Ich suche nach einer Möglichkeit, einen (experimentellen) Kondensator mit 220µF der auf 50V aufgeladen ist mit max. 5A zu entladen und dabei möglichst viel Energie wieder in die 15V Versorgungsspannung zurückzugeben, auch aus thermischen Gründen. Bislang entlade ich über eine Induktivität, messe den Strom mit einem Shunt und einem Current Sense Amplifier und schalte mit einem Komparator mit Hysterese den MOSFET. Die Lösung funktioniert soweit, ist aber etwas aufwändig und bedarf einigen Feintunings. Nun gibt es aber von verschiedenen Herstellern Current Mode PWM-Controller-ICs die eine ähnliche Aufgabenstellung lösen müssten, aber ich habe zu wenig Erfahrung mit denen. Gibt es also einen IC der diese Aufgabe einfacher und zuverlässiger erledigen könnte?
@ Georg (Gast) >Ich suche nach einer Möglichkeit, einen (experimentellen) Kondensator >mit 220µF der auf 50V aufgeladen ist mit max. 5A zu entladen und dabei >möglichst viel Energie wieder in die 15V Versorgungsspannung >zurückzugeben, auch aus thermischen Gründen.
1 | E = 0,5 * C * U^2 = 0, 5 * 220uF * 50 V = 0,275J |
damit macht man nicht viel Wärme. >Bislang entlade ich über eine Induktivität, messe den Strom mit einem >Shunt und einem Current Sense Amplifier und schalte mit einem Komparator >mit Hysterese den MOSFET. Klingt nach einem Schaltregler für Arme ;-) Du braucht aber nur einen einfachen Step Down Regler, der von 15-50V auf 15V runtersetzt. Aber dann brauchst du immer noch eine Verwendung für deine Energie. Entweder direkt verbrauchen oder speichern. Aber bei DEN Energiemengen lohnt das doch nicht.
> damit macht man nicht viel Wärme.
Bei ein paar kHz vielleicht doch. Weiß ja nicht, wofür er das braucht...
Die Energie wird schnell genug verbraucht. Kein Problem. Entladen werden muss auf 0V, daher geht der Stepdown nicht gut und der hat auch keine Strombegrenzung. Die energie könnte eben noch massiv steigen (>100V, Entladefrequenz>> etc) daher brauche ich wirklich eine effizientere Lösung als verheizen im Widerstand...
> Nun gibt es aber von verschiedenen Herstellern Current Mode > PWM-Controller-ICs Du weisst nicht, was current mode bedeutet. Nimm einen normalen Schaltregler, der regelt auf 15V und nimmt sich dazu nur so viel Strom, wie er braucht. Der MC34063 wäre etwas uneffektiv, und schaltet keine 5A, vielleicht passt dir ein LM2678, der hält aber keine 50V aus.
Wenn Du bis auf (nahe) 0V herunter willst wird das schwer. Evtl. gehts mit einer Art Sperrwandler, der immer einen kleinen Teil der Energie aus dem Kondensator in eine Spule lädt, die sie ihrerseits an eine zweite Wicklung wieder abgibt. Da kannst Du sie dann abgreifen.
@ Georg (Gast) >Die Energie wird schnell genug verbraucht. Kein Problem. Beschreibe dein Problem INSGESAMT, dann kann man dir deutlich besser helfen. Siehe Netiquette. >Entladen werden muss auf 0V, Den Rest der 15V = 25mJ kann man ja vielleicht doch mit einem Widerstand verheizen. > daher geht der Stepdown nicht gut und der >hat auch keine Strombegrenzung. Aber sicher hat er die. >Die energie könnte eben noch massiv steigen (>100V, Entladefrequenz>> >etc) daher brauche ich wirklich eine effizientere Lösung als verheizen >im Widerstand... Über ne Power LED abstrahlen? ;-)
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Die Entladeschaltung sieht theoretisch so aus. Gesucht ist eben ein IC der das so ähnlich erledigt. @Falk: Das Problem ist vollständig beschrieben @Falk 2: LED ist zwar lustig (naja...) aber wirklich nicht hilfreich
@ Georg (Gast)
>Das Problem ist vollständig beschrieben
Nö. Warum willst du einen Kondensator immer wieder entladen? Vielleicht
ist das gar nicht nötig, wenn man das Gesamtproblem kennt.
Sehe ich auch so. Vor allem - was lädt den Kondensator wieder? Meine, einmal leer bleibt auch (ziemlich) leer.
Die ganze Geschichte kann ich hier nicht erzählen. Der Kondensator läd natürlich wieder und muss auch immer wieder ganz entladen werden, aber das gehört überhaupt nicht zu meinem Problem, WIE das Entladen sauber erledigt wird...
das geht recht einfach mit einem Schalter (FET), zwei Dioden und einer
Spule:
15V --FET----|<|---|---LLL---|---CCC-----GND
D1 | |---|<|-----GND D2
Wenn der FET schließt, wird der C über L entladen. Die in L gespeicherte
Energie entlädt den C weiter, da der Strom versucht, _in die selbe
Richtung_ weiterzufließen.
D2 verhindert, dass der C negativ geladen wird.
> Die ganze Geschichte kann ich hier nicht erzählen. Der Kondensator
> läd natürlich wieder und muss auch immer wieder ganz entladen werden,
> aber das gehört überhaupt nicht zu meinem Problem, WIE das Entladen
> sauber erledigt wird...
Das ist schade, denn es wäre gut möglich, die gespeicherte Energie auch
auf 50V-Niveau zu bringen, um den C damit wieder aufzuladen.
Sozusagen ein gesteuerter Schwingkreis.
Siehe z.B.
Beitrag "Re: Kondensator-Paradoxon reloaded??"
Beitrag "Re: Kondensatorladung auf einen 2. Kondensator übertragen"
Beitrag "Re: LED ohne Batterie?"
Meine obige Schaltung kann den C nur dann auf 0 entladen, wenn die L die
Energie (25mJ) speichern kann, die der C bei 15 V enthält.
Evtl. reicht ein einfacher µC aus, der ein von der C-Spannung abhängiges
PWM erzeugt. Der Strom muss ja nicht 100% konstant sein.
Spannungsteiler ---> ADC ---> Tabelle/Formel ---> PWM ---> FET im Stepup
Mit dieser Schaltung könnte man sogar den C aus den 15V laden und
entladen:
GND ---- CCC ---- FET2 --|-- FET3 ---- LLL ---- 15V
|
GND --------- FET1 ------|
Was hältst Du von der Idee, die Energie auf dem 50V-Niveau zu speichern?
Bitte erzähl mehr von der Aufgabe.
Bei meinem Problem geht es um eine Testschaltung (Universitäre Forschung...) für verschiedene Dielektrikas bzw. damit zu messende Größen unter sehr extremen Bedingungen. Für einen Test wird der Testkondensator auf verschiedene Spannungspegel aufgeladen und wieder entladen. Und zwar schnell, oft und mit ständig wechselnder Spannung. Da Aufladen machen wir mit einem IC für Xenonblitze, das funktioniert auch sehr gut und reproduzierbar. Nun muss die Energie aber entladen werden und zwar möglichst energieeffizient, da die Tests unter erschwerten Bedingungen (Hitze, Batterieversorgung etc.) stattfinden können. Zudem braucht es eine Strombegrenzung, da manche Testkondensatoren nicht kurzschlussfest sind und teilweise max. 5A Ladestrom vertragen. Mit einer Zwischenspannung von 50V habe ich es schon probiert, damit kommt der Lade-IC aber nicht zurecht (max. 18V) und wenn die Zwischenspannung nicht die Hälfte abzüglich der Verluste beträgt, wird nicht sauber auf 0V entladen, was aber für den Testablauf wichtig ist. Eine Spule die die ganze Energie speichern kann ist ziemlich rießig, (Worst case: 20µF @ 200V), wäre aber sicher eine tolle Lösung. Ich bin prinzipiell offen für neue Lösungen, nur müssen halt bestimmte Randbedingungen beachtet werden: Testzykluszeit min. 5ms max. Lade/Entladestrom auf 5A begrenzbar Kondensator: max. 25µF, max. 250V Ladespannung (aber nicht beides zusammen, 20µF/200V als größte Last) und variable Ladespannung, die in 0.1s zwischen 50V und 250V eingestellt werden muss)
@ Georg (Gast) >Für einen Test wird der Testkondensator auf verschiedene Spannungspegel >aufgeladen und wieder entladen. Und zwar schnell, oft und mit ständig >wechselnder Spannung. Damit kann man doch schon mal was anfangen! War das jetz so schwer und geheim? >die Energie aber entladen werden und zwar möglichst energieeffizient, da >die Tests unter erschwerten Bedingungen (Hitze, Batterieversorgung etc.) >stattfinden können. Ja und? Der KONDENSATOR steht unter Stress, wer sagt denn dass deine Entladeschaltung den auch haben muss? zei lange Kabel dran und an der frischen Luft platzieren, dort kann man es problemlos kühlen. > Zudem braucht es eine Strombegrenzung, da manche >Testkondensatoren nicht kurzschlussfest sind und teilweise max. 5A >Ladestrom vertragen. Macht eine einfache Konstantstromquelle, noch einfacher ein passend dimensionierter Widerstand. >Eine Spule die die ganze Energie speichern kann ist ziemlich rießig, >(Worst case: 20µF @ 200V), wäre aber sicher eine tolle Lösung. Nö. Spulen sind keine guten Langzeitenergiespeicher, weil sie dynamisch über den Stromfluß das tun. Das ist bestenfalls was für ein paar Millisekunden. Alles darüber macht man besser mit Kondensatoren. Aber auch das geht, wenn man weiß wie. Den Kondensator über eine passende Spule per Schwingkreis entladen. Wenn nun die Spannung Null ist und damit der Strom maximal, kann man die Spule auf einen anderen Kondensator umschalten. Das geht ggf. auch mit Dioden rein passiv, muss man mal nachdenken. Lohnt sich aber erst bei wirklich größeren Energien und Leistungen. >Testzykluszeit min. 5ms Laden + Entladen?
Zur genauen Schaltung fehlen noch ein paar Details, aber so kann man das sagen. Das mit "Kabel nach draußen" geht nicht. Daran hätte ich natürlich auch gedacht und würde nicht fragen... Energieverbrauch (und Platzbedarf) IST kritisch, darum geht es ja gerade... 5ms ist die minimale Zyklusszeit für einen ganzen Vorgang (laden und entladen) Ich muss die Energie gar nich in de rSpule zwischenspeichern. Eine Entladung "in einem Rutsch" benötigt aber leider eine ziemlich große Spule wenn man <5A bleiben muss (einige 100µF bis mF) und auch bei 5A Spitzenstrom sind die Dinger rießig.
Spricht etwas gegen eine H-Brücke mit einer Spule dazwischen? Damit kann man laden / entladen. Man hat sowohl buck, boost, als auch Inverter-Topologie. Als Einschränkung muss man den Strom bidirektional messen können. Wenn man sich die synchrone Gleichrichtung sparen möchte kann man auch 1-2 FETs durch Dioden ersetzen. Diese Schaltung würde auch die bisherige Ladeschaltung ersetzen.
Falk Brunner schrieb: > Macht eine einfache Konstantstromquelle, noch einfacher ein passend > dimensionierter Widerstand. Das sehe ich genauso. Auch wenn die Energie irgendwo zwischengespeichert wird, muss sie ja irgendwie wieder in die Kondensatorladeschaltung zurueckgespeist werden und das hast Du (Georg) ja noch nicht angeschnitten. Eine besser effiziente Schaltung als die Stromquelle gibt es also kaum...irgendwann muss die Energie verbraten werden.... Gruss Michael
@ Michael Roek (mexman) Benutzerseite >Eine besser effiziente Schaltung als die Stromquelle gibt es also >kaum...irgendwann muss die Energie verbraten werden.... Er will die Energie ja recyclen. Aber das geht nicht einfach so und schon gar nicht auf kleinstem Platz.
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In Anlehnung an avion23 wuerde ich dieses Prinzip vorschlagen. Man musz "nur" noch : -Den Strom durch R1 mit einem current-sense-amp Meszen. -Den gewonnenen Meszwert auf einen Komparator mit passender Hysterese geben, so dasz dieser bei z.B. 5.0A ab- und bei 4.5A ein-schaltet. -Mit dem vom Komparator gewonnen Signal beide FETs gleichzeitig schalten. -ne bootstrap fuer den linken N-MOS hinbauen. Das ist sehr aehnlich deiner bisherigen Loesung, nur dasz du den Kondi sicher auf Null entladen kannst, ohne die groesze der Spule genau so anpassen zu mueszen, dasz sie in der Lage ist die letzten 15V mit "einem Schwung" aus dem Kondi zu saugen (was bei variierenden Kondis ohnehin nicht praktikabel ist). Allerdings wird das mit dem von dir gewuenschten timing unmoeglich sein: Die groeszte Last sei 20µF@200V, sagst du. Das sind 0.4J. Da nur 5A erlaubt sind ergibt das bei 15V Versorgung eine RueckspeiseLeistung von max. 75W. Man benoetigt also bereits 5.3ms um die Energie im Kondi in die Versorgung einzuspeiszen. Dazu addiert sich noch die akkumulierte Ladezeit der Spule. Ergo mueszte man ggf. einen Trafo anstelle der einfachen Spule einsetzen.... Naja und eigentlich willst du es ja eher einfacher und suchst einen passenden IC... aber vielleicht hilfts zur Inspiration
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