Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Abwärtswandler I-delta-L mit sehr großer Induktivität


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von Beatbuzzer (Gast)


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Hallo zusammen!
Vorweg, dies soll mehr eine theoretische Betrachtung sein, um rein 
Interesse halber meine Gedankengänge zu bestätigen oder korrigieren:

Wenn ich einen Abwärtswandler auslege, wird der ripple Strom durch die 
Induktivität umso kleiner, je größer die Induktivität wird. Der Rest des 
durch die Induktivität fließenden Stromes ist Gleichstrom.

Mutmaßung:
Je größer die Induktivität und somit je geringer der ripple Strom, desto 
unwichtiger wird die Güte des Kernmaterials. Auf die Spitze getrieben 
würde bei einem vernachlässigbaren ripple Strom selbst ein Kern aus 
massivem Weicheisen nur noch vernachlässigbare Verluste machen.

Ebenso wären Verluste durch den Skin-Effekt im Wicklungsdraht 
vernachlässigbar klein.

Kann man das so ausdrücken, oder endet mein Horizont da zu früh?


Mir ist natürlich klar, dass in der Praxis dann andere Probleme 
auftauchen, wie zB erstmal die riesige Induktivität und die damit 
einhergehende ewig lange Regelzeit bei einer Laständerung. Die Seite von 
Heinz Schmidt Walter ist mir bekannt und geschätzt.

von ArnoR (Gast)


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Im Prinzip hast du schon recht, allerdings ist das nur ein Aspekt bei 
der Speicherdrossel. Für so große Induktivitäten brauchst du nämlich 
auch extreme Windungszahlen und große Kernquerschnitte, weil die 
Flussdichte auch für den DC-Anteil nicht zu groß werden darf. Das beides 
führt zu großem Drahtwiderstand und ohmschen Verlusten. Du tauschst auf 
diese Weise nur Kernverluste gegen Drahtverluste. Normalerweise strebt 
man ein ausgeglichenes Verhältnis zwischen den beiden an.

von asd (Gast)


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> oder endet mein Horizont da zu früh?

Die Spannung am Eingang der Spule macht beim Schalten trotzdem dem 
vollen Hub von 0 auf Eingangsspannung. Über die Wicklungskapazität 
bekommt man dann Effekte, z.B. eben auch Stromänderungen, die rein durch 
die Effekte der Induktivität nicht erklärbar sind.
Je höher die Induktivität bei gegebener Baugröße desto niedriger auch 
die Frequenz der Paralellresonanz. Oberhalb dieser Frequenz wirkt die 
Spule nicht mehr als Induktivität. Und wenn du steile Schaltflanken am 
Eingang der Spule hast, hast du auch immer eine gewisse Energie oberhalb 
dieser Frequenz.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Beatbuzzer schrieb:
> Mutmaßung:
> Je größer die Induktivität und somit je geringer der ripple Strom, desto
> unwichtiger wird die Güte des Kernmaterials. Auf die Spitze getrieben
> würde bei einem vernachlässigbaren ripple Strom selbst ein Kern aus
> massivem Weicheisen nur noch vernachlässigbare Verluste machen.
Das funktioniert nur, wenn man die Induktivität dieser so aufgebauten 
Spule als über die gesamte Frequenz konstant annimmt. Das ist sie aber 
nicht.

von Peter D. (peda)


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Für geringen Ripple nimmt man Regler mit Continuous-conduction-mode 
(CCM). Diese Regler gehen auch bei geringer Last nicht in den lückenden 
Betrieb. Nötig ist dafür ein 2. MOSFET statt der Diode. Dadurch 
verringern sich auch die Verluste, da ein MOSFET deutlich weniger 
Spannungsabfall als eine Diode hat.
Die Drossel dimensioniert man lt. Datenblatt des Reglers (typisch 
1..10µH).

von abc.def (Gast)


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Wenn volumenbezogene Verluste kleiner werden, aber das Volumen sich 
vergrößert, gibt es keine großen Vorteile. Es ist die Summe 
verschiedener Verlustorte.
Rechne mal 100 Beispiele, vielleicht mit einem selbstgeschriebenen 
Skript.

von H. D. (Gast)


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Die von allen verwendeten Teile werden nicht (nur) aus Kostengründen
verwendet, ein größeres Bauteil ist nicht automatisch besser. Z.B.
kannst Du nicht erwarten, mit einer kaum belasteten Funkentstördrossel
nun wirklich gute Wirkungsgrade harauszuholen - da ist die dedizierte
Speicherdrossel immer besser. Dabei allerdings eine größere Bauform,
bei gleicher oder minimalst höherer Induktivität, brächte zumeist
schon etwas... sofern man keine Verfünf- oder -zehnfachungen meint.
Denn bei nur leichter Vergrößerung sinken die ohmschen Verluste oft
ziemlich stark.

Es kommt also immer drauf an. Solche Verallgemeinerungsversuche, die
bringen's im Normalfall einfach nicht.

Oder wolltest Du auf etwas (unerwähntes) spezielles 'raus?

von Beatbuzzer (Gast)


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H. D. schrieb:
> Oder wolltest Du auf etwas (unerwähntes) spezielles 'raus?

Nein, deshalb schrieb ich theoretische Betrachtung. Real bräuchte man ja 
schon mindestens eine 10-20 fach größere als noch übliche (0,1 x IΔL) 
Induktivität, um den ripple nennenswert zu senken. Da hilft dann auch 
die mehr als doppelt so hohe Sättigungsflussdichte von Trafoeisen ggü 
Eisenpulver nicht mehr viel.

Parallelresonanz und Wicklungskapazität sind genannte Schlagworte 
dagegen, die ich da beim spinnen nicht in meinem Horizont hatte. Um 
soetwas nicht bedachtes ging es mir.

Real hab ich schon einige Abwärtswandler gebaut, mit Hilfe von besagtem 
Heinz Schmidt Walter und durch halten an die gängigen Designregeln haben 
die dann auch oh Wunder immer funktioniert.

von H. D. (Gast)


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Vergiß bei Deinen Überlegungen nicht, daß eine sehr, sehr viel
höhere Induktivität auch Einfluß auf die Dynamik hätte - evtl.
sogar auf die überhaupt mögliche Ausgangsleistung (bei fsw).

(Beides sogar bei angenommen idealer Spule - ohne höhere Ohm-
und parasitäre Parallel- (also Wicklungs-) Kapazitätswerte.)

H. D. schrieb im Beitrag #5725210 so etwas ähnliches wie:
> allgemein verwendete Teile werden nicht (nur) aus Kostengründen
> verwendet - ein größeres Bauteil ist nicht automatisch besser.

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