Propeller Clock - Stromversorgung

[Michael K. (mmike)]

Hallo Leute,
da jetzt die "staade" (bayrisch für ruhige) Zeit kommt und ich noch 
nicht genug Projekte im Keller habe wollte ich mit nem Freund zusammen 
eine Propeller Clock bauen.... Ich hab schon tonnen von Seiten aus dem 
Netz gelesen und auch hier im Forum die Suchfunktion bemüht! Soweit ist 
alles klar ....
das Vorgehen sieht bei mir folgendermassen aus, daß der rotierende Teil 
auf einen PC Lüfter motiert werden (ATMega 8 mit 11 SMD LEDs). Fragen 
hätte ich jetzt noch zur Stromversorgung. Es soll eine Sekundärwicklung 
auf den Rotor aufgebracht werden und die Primärwicklung auf ne 
"Klopapierrolle" aussen rum. Soweit auch alles klar. Dann brauch ich ja 
nur noch die Ansteuerung der Primärspule und hier hab ich ein paar 
Probleme. Da 50 Hz für die Primärspule zu wenig sein sollen (hab ich aus 
anderen Beiträgen) will ich diese mit 10 - 30 kHz taken mit einem 
zweiten µC mittels PWM (ein - aus - ein ...). Der Läufter soll zudem 
auch mitteln PWM drehzahlgeregelt werden (mit dem Impulsausgang). Im 
Anhang ist mal ein vorläufiger Schaltplan für die Ansteuerung der 
Primärspule. Dazu ein paar Fragen:
Ist der BUZ11 da geeignet (Hab noch nen paar rumliegen) ?
Welcher Wert sollte der "Vorwiderstand" von Q2 haben ?
Sollte ich noch um die Spule rum ne Freilaufdiode schalten, damits mir 
meinen BUZ nicht fetzt, wenn die Spule "ausgeschaltet" wird und kräftig 
eigeninduziert ?

Wäre für konstruktive Vorschläge sehr dankbar !!

LG,
Michael

[Benedikt K. (benedikt)]

Michael K. wrote:
> Welcher Wert sollte der "Vorwiderstand" von Q2 haben ?

Einige Ohm bis wenige 100Ohm.

> Sollte ich noch um die Spule rum ne Freilaufdiode schalten, damits mir
> meinen BUZ nicht fetzt, wenn die Spule "ausgeschaltet" wird und kräftig
> eigeninduziert ?

Nein, dann machst du dir das Schaltnetzteil kaputt. Aber prinzipiell 
hast du schon recht. Aufgrund der sehr hohen Streuinduktivität, 
entstehen Spannungsspitzen die jedesmal den Mosfet durchbrechen lassen. 
Schalte einen Kondensator parallal zum Mosfet, dadurch werden die Peaks 
verkleinert und die  nicht genutze Energie wieder der Betriebsspannung 
zugeführt.

[Michael K. (mmike)]

so besser ?
Macht dann vielleicht ne Schotty wie im Anhang sinn um das Netzteil zu 
schützen ?
PS: Hab zur besseren Übersicht mal die Regelung für den PC Lüfter 
rausgenommen ....

[Benedikt K. (benedikt)]

Nein, die Diode muss raus.
Das ganze funktioniert dann folgendermaßen:
Wenn der Mosfet an ist, steigt der Strom in der Spule. Schaltet der 
Mosfet ab, fließt der Strom durch die Spule weiter, und läd den 
Kondensator auf (es ergibt sich ein Sinusförmiger Verlauf). Sobald die 
Spule die gesamte Energie abgegeben hat, ist der Kondensator auf die 
maximale Spannung geladen. Dieser entläd sich nun und speist Strom über 
die Spule in die 12V Leitung zurück. Ist der Kondensator leer, fließt 
der Strom durch die Spule weiter über die Diode des Mosfets so wird noch 
mehr Energie in die 12V Leitung abgegeben, bis der Strom durch die Spule 
auf 0 abgeklungen ist. Danach beginnt das ganze wieder von vorne. Der 
Schwingkreis aus L und C sollte daher die gleiche oder eine höhere 
Frequenz als die Schaltfrequenz haben, damit das ganze problemlos 
funktioniert. Wichtig ist auch, dass die 12V mit ein paar 100 bis 1000µF 
(je nach Leistung) gepuffert sind.

[Michael K. (mmike)]

Vielen Dank für die ausführliche Beschreibung !

Also Wikipedia hat mir "erklärt" wie ich so einen Schwingkreis berechne:

$$f = \frac {1} {(2 * \pi * \sqrt {L * C})}$$

Meine max. Frequenz möchte ich auf 30kHz festlegen. Also ergibt sich:

$$LC = \frac {1} {4 \pi^2 f^2} = \frac {1} {4 \pi^2 (30 kHz)^2} = 2.81445 e^{-11}$$

Jetzt muss ich nur noch die Induktivität meiner Spule wissen ... gibts 
da Richtwerte für selbst gewickelte Sachen ? Ich google mal ne Runde 
....

[Benedikt K. (benedikt)]

Es gibt Formeln, aber die sind leider relativ ungenau, vor allem wenn 
noch Metall in der Spule ist. Hast du ein Oszilloskop ? Damit kann man 
die Frequenz auch gut abstimmen.

[Michael K. (mmike)]

oszi ist vorhanden ! Wie genau gehe ich da vor ? Hatte bis jetzt immer 
eine leichte "Abneigung" gegen Spulen. Ist nichts persönliches, aber die 
waren mir bis jetzt immer suspekt .....

[Benedikt K. (benedikt)]

Kann ich durchaus verstehe.

Ich verwende anstelle des AVRs meist ein Frequenzgenerator um die 
richtige Frequenz zu finden.

Das ganze sieht dann in etwa so aus (obere Kurve ist die Spannung):
http://freenet-homepage.de/a-freak/oktrafo.png

Der Mosfet sollte im Idealfall irgendwo im Bereich der Rückladephase 
wieder einschalten.
Die Amplitude sollte bei einem BUZ11 irgendwo im Bereich zwischen 30V 
und 50V liegen. Wenn der Mosfet mehr kann, auch mehr. Ich verwende meist 
irgendwas zwischen 2x und 10x Betriebsspannung.
Eine höhere Amplitude bedeutet normalerweise eine höhere 
Ausgangsspannung, und somit eine bessere Energieübertragung. Allerdings 
wird dann die Breite des Impulses kürzer, was bei schlechter Kopplung 
zur Sekundärspule wieder zu einem Nachteil wird. Man muss also irgendwo 
einen Kompromiss finden. Das muss man einfach ausprobieren.

[Michael K. (mmike)]

Frequenzgenerator ist leider nicht vorhanden, aber ich "missbrauche" 
dann einfach nen AVR dem ich über RS232 sagen kann welche Frequenz er 
denn machen soll ...
Der BUZ kann bis zu 50V ab. Wenn ich die Sachen richtig verstanden habe 
kann ich wie folgt vorgehen:

PWM coden und die PWM "an" Phase erst mal sehr kurz machen. Dann mit 
Oszi messen wie hoch die Spannung ist. Dann die "an" Phase verlängern 
bis ich meine 30 - 50V, also 40V Amplitude von der Gegeninduktion 
erreiche ? Ist so das Vorgehen zu "einstellen" der Amplitudenhöhe oder 
schraub ich da schon mit der Frequenz?

Ich hätte doch E-Technik studieren sollen .... wer braucht schon LRT ?!