niemand außer dir 
weiß was du wirklich für einen Magneten hast (Datenblatt oder genaue 
Bezeichnung helfen eventuell).

Harald A. schrieb:
> Der allseits beliebte PT4115 ist so ein Kandidat.
der sieht echt gut aus, falls der Magnet mit der Frequenz klarkommt. Da 
wäre ein Datenblatt des Magneten gut, denn der Regler kann bis zu 1 MHz. 
Wenn es nicht zuviele Wirbelstromverluste gibt, warum nicht.

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Wolfgang schrieb:

> Wenn du eine einfachere Lösung hast - nur zu.

Ja, PWM.

Autor: Harald A. (embedded)
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K. S. schrieb:

> denn der Regler kann bis zu 1 MHz.
> Wenn es nicht zuviele Wirbelstromverluste gibt, warum nicht.

Frequenzbestimmend ist ja die Spule selbst, das sollte passen. Es gibt 
keine Vorgabe seitens des Reglers. Induktivität kann ja oft schon ein 
Multimeter messen.

: Bearbeitet durch User
Autor: K. S. (the_yrr)
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Harald A. schrieb:
> K. S. schrieb:
>
>> denn der Regler kann bis zu 1 MHz.
>> Wenn es nicht zuviele Wirbelstromverluste gibt, warum nicht.
>
> Frequenzbestimmend ist ja die Spule selbst, das sollte passen. Es gibt
> keine Vorgabe seitens des Reglers. Induktivität kann ja oft schon ein
> Multimeter messen.

da hast du natürlich recht, nur so ein Magnet hat als "Kern" meist 
massives Eisen, aber wahrscheinlich wird das schon. das mit der 
frequenzbestimmenden Spule ist sehr gut, dadurch muss man die PWM nicht 
so anpassen dass der Ripplestrom erträglich wird.

Autor: Max M. (jens2001)
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K. S. schrieb:
> einen Elektromagneten mit Volleisenkern kann man kaum bei
> 500kHz oder höher schalten.

Das will ja auch keiner!
Sinn der ganzen Sache ist ja nicht den Strom durch den Magneten (um) zu 
schalten sondern im Gegenteil den Strom durch den Magneten möglichst 
konstant zu halten. und da ist ein Eisenkern und eine höhere Frquenz 
sogar vorteilhaft!

K. S. schrieb:
> Wenn es nicht zuviele Wirbelstromverluste gibt, warum nicht.

Und wenn der Strom konstant ist gibts auch keine "Wirbelstromverluste"!

Autor: Mark K. (mamikoe)
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Wolfgang schrieb:
> Wenn du eine einfachere Lösung hast - nur zu.
> Wie lange willst du für 35ct/Stk. darüber nachdenken?
> Den Trimmer kannst du am besten rausschmeißen und statt dessen den
> Widerstand bei "In+" bestücken.
> Ebay-Artikel Nr. 273246922963

Danke für den link, den kannte ich noch nicht.
Sicher, pragmatisch gesehen wäre dies die Lösung, zu der man ohne 
weiteres Nachdenken und Grübeln greifen würde. Aber auch nur, weil diese 
Module absurd billig und zweifellos irgendwie subventioniert angeboten 
werden. Und letztlich besteht zwischen einem kompletten DC-DC-Wandler 
und einem Schaltregler IC mit "halber" Beschaltung kein echter 
Unterschied - nur ist der komplette DC-DC-Wandler eher der "Holzhammer", 
mit der zu betreibenden Induktivität eine Wandlerschaltung zu bauen ist 
dagegen das Skalpell. Minimalaufwendig und tricky wäre, die vorhandene 
PWM nutzen zu können.

Ein Skop habe ich, aber leider können meine Multimeter keine 
Induktivitäten messen.

: Bearbeitet durch User
Autor: Harald A. (embedded)
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Mark K. schrieb:

> Ein Skop habe ich, aber leider können meine Multimeter keine
> Induktivitäten messen.

Ist ja auch nicht wichtig.

Autor: Harald A. (embedded)
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Mark K. schrieb:
> Minimalaufwendig und tricky wäre, die vorhandene
> PWM nutzen zu können.

Könnte man manchen und zwar mit einem High-Side Switch, und einem 
Shunt-Widerstand gegen Masse (in Reihe zur Spule), über den man den 
Strom im Kreis per ADC messen kann. Der Aufwand wäre also:
- High-Side Schalter (kurzschlusssicher?)
- Shunt 5 Ohm >250mW
- RC-Filter vor ADC
- Freikaufdiode
- Software

Ist es da nicht einfacher, einen dedizierten Controller wie den PT4115 
zu nehmen?

: Bearbeitet durch User
Autor: Mark K. (mamikoe)
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Harald A. schrieb:
> Könnte man manchen und zwar mit einem High-Side Switch, und einem
> Shunt-Widerstand gegen Masse (in Reihe zur Spule), über den man den
> Strom im Kreis per ADC messen kann. Der Aufwand wäre also:

Damit meinte ich die vorhandene PWM, wie sie aktuell gerade da ist. 
Irgendwie tricky, dirty, wie angedeutet nur den PWM-Takt mit einer 
passenden RC-Kombination auskoppeln und an einen N-MOSFET. Duty-cycle 
durch trial&error der RC-Kombi. Hier geht es ja nicht um eine exakte 
Sache. Aber vermutlich wird das schon deswegen nichts, weil die 
Pulsflanken aus der RC-Kombi nicht steil genug sind und dadurch der 
MOSFET überlastet wird.

Klar, wenn das mit dem LED-Treiber klappen würde wäre das vielleicht 
nicht die unaufwendigste aber eleganteste Lösung.

Jedenfalls vielen Dank an alle Teilnehmer, ihr habt mir sehr geholfen. 
Ich werde am WE mal etwas basteln ....

Autor: m.n. (Gast)
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NE555 ;-)

Autor: Mark K. (mamikoe)
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Ich bin´s noch mal .... ;-)
Es hat mir keine Ruhe gelassen und ich habe etwas experimentiert.

Wie oben skizziert eine PWM 5kHz, 10kHz und 15kHz auf das Gate einen 
N-MOSFET, Source an Masse, Drain an die Spule, anderer Spulenanschluß an 
Plus 16,5V. Antiparallel zur Spule eine 1N4004, zwischen Plus und Masse 
(nahe an der Spule und FET) einen Elko (1....22u, die Größe war egal).
Ausgehend von den gemessenen Werten der Spule bei Dauerstrom von ca. 
200mA @ 3V habe ich aufgrund 16,5/3 den theoretischen Soll-Strom 
zwischen Spannungsquelle und Elko mit ca. 36mA angenommen und den 
duty-cycle bei allen drei Frequenzen entsprechend (ca. 18%) 
voreingestellt. Er lag dann auch (zunächst nicht wirklich überraschend) 
bei diesem Soll-Strom von ca. 36mA bei einem duty-cycle im Bereich von 
16 bis 18%. Über die Spule habe ich mit einem alten Analog-Voltmeter 
(Unigor 6e) jeweils um die 2V gemessen (mir ist klar, daß dort nicht 
wirklich 2V anlagen). Dann habe ich das Spiel umgedreht und den 
duty-cycle so eingestellt, daß das Analoggerät wirklich 2V angezeigt 
hat. Daraus folgten nur minimale Änderungen beim duty-cycle (ca. 16-18%) 
und dem Strom zum Elko (ca. 36-38mA). Das Skop hat sowohl gegen Masse 
als auch über die Spule aufgenommen einen schönen Rechteckpuls über die 
gesamten 16,5V gezeigt.

So weit, so schön. Aber:
Ich kenne natürlich die Erklärung, daß nach dem Abschalten der Spannung, 
also nach dem Ende des Pulses, der Strom über die Löschiode 
weiterfließt, also die Spule mit der darin gespeicherten Energie als 
Spannungsquelle fungiert.
Verstanden habe ich das aber noch nie, zumal die Diode ja antiparallel 
angeschaltet ist, also ein Strom nur in umgekehrter Richtung fließen 
könnte. Egal - aber warum ist das auf dem Skop nicht zu sehen? Da ist in 
den PWM-Pausen keine Spannung zu sehen, weder negativ noch positiv.
Ich sehe nur, daß während des Pulses über der Spule die 
Betriebsspannung, also die etwa sechsfache Soll-Spannung, anliegt, die 
bei einem Innenwiderstand von um die 15R einen Strom von ca. 1,1A zur 
Folge haben müßte. Wenn auch nur für die Dauer des Pulses. Gemittelt, 
also "verteilt" auf die gesamte Periodendauer, würde daraus aber immer 
noch ein Strom von mehr als 180mA folgen, etwa fünfmal (!) soviel wie 
die Schaltung tatsächlich aufnimmt. Leistungsmäßig gesehen paßt es auch 
nicht: 1,1A @ 16,5V sind etwa 18W. Verteilt über die Periodendauer sind 
es 3W. Auch etwa fünfmal so viel wie die Spule im Dauerbetrieb und wie 
auch die Schaltung verbrät (36mA*16,5V). Noch etwas, was ich nicht 
verstehe.

Wie läßt sich bestimmen, welcher Strom tatsächlich durch den FET fließt? 
Sind es besagte 1,1A? Oder die Soll-200mA der Spule?
Irgendwie muß ja auch feststellbar sein, was bei der Spule wirklich 
"ankommt". Gefühlsmäßig hatte ich erwartet, auf der Spulenseite 
irgendwie deren Soll-Spannung von etwa 3V messen zu können, aber das ist 
ja nicht der Fall. Ich könnte zwar noch einen kleinen Widerstand 
zwischen Source und Masse schalten und mit dem Skop schauen, welche 
Spannung darüber abfällt - aber da ich die Spannung über der Spule und 
deren Innenwiderstand kenne und U=RI wohl auch hier gilt dürfte dies 
keine neuen Erkenntnisse bringen ...

Wie ist das mit dem Magnetfeld? Ich ging stillschweigend davon aus, daß 
sich Spannung und Strom an/in der Spule irgendwie "mitteln" würden und 
somit auch das Magnetfeld gleichmäßig sei. Aber so, wie es auf dem Skop 
mit den Spannungspulsen an der Spule aussieht, ist das wohl kein 
gleichmäßiges sondern ein intermittierendes Magnetfeld.

Jetzt mal an anderen Anwendungen gedacht: Wie ist das bei Verwendung des 
PT4115? Wird dabei die Spule mit einem gleichmäßigen Strom und einer 
gleichmäßigen Spannung betrieben mit der Folge eines gleichmäßigen 
Magnetfelds oder wie anscheinend hier ebenfalls mit pulsweise hohem 
Strom und Spannung? Ich vermute mal letzteres, denn auch dabei handelt 
es sich ja um eine Schaltreglerschaltung, bei der die Spule als 
"Energiespeicher" fungiert und daher gepulst betrieben wird .... ?

: Bearbeitet durch User
Autor: Wolfgang (Gast)
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Mark K. schrieb:
> Verstanden habe ich das aber noch nie, zumal die Diode ja antiparallel
> angeschaltet ist, also ein Strom nur in umgekehrter Richtung fließen
> könnte.

Der Strom durch die Spule will nach dem Abschalten des FETs einfach 
weiter fließen (Stichwort: Selbstinduktion). Dafür gibt es dann nur den 
Weg rückwärts durch die dafür dann in Leitrichtung liegende Diode.

Egal - aber warum ist das auf dem Skop nicht zu sehen?
Guck mal genau hin. Die Spannung muss der Flussspannung der Diode 
entsprechen.

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