Hallo zusammen,
zu den Angaben im Datenblatt eines Dual Output DC/DC Wandler hätte ich
eine Frage.
Es geht um die Ansteuerung eines bistabilen Magnetventils, Datenblatt:
https://www.akmueller.de/fileadmin/akmueller/products_import/datasheets/50_013_806_de.pdf.
Hierzu ist Impuls zur Ansteuerung von +/-6V, 1.4W Nennleistung und 15ms
nötig.
Dazu möchte ich einen DC/DC Wandler mit +/-5V Output und 3V3 Input
nutzen. Da dies in die Toleranz der Eingangsspannung des Magnetventils
passt und auch zum Rest meiner Schaltung, bezüglich der 3V3 Input
Spannung.
Das Problem ist, dass im Datenblatt jeglicher Dual Output DC/DC Wandler
mit 2W Ausgangsleistung Stromangaben mit +/-200mA angegeben sind. Müsste
dies nicht 400mA ergeben, oder gehen die Hersteller davon aus, dass
beide Schienen voll belastet werden und daher nur +/-200mA angeben?
Meine Frage wäre nun, ob es auch möglich ist den Wandler einseitig
maximal zu belasten, sprich +5V und +400mA = 2W für 15ms?
Lukas schrieb:> Das Problem ist, dass im Datenblatt jeglicher Dual Output DC/DC Wandler> mit 2W Ausgangsleistung Stromangaben mit +/-200mA angegeben sind. Müsste> dies nicht 400mA ergeben, oder gehen die Hersteller davon aus, dass> beide Schienen voll belastet werden und daher nur +/-200mA angeben?
Du hast 2 Ausgänge mit jeweils 5V*200mA=1W. Zusammen sind das 2W.
Und du kannst nicht davon ausgehen, dass du eine Ausgang mehr belasten
kannst, wenn der andere nicht benutzt wird. Kann sein - muss aber nicht!
> Meine Frage wäre nun, ob es auch möglich ist den Wandler einseitig> maximal zu belasten, sprich +5V und +400mA = 2W für 15ms?
Wozu brauchst du denn 400mA? 6V/1,4W ergeben 233mA. Bei 5V sind das dann
nur knapp 200mA.
Aber unabhängig davon: wozu brauchst du 2 Spannungen? Eine reicht doch,
wenn du die 5V umpolst. Das geht z.B. mit einer Brückenschaltung oder
einem Relais. Aber über die Ansteuerung hast du ja noch nichts gesagt...
Dietrich L. schrieb:> Lukas schrieb:>> Meine Frage wäre nun, ob es auch möglich ist den Wandler einseitig>> maximal zu belasten, sprich +5V und +400mA = 2W für 15ms?>> Wozu brauchst du denn 400mA? 6V/1,4W ergeben 233mA. Bei 5V sind das dann> nur knapp 200mA.>> Aber unabhängig davon: wozu brauchst du 2 Spannungen? Eine reicht doch,> wenn du die 5V umpolst. Das geht z.B. mit einer Brückenschaltung oder> einem Relais. Aber über die Ansteuerung hast du ja noch nichts gesagt...
400mA = 2W/5V, meinte damit die Angabe im Datenblatt des Wandlers.
Für mein bistabiles Magnetventil ergibt dies: 1,4W/5V = 280mA und der
Wandler kann nur +/-200mA...
Das ganze wird in ein energieautarkes System eingebaut und sollte daher
möglichst wenig Energie benötigen. Der DC/DC Wandler wird per MOSFET
abgeschaltet und die Ausgänge zum Ventil werden ebenfalls per MOSFET vom
µC geschaltet, damit im Schlafmodus kein Strom fließt. Daher fällt ein
Relai leider raus, da die Leistung im Schaltaugenblick zu groß ist.
Lukas schrieb:> und der Wandler kann nur +/-200mA...
Die Energie zum Umschalten des Relais könnte in einem Elko gepuffert
werden. Denn der Witz an der Sache ist ja, dass das Ventil den Strom
nicht dauerhaft braucht.
Die Frage dazu ist: wie oft wird das Ding geschaltet?
> Impuls zur Ansteuerung ... 1.4W Nennleistung und 15ms nötig.
Na bitte: alles da, was man zum Berechnen des Pufferkondensators
braucht:
1,4W*0,015s = 0,021Ws.
Und die Energie in einem Kondensator ist E = 1/2*C*U²
Das umgestellt nach C = 2E/U² = 0,042Ws/(6V)² = 1,16mF
Da ein wenig Reserve dazu und 2mF reichen locker.
Mit dem zur Verfügung stehenden Strom von 200mA ist der Kondensator dann
nach t = 2mF*6V/200mA = 60ms wieder geladen und bereit für einen neuen
Schaltvorgang.
Diese Zahlen sind für eine einfache Rechnung alle grob überschlagen und
bedürfen einer praktischen Überprüfung.
> bistabilen Magnetventils ...> Impuls zur Ansteuerung von +/-6V
Ich würde da schon gar keine bipolare Spannung erzeugen, sondern eine
H-Brücke zum Umschalten verwenden.
Lukas schrieb:> 400mA = 2W/5V, meinte damit die Angabe im Datenblatt des Wandlers.
Das ist nicht die Angabe zum DC/DC Wandler.
> Für mein bistabiles Magnetventil ergibt dies: 1,4W/5V = 280mA
Diese Rechnung ist falsch
Die 1.4W sind die Nennleistung bei Nennspannung von 6V. Entsprechend
einem Strom von 1.4W ÷ 6V = 233mA. Entsprechend einem Spulenwiderstand
von 6V ÷ 233mA = 25.7Ω. Was an 5V dann gerade mal 194mA ergibt.
Trotzdem ist es natürlich albern, einen DC/DC Wandler mit ±5V
Ausgangsspannung zu nehmen. Besser einen mit 7.5V und eine einfache
H-Brücke zum Erzeugen des bipolaren Steuersignals verwenden. Da an den
Schaltelementen der Brücke etwas Spannung abfällt, dürften mit 7.5V
Versorgung gerade die notwendigen 6V am Ventil ankommen.
Lukas schrieb:> Dazu möchte ich einen DC/DC Wandler mit +/-5V Output und 3V3 Input nutzen.
Woher kommen denn eigentlich die 3,3V in einem autarken System? Und wie
belastbar sind die?
Lukas schrieb:> Das ganze wird in ein energieautarkes System eingebaut und sollte daher> möglichst wenig Energie benötigen.
Welche generischen Spannungen hast du da? Da ist doch sicher keine
Energiequelle bzw. kein Energiespeicher mit genau 3,3V drin...
Axel S. schrieb:> Lukas schrieb:>> Für mein bistabiles Magnetventil ergibt dies: 1,4W/5V = 280mA>> Diese Rechnung ist falsch>> Die 1.4W sind die Nennleistung bei Nennspannung von 6V. Entsprechend> einem Strom von 1.4W ÷ 6V = 233mA. Entsprechend einem Spulenwiderstand> von 6V ÷ 233mA = 25.7Ω. Was an 5V dann gerade mal 194mA ergibt.>> Trotzdem ist es natürlich albern, einen DC/DC Wandler mit ±5V> Ausgangsspannung zu nehmen. Besser einen mit 7.5V und eine einfache> H-Brücke zum Erzeugen des bipolaren Steuersignals verwenden. Da an den> Schaltelementen der Brücke etwas Spannung abfällt, dürften mit 7.5V> Versorgung gerade die notwendigen 6V am Ventil ankommen.
Ist wirklich der Spulenwiderstand konstant und nicht die angegebene
Leistung??? Wieso wird der Wert des Spulenwiderstandes dann nicht als
konstante Größe angegebenim Datenblatt?
Schaltet das Ventil dann noch voll durch?
Lukas schrieb:> Ist wirklich der Spulenwiderstand konstant und nicht die angegebene> Leistung???
Die Spule ist ein aufgewickelter Kupferdraht. Wenn du sie mit
Gleichspannung betreibst siehst du nur den ohmschen Anteil. Und der
Anteil ist im wesentlichen nur temperaturabhängig.
Wer soll da die Leistung konstant halten?
Lukas schrieb:> Wieso wird der Wert des Spulenwiderstandes dann nicht als> konstante Größe angegebenim Datenblatt?
Frag den Hersteller...
Immerhin steht im DaBla "Nennleistung 1,4 W bei Nennspannung". Daraus
kann man der Widerstand leicht errechnen - und auch daraus schließen,
dass die Leistung nicht konstant ist.
> Schaltet das Ventil dann noch voll durch?
Dazu steht im DaBla "Arbeitsspannung 4,0- 6,9 V DC öffnen/schließen bei
T-Umgebung 25 °C".
Daher sollte es wohl mit 4V bei 25°C funktionieren. Und bei höheren
Temperaturen brauchst du eine höhere Spannung (TK von Kupfer).
Lothar M. schrieb:> Die Frage dazu ist: wie oft wird das Ding geschaltet?
Nicht öfter wie alle fünf Minuten.
> Das umgestellt nach C = 2E/U² = 0,042Ws/(6V)² = 1,16mF> Da ein wenig Reserve dazu und 2mF reichen locker.
Kleine DC/DC Wandler sind nicht für solch große Ausgangskapazitäten
gebaut. Dort sind z.B. 220µF anschließbar.
> Ich würde da schon gar keine bipolare Spannung erzeugen, sondern eine> H-Brücke zum Umschalten verwenden.
Gute Idee mit der Halbbrücke, da bin ich noch nicht drauf gekommen. Doch
dann benötigt die Schaltung mehr Platz (mehr Bauteile) als mit einem
Dual-Output-Wandler. (Spreche hier vom diskreten Aufbau, keine SMD
Hardware)
Lothar M. schrieb:> Woher kommen denn eigentlich die 3,3V in einem autarken System? Und wie> belastbar sind die?
Gespeist wird das ganze von einem Li-Ion Akku und nachgeschaltet ist ein
3.3V LDO.
Dietrich L. schrieb:> Die Spule ist ein aufgewickelter Kupferdraht. Wenn du sie mit> Gleichspannung betreibst siehst du nur den ohmschen Anteil. Und der> Anteil ist im wesentlichen nur temperaturabhängig.> Wer soll da die Leistung konstant halten?
Danke für die Erklärung. War immer der Meinung die Leistung müsste
konstant sein.
Felix schrieb:> Gute Idee mit der Halbbrücke, da bin ich noch nicht drauf gekommen.> Doch dann benötigt die Schaltung mehr Platz (mehr Bauteile) als mit> einem Dual-Output-Wandler.
Eine Vollbrücke für deinen Strom gibts im SO8 Gehäuse. Und einen 3 zu 5V
Wandler findet man in jeder Powerbank. Galvanische Trennung ist nicht
erforderlich, die Spulen in deinem Ventil sind isoliert. Man sollte es
nur so komplizierter machen wie nötig, nicht wie möglich.
MfG Klaus
Klaus schrieb:> Eine Vollbrücke für deinen Strom gibts im SO8 Gehäuse. Und einen 3 zu 5V> Wandler findet man in jeder Powerbank. Galvanische Trennung ist nicht> erforderlich, die Spulen in deinem Ventil sind isoliert. Man sollte es> nur so komplizierter machen wie nötig, nicht wie möglich.
An die Galvanische Trennung habe ich gedacht, um den µC und andere
Elemente der Schaltung zu schützen, nicht das Magnetventil außen.
Im Datenblatt des Magnetventil sind am Anschlussstecker 2 PINs, wird am
Roten Anschluss (PLUS) der Impuls also +/-5V aufgeschaltet und am
Schwarzen Anschluss (Minus) der Ground angeschlossen???
Oder so angeschlossen:
- Öffnungsimpuls (+5V) auf Rot, Schwarz Ground
- Schließimpuls (-5V) auf Schwarz, Rot Ground
Lothar M. schrieb:> Na bitte: alles da, was man zum Berechnen des Pufferkondensators> braucht:> 1,4W*0,015s = 0,021Ws.> Und die Energie in einem Kondensator ist E = 1/2*C*U²> Das umgestellt nach C = 2E/U² = 0,042Ws/(6V)² = 1,16mF
Jetzt musst du nur noch das Wunderrelais erfinden, dessen Spule auch bei
0V ein ausreichend starkes Magnetfeld erzeugt.
So weit musst du deinen Kondensator nämlich entladen, um da bei einer
Anfangsspannung von 6V die vollen 0.042Ws rausholen zu können.
Felix schrieb:> Kleine DC/DC Wandler sind nicht für solch große Ausgangskapazitäten> gebaut. Dort sind z.B. 220µF anschließbar.
Wer sagt denn, dass der Kondensator direkt am Ausgang vom DC/DC-Wandler
hängen soll. Wenn das Magnetventil nicht so schnell hintereinander
geschaltet wird, kann der Kondensator ganz gemütlich über einen großen
Widerstand aufgeladen werden - eben so groß, dass auch bei leerem
Kondensator der Strom unter dem maximal verfügbaren Ausgangsstrom liegt.
Felix schrieb:> Im Datenblatt des Magnetventil sind am Anschlussstecker 2 PINs, wird am> Roten Anschluss (PLUS) der Impuls also +/-5V aufgeschaltet und am> Schwarzen Anschluss (Minus) der Ground angeschlossen???
Kann man so machen.
> Oder so angeschlossen:> - Öffnungsimpuls (+5V) auf Rot, Schwarz Ground> - Schließimpuls (-5V) auf Schwarz, Rot Ground
Nein, das ist falsch: hier wäre in beiden Fällen zwischen Rot und
Schwarz die gleiche Spannung (Potentialunterschied).
Richtig wäre:
- Öffnungsimpuls (+5V) auf Rot, Schwarz Ground
- Schließimpuls (+5V) auf Schwarz, Rot Ground
PS: Du solltest dich auf einen Namen einigen, Lukas oder Felix!
Lukas schrieb:> Ist wirklich der Spulenwiderstand konstant und nicht die angegebene> Leistung???
<seufz>
Die Spule ist ein aufgewickelter Kupferdraht. Der hat nun mal eine Länge
und einen Durchmesser und daraus resultierend einen Widerstand. Was soll
das Ventil denn machen, wenn du es mit einer Spannung absteits der
Nennspannung betreibst? Sich selber ein paar Meter Draht abwickeln?
> Wieso wird der Wert des Spulenwiderstandes dann nicht als> konstante Größe angegeben im Datenblatt?
Die Angaben sind synonym. kennst du die eine, dann kennst du die andere.
Und die meisten Leute wird der Spulenwiderstand nicht interessieren,
sondern eher die Leistung.
Felix schrieb:> Lothar M. schrieb:>> Woher kommen denn eigentlich die 3,3V in einem autarken System?>> Und wie belastbar sind die?> Gespeist wird das ganze von einem Li-Ion Akku und nachgeschaltet> ist ein 3.3V LDO.
Dann wäre es wohl wesentlich sinnvoller, den DC/DC Wandler (bzw. einen
Stepup-Schaltregler) direkt am Akku zu betreiben. Natürlich abschaltbar.
Der muß ja nicht den Akku leerzuppeln, wenn gar nichts zu tun ist.
Felix schrieb:> An die Galvanische Trennung habe ich gedacht, um den µC und andere> Elemente der Schaltung zu schützen
So so. Wovor denn zu schützen?
Das ist Cargo-Kult Design, was du da machst.
Dietrich L. schrieb:> Felix schrieb:> Im Datenblatt des Magnetventil sind am Anschlussstecker 2 PINs, wird am> Roten Anschluss (PLUS) der Impuls also +/-5V aufgeschaltet und am> Schwarzen Anschluss (Minus) der Ground angeschlossen???>> Kann man so machen.
Das wäre der Fall bei der Ansteuerung mit einer Halbbrücke.
Kann man eine Halbbrücke, welche an einer pos und neg Spannung
angeschlossen ist und Schwarz an Ground denn direkt von einem yC
schalten? Ich meine die pos Spannung per P-MOSFET oder PNP zu schalten
ist kein Problem, aber die -5V wird problematisch???
> Richtig wäre:> - Öffnungsimpuls (+5V) auf Rot, Schwarz Ground> - Schließimpuls (+5V) auf Schwarz, Rot Ground
Das wäre dann der Fall bei Ansteuerung mit einer Vollbrücke (H-Brücke).
Axel S. schrieb:> Die Spule ist ein aufgewickelter Kupferdraht. Der hat nun mal eine Länge> und einen Durchmesser und daraus resultierend einen Widerstand. Was soll> das Ventil denn machen, wenn du es mit einer Spannung absteits der> Nennspannung betreibst? Sich selber ein paar Meter Draht abwickeln?
Das ist mir jetzt klar. Aber oft ist es doch so, dass die Leistung
konstant ist und der Strom sich bei kleinerer Spannung erhöht?
Felix schrieb:> Kann man eine Halbbrücke, welche an einer pos und neg Spannung> angeschlossen ist und Schwarz an Ground denn direkt von einem yC> schalten? Ich meine die pos Spannung per P-MOSFET oder PNP zu schalten> ist kein Problem,
aber nur, wenn die Spannung am µC-Ausgang so groß ist wie "pos
Spannung",
> aber die -5V wird problematisch???
Da brauchst du dann noch einen "Hilfstransistor", der die Spannung
passend ins negative verschiebt.
Dietrich L. schrieb:> Felix schrieb:> Kann man eine Halbbrücke, welche an einer pos und neg Spannung> angeschlossen ist und Schwarz an Ground denn direkt von einem yC> schalten? Ich meine die pos Spannung per P-MOSFET oder PNP zu schalten> ist kein Problem,>> aber nur, wenn die Spannung am µC-Ausgang so groß ist wie "pos> Spannung",
Das wird natürlich schon schwierig mit 3.3V am Augang des Controllers...
Dietrich L. schrieb:> aber nur, wenn die Spannung am µC-Ausgang so groß ist wie "pos> Spannung",
Mit Hilfe der Beschaltung (im Anhang), sollte das für die +5V mittels
PMOS, "Hilfs"-NPN und einem Digitalen Ausgang am Mikrocontroller
funktionieren.
Wolfgang schrieb:> Jetzt musst du nur noch das Wunderrelais erfinden, dessen Spule auch bei> 0V ein ausreichend starkes Magnetfeld erzeugt.> So weit musst du deinen Kondensator nämlich entladen, um da bei einer> Anfangsspannung von 6V die vollen 0.042Ws rausholen zu können.
Warum wohl habe ich die Kapazität danach dann gleich großzügig
verdoppelt? Und den Satz dazu geschrieben, dass man das noch in der
Praxis prüfen sollte? Ja, genau deshalb, weil ich das Ganze wie
geschrieben nur grob überschlagen habe.
Nach dem jetzigen Stand der Dinge würde ich den Kondensator bei Bedarf
direkt aus dem Akku mit einem simplen Stepup laden und dann passend
gepolt auf die Ventilspule schalten.
Lothar M. schrieb:> Ja, genau deshalb, weil ich das Ganze wie> geschrieben nur grob überschlagen habe.
Du hast schlicht die falsche Gleichung zur Berechnung zu Grunde gelegt.
Was hat das mit "grob Überschlagen" zu tun, wenn solch elementaren
Fehler im Ansatz stecken.
Wolfgang schrieb:> Du hast schlicht die falsche Gleichung zur Berechnung zu Grunde gelegt.
Die Rechnung, die ich zugrunde gelegt habe ist fundierter, als es für
dich im ersten Augenblick aussieht. Und offenbar hast du es nicht
nachgerechnet. Du schaffst es nicht mal, den Fehler zu erklären. Wozu
also dieser unnötige Post?
Also hier die Erklärung: man muss die Restenergie bei 4V von der
maximalen Energie bei 6V abziehen, denn nur die Differenz zwischen 6V
und 4V ist für das Ventil wirksam.
Nehmen wir also mal 6V und 2mF als Ausgangspunkt. Dann ist im
Kondensator eine Energie von 36mWs. Davon ziehen wir die Restenergie bei
4V, also 16mWs ab und erhalten 20mWs, die für eine grobe
Überschlagsrechnung recht nahe an den nötigen 21mWs liegen.
Und ich bin mir sicher, dass ich da in der Praxis zum Ende des
Ansteuerzyklus mit der Spannung auch noch niedriger werden darf. Denn so
ein Ventil braucht zu Beginn der Umschaltbewegung mehr Strom als später
zum Halten.
Lothar M. schrieb:> Also hier die Erklärung: man muss die Restenergie bei 4V von der> maximalen Energie bei 6V abziehen, denn nur die Differenz zwischen 6V> und 4V ist für das Ventil wirksam.> Nehmen wir also mal 6V und 2mF als Ausgangspunkt. Dann ist im> Kondensator eine Energie von 36mWs. Davon ziehen wir die Restenergie bei> 4V, also 16mWs ab und erhalten 20mWs, die für eine grobe> Überschlagsrechnung recht nahe an den nötigen 21mWs liegen.>> Und ich bin mir sicher, dass ich da in der Praxis zum Ende des> Ansteuerzyklus mit der Spannung auch noch niedriger werden darf. Denn so> ein Ventil braucht zu Beginn der Umschaltbewegung mehr Strom als später> zum Halten.
Werde es statt einem Relais über den Dual Output DC/DC Wandler (+/-5V)
und einer Halbbrücke ansteuern. Dazu dann jeweils einen Pegelwandler für
beide MOSFETs zur Ansteuerung vom µC PIN (3.3V) aus.
Die sonst wahrscheinlich bessere Lösung wäre der Ansatz mit einem
einfachen DC/DC Wandler (+5V) und einer Vollbrücke (H-Brücke) gewesen,
sowie jeweils einem Pegelwandler für die P-MOSFETs in der Brücke.
Danke an alle für eure Hilfe und Erklärungen!!
Lothar M. schrieb:> Du schaffst es nicht mal, den Fehler zu erklären.
Ich war davon ausgegangen, dass man dir das nicht erklären muss und
hatte offensichtlich Recht.
> Also hier die Erklärung: man muss die Restenergie bei 4V von der> maximalen Energie bei 6V abziehen, denn nur die Differenz zwischen 6V> und 4V ist für das Ventil wirksam.
Der Fehler ist, dass du die Gesamtenergie des Kondensators ansetzt und
nicht berücksichtigst, das der Strom für den Aktuator nicht im
notwendige Maß fließen kann, sobald die Untergrenze der Erregerspannung
unterschritten wird. Real betrachtet, werden die 15ms allerdings nur
unter bestimmten Prüfbedingungen mit konstanter Pulsamplitude gelten und
nicht bei Kondensatorentladung.
Wolfgang schrieb:> Der Fehler ist, dass du die Gesamtenergie des Kondensators ansetzt
Eigentlich nicht,
denn ich schrieb:>>... denn nur die Differenz zwischen 6V>> und 4V ist für das Ventil wirksam.Wolfgang schrieb:> Real betrachtet, werden die 15ms allerdings nur unter bestimmten> Prüfbedingungen mit konstanter Pulsamplitude gelten und nicht bei> Kondensatorentladung.
Und real gesehen wird das Ventil sogar bei konstanter Ansteuerung mit
4V und 15ms umschalten. Und damit braucht es tatsächlich deutlich
weniger als die Nennleistung von 1,4W (bei einer Nennspannung von 6V)
zum umschalten.
Ob man das in den vier Tagen, die dieser Thread schon läuft, mal am
Labornetzteil hätte ausprobieren können? So zwei Tage fürs Einschalten
und zwei fürs Ausschalten. Gut, die Forderung nach 15ms könnte ein
Problem sein. Da das Ventil wohl bei 16ms abraucht..
Oder soll es min 15ms heißen?
German Overengineering
MfG Klaus
