Hi Leute,
ich muss für meine Frage etwas ausholen ;)
Wenn ich einen KerKo (oder genauer ein Array aus diversen parallel) habe
und der bei meiner Versorgungsspannungslage gut -70% seiner
ursprünglichen Kapazität hat (er selbst kann doppelt so viel vertragen)
was ja normal ist, wie ist dann seine Kapazität, wenn ich ihn mit einer
Einschaltstrombegrenzung einschalte? Die Einschaltstrombegrenzung sorgt
ja im Endeffekt dafür, das die Spannung langsam ansteigen wird.
Meine Vermutung: Seine Kapazität ist die "maximale" und dann fallend, da
ja erst mit fallendem Strom seine Spannung steigen wird.
Ich frage, da ich die Gesamtkapazität so auslegen muss, das ich die
Kapazität binnen 10ms durch den Einschaltstrombegrenzer nahezu
vollständig laden muss.
Lässt sich das irgendwie mathematisch ermitteln?
Harry schrieb:> Lässt sich das irgendwie mathematisch ermitteln?
Geh schlimmstenfalls davon aus, dass der Kondensator über die gesamte
Spannung seinen Wert (ggfs. plus die im Datenblatt angegebene positive
Toleranz) hat. Denn sonst könnte es sein, dass der Hersteller seinen
Prozess "verbessert" und deshalb die Kapazität über den Spannungsbereich
konstanter wird. Damit würde deine "Berechnung" zunichte gemacht.
> da ich die Gesamtkapazität so auslegen muss, das ich die Kapazität> binnen 10ms durch den Einschaltstrombegrenzer nahezu vollständig laden> muss.
Warum das?
Lothar M. schrieb:>> da ich die Gesamtkapazität so auslegen muss, das ich die Kapazität>> binnen 10ms durch den Einschaltstrombegrenzer nahezu vollständig laden>> muss.> Warum das?
Weil diese beigestellt wird und relativ schwachbrüstig ist. Laut
Hersteller kann diese die "maximale" Leistung nur 10ms bei maximaler
Umgebungstemperatur.
Keramische Kapazitaeten koennen viel schneller geladen werden.
Zumindest, diewelchen mir bekannt sind. Sie dienen deshalb ja auch als
sehr schnelle speicher. Ich wuerd sagen Nonosekunden bis Mikrosekunden.
zumindest die bis 100uF und bis 500V.
Die Kapazitaet ist allerdings nicht konstant mit der Spannung, sondern
nimmt mit der spannung ab.
Kapazitaet bedeutet Ladung pro Spannung. Und die nimmt ab. Der Nennwert
ist bei Spannung gleich Null
Zitronen F. schrieb:> Die Kapazitaet ist allerdings nicht konstant mit der Spannung, sondern> nimmt mit der spannung ab.
Das beinhaltet ja auch meine Frage!
Harry schrieb:> binnen 10ms
legs einfach für 100% aus (worst case), dann ists auf jeden Fall <10ms.
Du kannst es auch einfach mal mit real existierenden Bauteilen aufbauen
und messen was wirklich passiert bevor Du anfängst
Differentialgleichungen aufzustellen und am Ende doch was anderes
rauskommt.
Hast Du noch etwas Luft nach oben mit dem maximal erlaubten Strom? Denn
dann machts ja auch nichts wenns schon in 5ms voll ist, Hauptsache
überhaupt eine Begrenzung. In der Praxis gibts meist erst dann Probleme
wenn gar keine Begrenzung drin ist weil dann vergleichsweise irrsinnige
Ströme fließen und im Zusammenspiel mit der Leitungsinduktivität auch
noch Überschwinger von bis zur doppelten Versorgungsspannung auftreten
können die Dir die nachfolgenden Schaltungsteile grillen können.
Vermutung:
Das Prblem ist, dass der Verlauf der Kapazität vom physikalischem Aufbau
des Kerkos abhängt.
Einige Bereiche (dort, wo das Dielektrikum dünner ist) sättigen
schneller als andere.
Damit ist der Verlauf weder linear, noch gleich über alle Hersteller,
weil der innere Aufbau der Kerkos dürfte sich ja unterscheiden.
Das berechnen zu wollen ist sinnlos.
Du kannst es aber messen: Bei Ladung mit Konstantstrom is die erste
Ableitung der gemessenen Kurve nach der Zeit die Kapazität.
Wie andere schon schrieben
Geh für die Auslegung einfach davon aus, dass die Kapazität immer 100 +
Toleranz ist, das ist der worst case. Dann klappts immer.
Harry schrieb:> Lässt sich das irgendwie mathematisch ermitteln?
sicher kann man das. Ob es sinnvoll ist, ist eine andere Frage.
Startpunkt ist i=C*du/dt
Umgeformt wird daraus: i*dt=C*du und man integriert beide Seiten auf.
Wären i und C konstant, dann ergibt sich daraus das Gewohnte i*t=C*u
(wenn das Laden zum Zeitpunkt t=0 mit einer Spannung U=0 startet)
Da C nicht konstant ist, musst du eine entsprechende Formel C(u)
ansetzen und ernsthaft integrieren:
Jetzt brauchst du eine Formel für C(u). Die oben angehängte
Kapazitätskurve für einen Murata-Kondensator kann man in erster Näherung
linear beschreiben mit
mit C0=100µF und alpha=-0,08/v
Drüber integriert bekommst du
Jetzt kannst du dir deine Werte einsetzen. Für tE=10ms und UE=5V
bekommst du den benötigten Gesamtstrom 40mA. Hättest du stattdessen mit
konstanten 100µF gerechnet, wären das Ergebnis 50mA - die Einsparung
liegt also im Bereich dessen, was du als wahrscheinlich ohnehin als
Sicherheitsreserve vorhalten würdest. Die Rechnung hat sich also nicht
wirklich gelohnt.
soso... schrieb:> Einige Bereiche (dort, wo das Dielektrikum dünner ist) sättigen> schneller als andere.
ich gehe mal davon aus, dass bei einem gegebenen KerKo die
Dielektrikumsdicke überall gleich ist (bei einem anderen Kondensator
oder einem anderen Hersteller ist sie natürlich anders).
Harry schrieb:> Lothar M. schrieb:>>> da ich die Gesamtkapazität so auslegen muss, das ich die Kapazität>>> binnen 10ms durch den Einschaltstrombegrenzer nahezu vollständig laden>>> muss.>> Warum das?>> Weil diese beigestellt wird und relativ schwachbrüstig ist. Laut> Hersteller kann diese die "maximale" Leistung nur 10ms bei maximaler> Umgebungstemperatur.
Bei entsprechenden Anforderungen an Kapazität und Spannungsfestigkeit
kann diese Auslegung der Vorstufe u.U. teuer werden.
Wenn die Vorgabe bestehen bleibt, würde ich empfehlen, vorausgewählte
Bausteine unter verschiedenen Last- und Umweltbedingungen zu messen.
Eine Einschaltrampe kann man per DSO messen, noch mehr Details verrät
ein Spectrumanalyzer mit Trackinggenerator. Hier sind ein paar
Beispiele, wie passende Boards aussehen könnten.
http://www.harerod.de/applications_ger.html#EmiFilTest
Neben den HF-Anschlüssen kann man diverse Filterstrukturen und z.B. auch
DC-Einspeisungen vornehmen (um z.B. Kappas und Induktivitäten in
verschiedenen Betriebspunkten zu untersuchen).
Das geht natürlich bis zu einem gewissen Punkt auch auf Lochraster.
Praxistipp: Wenn Du dann Dein Traumfilter zusammengestellt hast, musst
Du nur noch dafür sorgen, dass der Einkauf nach dem nächsten Besuch der
sympathischen Außendienstmitarbeiterin vom Eisenfeilspänegrosshändler
das überteuerte Japanteil nicht durch ein "genau gleichwertiges"
ersetzt.
Alternativbauteil heißt neu messen, mindestens in-house, im Zweifelsfall
bei einer benannten Stelle.
In kritischen Komponenten verwende ich bevorzugt bewährte Designs.
Bauteiledefinitionen bis runter zur Herstellerartikelnummer, Änderungen
nur nach schriftlicher Freigabe. Also Prozesse die in bestimmten
Branchen ganz selbstverständlich sind.
Marcus H. schrieb:> Harry schrieb:>> Lothar M. schrieb:>>>> da ich die Gesamtkapazität so auslegen muss, das ich die Kapazität>>>> binnen 10ms durch den Einschaltstrombegrenzer nahezu vollständig laden>>>> muss.>>> Warum das?>>>> Weil diese beigestellt wird und relativ schwachbrüstig ist. Laut>> Hersteller kann diese die "maximale" Leistung nur 10ms bei maximaler>> Umgebungstemperatur.>> Bei entsprechenden Anforderungen an Kapazität und Spannungsfestigkeit> kann diese Auslegung der Vorstufe u.U. teuer werden.
Hat er überhaupt schon erwähnt um welche Spannungen, Ströme und
Kapazitäten wir überhaupt sprechen? Wenn das alles noch unter der
Kategorie "schwachbrüstig" läuft reichen vielleicht auch schon 2
Transistoren als Strombegrenzung.
Den Einschaltstrom kann er mit einem Shunt und einem DSO messen, kein
Grund da schwere Geschütze aufzufahren und von HF und aufwendigen
Filtern hat er auch nichts gesagt, bis jetzt hab ich nur was von nem
schwachbrüstigen Netzteil und Einschaltstrombegrenzung bei der
Versorgungsspannung gelesen. Das ist halbwegs trivial und überhaupt
nicht teuer.
Bernd K. schrieb:> Hat er überhaupt schon erwähnt um welche Spannungen, Ströme und> Kapazitäten wir überhaupt sprechen?
Nein, habe ich nicht! Es ging mir erst einmal um die Theorie!
Um Konkreter zu werden (nicht geschockt sein, du hast ja gefragt :-P):
Es geht um 48V System das im Inrush nur mit 10A belastet werden darf.
Die KerKos sind 4,7µF oder ggf. 2,2µ/100V/X7S/1210 mit
Kurzschlussgeschützte Bauart und einer Art Gullwing-Füßen. Benötigt wird
eine Gesamtkapazität >= 300µF (also mind. 65 Stück der 4,7µ bzw ~150x
2,2µF), verteilt auf zwei Dickkupfer Europlatinen.
Entladen wird mit Pulsen (einstellige µs-Bereich) von bis zu 150A (darum
auch so viele kleine parallel). Die Pulsbelastung ist je Cap nur etwa
30-50% des Zulässigen bei einer Erwärmung bis 25°C.
Die Kapazität wird so hoch angesetzt, da es mehrere Pulsfolgen
hintereinander geben kann, die nicht lang genug auseinander sind, als
das man die Cap-Bank nachladen könnte.
Folienkondensatoren hätte ich gerne eingesetzt, aber der Bauraum ließ
nur ein sehr flachen aufbau (<10mm höhe) zu, was ich arg doof finde.
Da hast Du ja noch ordentlich Luft für Toleranzen und Ungenauigkeiten in
alle Richtungen, wenn Du den Strom auf 10A begrenzt ist es schon nach
1.44ms voll, bei 5A nach 2.88ms, bei 2A nach 7.2ms.
Ich würde die übliche Schaltung mit 2 Bipolartransistoren nehmen und für
ungefähr 2 oder 3 Ampere dimensionieren.
