Hallo!
Ich bin mir gerade nicht ganz sicher ob meine Denkweise stimmt oder ob
ich total auf dem Holzweg bin, deshalb hab ichmir gedacht ich frag mal
euch ;)
Ich möchte zur Ladung eines 12V Bleiakkus aus einer circa 24V DC Quelle
eine Halbbrücke aus zwei Mosfets verwenden, die mit einem PWM Signal
gegengleich angesteuert werden.
Der Strom wird danach mittels einer Spule geglättet.
Bei einem normalen Step-Down-Wandler gibt es ja nur eine Diode unten und
einen Mosfet oben, dadurch kann nie Strom durch die Spule zurück zur
Erde fließen. Allerdings wird an der Diode Leistung verbraten, das will
ich nicht, deshalb unten der gegengleiche Mosfet.
24V-----Mosfet----
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+----Spule------12VAkku
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Mosfet
(gegengleich getaktet)
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---
-
Das sollte soweit kein Problem sein, aber kann ich so auch mit sehr
kleinen Strömen laden?
Wenn ich zum Beispiel durchschnittlich mit nur 0.1A laden will, stelle
ich ja einen duty cycle von etwas über 50% ein. In der An-Phase wird
dann der Akku geladen, aber in der Aus-phase wird der Strom durch die
Spule und den unteren Mosfet dann ja negativ und ich schließe den Akku
für kurze Zeit mehr oder weniger kurz. (diskontinuierlicher Betrieb,
allerdings mit negativen Stromwerten wegen Mosfet statt Diode)
Wenn ich ausversehen mal nur 48% Dutycycle einstelle, wird ja noch mehr
kurzgeschlossen als geladen, das heißt der Akku wird sogar leicht
entladen und die 24V Quelle gibt trotzdem noch 48% ihrer Leistung ab,
die dann ja auch noch verbraten wird?
Stimmt das so oder habe ich einen Denkfehler drin? ;) Was muss man denn
da im unteren Leistungsbereich beachten? Kann man mit so einer Schaltung
überhaupt kleine Ströme laden oder sollte man lieber immer im
Kontinuierlichen Betrieb bleiben?
Viele Grüße von einer kleinen Südseeinsel ;)
Peter
Moin ;) Durch den zweiten Mosfet (Stichwort Synchrongleichrichter) hast du keinen diskontinuierlichen Betrieb. Der Strom wird in der An-Phase ansteigen und in der Aus-Phase sinken, er kann auch negativ werden. Wenn du genau 50% einstellst, wird sich der Strom im Mittelwert aufheben und außer ein bisschen Wärme in den Bauteilen erreichst du durch diesen Blindstrom nichts. Wenn du jetzt 50.1% einstellst, fließt im Mittel mehr Strom in den Akku als aus dem Akku raus. Diese Differenz integriert sich über die Schaltzyklen auf bis dein Strom extrem hoch wird. Begrenzt wird dieser nur durch die Innenwiderstände der Bauteile im Strompfad. wenn du 49.9% einstellst (genauer gesagt alles < 50%), passiert das selbe rückwärts, du endlädst die Batterie mit einem stetig steigendem Strom. Du kannst einfach berechnen was da fließt, deine Quelle hat 24V, bei sagen wir mal 51% Duty entspricht dein Wandler einer Quelle mit 24V*51% = 12,24V, wenn du damit eine 12V Batterie laden willst, fließt ein Strom von 0,24V / R. Beim entladen gilt das gleiche. Du siehst, eine reine Dutycycle-reglung ist nicht das wahre, weil sich bereits kleinste Fehler aufintegrieren. Du brauchst irgenteinen Weg den Strom zu messen und so nachzuregeln. Beim entladen wird der Quelle im Mittel allerdings keine Leistung entzogen, im gegenteil, wenn der Strom negativ ist und der untere Mosfet abschaltet muss der Strom (durch die Spule dazu gezwungen) den einzig verbleibenden Weg nehmen, und der ist durch den oberen Mosfet zurück in die Quelle. Wenn du ideale Bauteile hättest würde im Mittel der Wirkungsgrad 100% betragen, damit hast du quasi den Synchron-Stepup erfunden ;) Für die Spule gilt dI = U*t/L Du kannst also wenn du deine Schaltfrequenz kennst und den Dutycycle deine On-Zeit berechnen. Wenn du diese Einsetzt (U ist hier die Spannungsdifferenz über der Spule, während der On-Phase 24V - 12V = 12V, in der Off-Phase 0V - 12V = -12V) bekommst du den Stromanstieg während der jeweiligen Zeit heraus. Der so entstehende Ripplestrom sorgt für ohm'sche Verluste in den Bauteilen und sollte möglichst gering sein (was man durch große Spulen oder hohe Schaltfrequenzen erreicht). Wenn du also mit geringem Strom laden willst musst du dafür sorgen dass sich dein gewünschter Strom im Mittel einstellt.
Wow, das war mal ne hammer Antwort... ausführlich und einfach erklärt. Sehr cool, habs verstanden, danke! Ich habe eine Möglichkeit, den Strom zu messen, und ich habe einen µC zur Steuerung des DutyCycles. Meine Frequenz ist 60kHz (soll ich vielleicht mehr versuchen? die Spule wird da ziemlich teuer... hab aber gehört, dass dann zu viel in den Mosfets flöten geht). Gibt es da einen fertigen Alorithmus für den µC, mit dem ich einen konstanten Strom (zum Beispiel 5A) regeln kann? Ich habe zum Beispiel alle 0,03 Sekunden einen Interrupt im µC, in dem ich so eine Regelung einbauen könnte.
Peter R. schrieb: > Gibt es da einen fertigen Alorithmus für den µC, mit dem ich einen > konstanten Strom (zum Beispiel 5A) regeln kann? Ich habe zum Beispiel > alle 0,03 Sekunden einen Interrupt im µC, in dem ich so eine Regelung > einbauen könnte. wieso nimmst du nicht einfach einen fertige, hochintegrierten IC von zB TI ? die dinger haben meinstens schon Mosfet Treiber drinnen, wenn nicht sogar schon MOsfets selber... 5A sind nun wirklich nen witz :) falls du es jedoch selberbauen willst brauchst du erstmal nen schnellen controller ala cortex M0 aufwärts mit PLL für die PWM..mit einem AVR (außer den kleinen TInys) bekommst du keine ausreichen schnelle und hochaufgelöste PWM hin (inkl. Totzeitgenerierung) um etwas > 10KHz zu erreichen -> große Spule..
Andi D. schrieb: > falls du es jedoch selberbauen willst brauchst du erstmal nen schnellen > controller ala cortex M0 aufwärts mit PLL für die PWM..mit einem AVR > (außer den kleinen TInys) bekommst du keine ausreichen schnelle und > hochaufgelöste PWM hin (inkl. Totzeitgenerierung) um etwas > 10KHz zu > erreichen -> große Spule.. ich hab einen sehr schnellen µC mit genügend aufgelöster PWM zur Verfügung, das sollte kein Problem sein. muss ja auch nicht aufs mA genau geregelt sein. Ich will später natürlich auch höhere Ströme regeln, aber der Algorithmus ist ja der gleiche...
irgentwie ist es nicht Sinn einer synchrongleichrichtung, die angeschlossene Last mit einem negativen Strom zu beaufschlagen (und hier den Akku zu entladen). Es soll vielmehr der, schon in Richtung Last fliessende, Stromfluss im Ausschaltmoment aufrecht erhalten werden, wenn ich das richtig mitbekommen habe. Sobald der Strom unter einen bestimmten Wert fällt, also sich das magnetfeld der Spule komplett abgebaut hat, schaltet man den unteren Mosfet auch wieder aus. Die Diode, welche durch den Mosfet ersetzt wurde,würde zu diesem Zeitpunkt ja auch wieder sperren. "gegengleich" (was für ein tolles deutsches Wort) scheint also nicht so ganz die 100%tig richtige Lösung zu sein. Axelr.
axelr schrieb: > irgentwie ist es nicht Sinn einer synchrongleichrichtung, die > angeschlossene Last mit einem negativen Strom zu beaufschlagen (und hier > den Akku zu entladen). Es soll vielmehr der, schon in Richtung Last > fliessende, Stromfluss im Ausschaltmoment aufrecht erhalten werden, wenn > ich das richtig mitbekommen habe. Sobald der Strom unter einen > bestimmten Wert fällt, also sich das magnetfeld der Spule komplett > abgebaut hat, schaltet man den unteren Mosfet auch wieder aus. Die > Diode, welche durch den Mosfet ersetzt wurde,würde zu diesem Zeitpunkt > ja auch wieder sperren. > "gegengleich" (was für ein tolles deutsches Wort) scheint also nicht so > ganz die 100%tig richtige Lösung zu sein. > > Axelr. das scheint mir aber reichlich aufwändig, dazu bräuchte man dann ja noch einen shunt mit einem komperator, der dann bei einem rückfluss den unteren mosfet abschaltet. Ist es nicht einfacher, per µC aufzupassen, dass der Gesamtstrom (effektivwert) einfach nie unter (beispielsweise) +50mA fällt? In dem Fall kann der µC ja den dutycycle erhöhen oder beide Mosfets ausschalten wenn der Akku voll ist. naja, Ich denke dass ichs jetzt verstanden habe und den Regelungsalgorithmus werde ich einfach durch probieren ausarbeiten. Merci!
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