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
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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.
Angehängte Dateien:
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Muratat_100uF.png
16 KB
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.
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