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Ich muss einen aktiven Sensor aus einer Spannungsquelle versorgen, welche nur einen begrenzten Maximalstrom zur Verfügung stellen kann. Dieser Maximalstrom reicht aus, um den durchschnittlichen Strombedarf des Sensors (blaue Kurve) zu decken. Das Problem ist, dass der Sensor periodisch hohe Stromspitzen abverlangt, welche den Maximalstrom der Spannungsquelle übersteigen. Ich brauche jetzt eine Schaltung zur Platzierung zwischen Spannungsquelle und Sensor mit folgenden Vorgaben: - am Eingang fließt ein annähernd kontinuierlicher Strom hinein, ohne Stromspitzen, den die Spannungsquelle auch liefern kann - die Schaltung enthält Energiespeicher (z.B. Supercap) - am Ausgang steht für die Stromspitzen ausreichend hoher Strom zur Verfügung, der aus dem Energiespeicher kommt und nicht den Eingang belastet. Könnte mir jemand einen Ansatz für die Schaltung liefern? Kenndaten Spannungsquelle: - Spannung: 5V - Strom: max. 100mA Kenndaten Sensor: - Spannung: 4V - 5,4V - Spitze Breite: 20ms - regulärer Strom: 50mA - Spitzenstrom: 200mA - Durchschnittsstrom: 62mA
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Torsten K. schrieb: > Könnte mir jemand einen Ansatz für die Schaltung liefern? Ja, verbau einen Elko
Torsten K. schrieb: > Könnte mir jemand einen Ansatz für die Schaltung liefern? LC-Filter. > - Spitze Breite: 20ms ?? Soll das der Abstand der Spitzen sein?
Hab ich schon ausprobiert. Leider belasten die Stromspitzen dabei immer noch auch die Spannungsquelle
Gerd K. schrieb: > Hab ich schon ausprobiert. Was genau? Du hast verschiedene Tipps bekommen, benutze den "markierten Text zitieren" Button. hinz schrieb: > LC-Filter. Die Spule im LC Filter sorgt bei passender Dimensionierung dafür, daß der Strom nicht zu hoch wird.
Udo S. schrieb: > Die Spule im LC Filter sorgt bei passender Dimensionierung dafür, daß > der Strom nicht zu hoch wird. Ich habe es auch mit LC-Filter noch nicht geschafft, die Spitzen von der Spannungsquelle fernzuhalten. Und ein größerer R in Reihe würde mir bei meinem begrenztem Strom nur unnötig Leistung verbrennen, die ich für den Sensor brauche
Udo S. schrieb: > Die Spule im LC Filter sorgt bei passender Dimensionierung dafür, daß > der Strom nicht zu hoch wird. Jo. ohne L wird dir auch der C nicht viel bringen, da müsste die Quelle schon recht dünn angebunden sein (L u.R der Leitungen).
Gerd K. schrieb: > Ich habe es auch mit LC-Filter noch nicht geschafft, die Spitzen von der > Spannungsquelle fernzuhalten. 10mH und 2200µF
Gerd K. schrieb im Beitrag >> - Spitze Breite: 20ms > > ?? Soll das der Abstand der Spitzen sein? >> ja, 20ms ist die Impulsbreite Was denn nun? Impulsbreite oder Abstand?
Torsten K. schrieb: > Könnte mir jemand einen Ansatz für die Schaltung liefern? Naja, man könnte einen klassischen LC-Filter nehmen, aber ich fürchte, daß der bei den relativ breiten, niederfrequenten Spitzen relativ groß wird, vor allem die Spule. Wenn deine Quelle WIRKLICH nicht mit mehr als 100mA belastet werden kann/darf, würde ich eine aktive 90mA Stromquelle mit geringem Spannungsabfall nehmen, die muss auch nicht genau sein. Ein OPV + Transistor reichen, siehe Konstantstromquelle, allerdings muss man die schaltungstechnisch umdrehen und in V+ einschleifen. Dahinter ein großer Elko oder Supercap, man brauch um die 1000uF und mehr. Dann sieht deine Quelle sicher nicht mehr als 90mA Pulsstrom.
Gerd K. schrieb: > Harald W. schrieb: >> Impulsbreite oder Abstand? > > 20ms ist die Impulsbreite Und wie groß ist dann der Abstand der Impulse?
Gerd K. schrieb: > Harald W. schrieb: >> Impulsbreite oder Abstand? > > 20ms ist die Impulsbreite Diagramme ohne Achsenbeschriftungen sind Schrott!
hinz schrieb: > Und wie groß ist dann der Abstand der Impulse? Die Pausenzeit ist ca. 80ms, die gesamte Periode somit ca. 100ms
Gerd K. schrieb: > hinz schrieb: >> Und wie groß ist dann der Abstand der Impulse? > > Die Pausenzeit ist ca. 80ms, die gesamte Periode somit ca. 100ms Dann verfünffache die genannten Pi*Daumen Werte für L und C.
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hinz schrieb: > Gerd K. schrieb: >> hinz schrieb: >>> Und wie groß ist dann der Abstand der Impulse? >> >> Die Pausenzeit ist ca. 80ms, die gesamte Periode somit ca. 100ms > > Dann verfünffache die genannten Pi*Daumen Werte für L und C. Schon mal die Eisen- und Kupferpreise am Weltmarkt angeschaut? ;-) Siehe Anhang, so könnte es ohne L funktionieren. Eine großes C braucht man aber trotzdem.
1 | C = I*t/dU = 200mA * 20ms / 0,5V = 8mF |
Das ist auch bei 6,3V Nennspannung ein GROßER Elko.
Gerd K. schrieb: > Ich muss einen aktiven Sensor aus einer Spannungsquelle versorgen, > welche nur einen begrenzten Maximalstrom zur Verfügung stellen kann. > Dieser Maximalstrom reicht aus, um den durchschnittlichen Strombedarf > des Sensors (blaue Kurve) zu decken. In dem Fall ist das Problem theoretisch unlösbar. Ein Filter hat immer eine endliche Dämpfung, egal welches Filter du nimmst. Im Übrigen kannst du davon ausgehen, dass die Stromaufnahme des Sensors nicht immer gleich sein wird. Sie wird sowohl Temeraturabhängig als auch Exemplarabhängig sein. Die Messungen an deinem Laborexemplas sind also im Höchstfall nett, aber wenig aussagekräftig. Will heißen: Wenn das so ist wie du schreibst (keine Reserve), kannst du dein Konzept in die Tonne treten. Wenn du etwas Reserve beim Strom (!) hast, also die Quelle geringfügig mehr liefern kann als der Sensor braucht, kann ein LC-Filter abhelfen. welches natürlich immer nur eine endliche Dämpfung hast. Du brauchst eine Grenzfrequenz, die deutlich unter z.B. 5Hz liegt, da werden die Bauteile groß. Umso kleiner deine Reserve, umso deutlicher drunter muss die Grenzfrequenz liegen. Simulier es. Beachte dabei auch, dass ein Filter mit Q>>1 in einer Stromversorgung nicht immer eine tolle Idee ist. Wenn du eine Spannungsquelle hast, die eine deutlich höhere Spannung liefert als der Sensor benötigt, kannst du einen LDO verwenden, und VOR den LDO einen dicken Kondensator schalten. Der liefert dann den Peakstrom. Wenn deine Spannungsquelle nicht überlastet werden darf, wird es kompliziert. Dann brauchst du obendrauf eine Strombegrenzung in Serie.
Eierlikör schrieb: > In dem Fall ist das Problem theoretisch unlösbar. Praktisch funktioniert ein RC-Filter aber in jeder Infrarotfernbedienung. Warum sollte es hier nicht funktionieren?
Harald W. schrieb: > Warum sollte es hier nicht funktionieren? Er müsste gefühlt über ca. 60-70ms, einen Stromanstieg unter 100mA(?Was die Quell halt hergibt) halten. Das wird ein ziemlicher Klopper!
Teo D. schrieb: >> Warum sollte es hier nicht funktionieren? > > Er müsste gefühlt über ca. 60-70ms, einen Stromanstieg unter > 100mA(?Was die Quell halt hergibt) halten. Das wird ein ziemlicher > Klopper! Da der Durchschnittsverbrauch bei ca. 60 mA liegt, sind da genug Reserven. Ein gewisser Spannungseinbruch während der 200mA-Spitze ist allerdings unvermeidbar und meist auch nicht störend.
Die Lösung mit der (einfachen) Konstantstromquelle (KSQ) hat noch ein kleines Problem. In den Pulspausen regelt die voll auf, weil der Ausgangsstrom unter 90mA liegt. Kommt dann der Strompuls, dauert es ein paar Dutzend us, um die Stromquelle wieder in den aktiven Bereich zu regeln. Das kann man in Grenzen mit C1 einstellen. Den kann man solange verkleinern, bis die KSQ nicht mehr stabil ist. Vielleich kann man ihn auch ganz weglassen, der TS912 ist relativ gutmütig frequenzkompensiert. Muss man testen. Trotzdem wird es einen kleinen Strompuls in Richtung 5V Quelle geben. Wie breit und hoch der ist, muss man messen, ich tippe mal auf <50us und <120mA. Kann das die 5V Quelle aushalten? Was für eine mimosenhafte Quelle ist das überhaupt? Sag jetzt bitte nicht 5V vom USB ;-) Denn der verkraftet 200mA Pulse.
Den Sensor erst aktiv schalten wenn das Filter genügend Energie gesammelt hat, um die Stromspitze zu füttern, d.h. das Messintervall vergrößern.
Harald W. schrieb: > Da der Durchschnittsverbrauch bei ca. 60 mA liegt, sind da genug > Reserven. Ein gewisser Spannungseinbruch während der 200mA-Spitze > ist allerdings unvermeidbar und meist auch nicht störend. Eben, der Sensor verkraftet 4-5,4V, da kann man sich schon 0,5V Spannungsabfall erlauben. Außerdem gibt es Superkondensatoren, da sind 100mF eher die untere Grenze ;-) 10mF / 5,5V für 87 Cent, D11x5 https://de.rs-online.com/web/p/doppelschicht-kondensatoren/7897937/ 100mF, 5,5V, für 1,48, D13x8,5 https://de.rs-online.com/web/p/doppelschicht-kondensatoren/7897961/
Falk B. schrieb: > Außerdem gibt es Superkondensatoren, da sind > 100mF eher die untere Grenze ;-) Aber aufpassen, der ESR ist da sehr unterschiedlich.
hinz schrieb: > Falk B. schrieb: >> Außerdem gibt es Superkondensatoren, da sind >> 100mF eher die untere Grenze ;-) > > Aber aufpassen, der ESR ist da sehr unterschiedlich. Uuups, stimmt. Die beiden Kandidaten in meinen Links sind die alten, hochohmigen Typen!! Also eher sowas hier https://de.rs-online.com/web/p/doppelschicht-kondensatoren/7637808/
Gerd K. schrieb: > welche den Maximalstrom der > Spannungsquelle übersteigen. Dann ist die Spannnungsquelle ungeeignet!! Wie hoch ist dann der Spitzenstrom wenn die Spannungsquelle den benötigten Stom liefern könnte ? Um wieviel bricht die Spannung von 4,5V-5V zusammen wenn I-Spitze = 200mA oder >200mA ist ? Mal bildlich gesprochen selbe Spannungsquelle 4,5V-5V die von schaltbaren Widerständen belastet wird, 10 und 100 Ohm. 10 Ohm = 450mA - 500mA 100 Ohm = 45mA - 50mA Warum sollte man jetzt den Strom glätten der von den Widerständen benötigt wird ? Gut bei Widerständen vllt uninteressant bei Sensoren die zwischen Ruhestrom und Betriebströmen schalten würden LC/RC Kombos nur bis zu einem gewissen Grad helfen. Die eh überforderte Quelle muss dann nicht nur den Spitzenstrom des Sensors bereiststellen sondern auch des C... Strom/Spannungsanstiege sind ebenfalls zu beachten bei Sensoren damit die Kisten auch verwertbare Ergebnisse liefern können.
Chris! Du würfelst da noch einiges durcheinander und stopfst zu viel in einen Topf...
chris schrieb: > Gerd K. schrieb: >> welche den Maximalstrom der >> Spannungsquelle übersteigen. > > Dann ist die Spannnungsquelle ungeeignet!! (Und etc.) Das alles/das meiste stimmt ganz einfach nicht. Mit Kapazitaet, deren Ladestrom auf unterhalb der Stromlieferfaehigkeit der Spannungsquelle begrenzt wird, kann_man_puffern - amen. @Gerd: Du hast eine Menge allgemeingueltige Tipps bekommen. Sehr schoen war auch die Idee, ueber einen Elko vor d. Spannungsregler, der auf etwas hoehere Spannung geladen ist und somit mehr Energie enthaelt, etwas zu gewinnen. Aber auch sonst kam viel nuetzliche Information. Theoretisch hast Du Deine Loesung also schon? Doch noch nicht? Dann waere aber der vollst. Schaltplan und auch die Bedingungen: Ebenso schrieb: > Den Sensor erst aktiv schalten wenn das Filter genügend Energie > gesammelt hat, um die Stromspitze zu füttern, d.h. das > Messintervall vergrößern. und alles drumherum interessant/noetig, um konkret(er) zu helfen.
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Gerd K. schrieb: > Könnte mir jemand einen Ansatz für die Schaltung liefern? Für die Freunde der endlosen Eisenstufen ...
Wolfgang schrieb: > Für die Freunde der endlosen Eisenstufen ... :) Großer Vorteil einer (moeglichst niederohmigen) Induktivitaet vs. lineare KSQ ist die viel geringere Verlustleistung. Die L gibt beim "Entladen" die gespeicherte Energie wieder ab, nur im parasitaeren R (dem Drahtwiderstand) und auch durch die Ummagnetisierung des Kernes (hier sicher materialunabhaengig sehr gering - Frequenz minimal) entstehen geringe Verluste. Bei einer Linear-KSQ sind aber die Verluste Spannungsfall*I. Ich bin durchaus ein Freund der endlosen Eisenstufen...
C:\> schrieb: > Das alles/das meiste stimmt ganz einfach nicht. Mit Kapazitaet, > deren Ladestrom auf unterhalb der Stromlieferfaehigkeit der > Spannungsquelle begrenzt wird, kann_man_puffern - amen. Na dich will ich mal sehen wenn du in 20% der Zeit ca 85% mehr Arbeit leisten musst. Und in 80% der Zeit trotzdem noch 65% der Arbeit vor dir hast... ;) Na egal gestern war 1ter April vllt meint er ja das er die Spannnung recht stabil halten will. Bei einem/r ominösen Spannusgregler/Quelle. Der Spitzenstrom fließt so oder so, nur wenn die Kiste in der Stromfähigkeit unterdimensioniert ist kann bestimmt ein pfiffiger Ing hier mal die Lebensdauer berechnen...
C:\> schrieb: > Großer Vorteil einer Induktivitaet gegenueber linearer KSQ (bei R-C statt Linear-KSQ-C ist die Effizienz noch schlechter) > ist die viel geringere Verlustleistung. Die L > gibt beim "Entladen" die gespeicherte Energie wieder ab. chris schrieb: > Na dich will ich mal sehen wenn du in 20% der Zeit ca 85% > mehr Arbeit leisten musst. Und in 80% der Zeit trotzdem noch > 65% der Arbeit vor dir hast... ;) Du scheinst es auch nach Wolfgangs Post nicht zu verstehen. > Der Spitzenstrom fließt so oder so, Ja, aus dem Speicher-C fließt er. Du wolltest vielleicht (oder auch nicht) sagen, daß der Durchschnittsstrom sowieso fließt. Ist Dir das Prinzip Speicher/Filter(/Abblocken) echt unbekannt? Wo doch praktisch jeder Schaltwandler gepulste Stroeme aufweist? Ja, ein Schaltnetzteil an Pulslast wird im Allgemeinen nach dem auftretenden Spitzenstrom dimensioniert (als dem spezifizierten Dauerstrom, ein spezielles "Pulslast" SNT mueßte extra dafuer ausgelegt sein - z.B. die Halbleiter fuer den Spitzenstrom, doch dafuer die Kuehlung nach der Dauerlast, etc.). [Kann je nach exaktem SNT eh auch problematisch sein - viele SNT moegen es gar nicht, hart gepulst betrieben zu werden (#), manche moegen alleine schon sehr geringe Last gar nicht all zu gern.] Doch z.B. viele 50Hz-Trafos laufen an Pulslast, werden dabei teils stark ueberlastet - kurzzeitig, es folgen jeweils Phasen zum Abkuehlen. Ich weiß ehrlich nicht, was Du hast: Da ist eine Induktivitaet, die den Pulsstrom an der Versorgung auf <= deren Spezifikation begrenzt - und dahinter ein C, der die geforderten Stromspitzen liefern kann. (#): So ein wohldimensioniertes LC-Filter ist auch hierfuer (siehe oben) eine gute Loesung - statt harten Pulsen wird dem SNT eine Last mit viel weicheren Flanken "uebermittelt". Also auch bei ausreichend dimensioniertem SNT kann ein solches LC Filter das SNT schonen. Es muß nur alles so dimensioniert sein, daß nicht ungewollt/schaedlich der Laststrom zu sehr begrenzt wird, also genau abgestimmt. Das_funktioniert (ehrlich wahr) wirklich_bestens ... (Oder anders gesagt - gegenteilig zu Deiner aktuellen Auffassung: Er will die Versorgung eben nicht durch die Pulse ueberlasten. Und genau das ist mit Wolfgangs Filter perfekt geloest. Bravo! :)
Gerd K. schrieb: > Das Problem ist, dass der Sensor periodisch hohe Stromspitzen abverlangt Nein. Das Problem ist Inaktivität [Faulheit] oder Mitteilungsbedürfnis. Akku oder Goldcap, früher wurde das mit Elkos gelöst oder mit dem Arzt.
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