Hi! Mein Problem klingt kompliziert, ist aber gar nicht so schlimm. Die Sekundärseite eines Vollbrückenwandlers mit Mittelanzapfung hat ein Verhalten, das ich nicht ganz verstehe. Der Wandler sieht so aus: http://www.eti.kit.edu/img/content/DA_24V-SNT_Kolb.jpg Er hat also auf der Sekundärseite des Transformators eine Mittelanzapfung. Das Verhalten, das mich hier interessiert ist, wenn die auf der Primärseite die 4 Mosfets offen sind, das heißt alleine auf der Sekundärseite noch Freilaufstrom getrieben von der Induktivität L fließt. Dieser Strom fließt durch die Dioden durch beide (!) Sekundärwicklungen. Es fällt dabei bis auf Ohmsche Verluste keine Spannung an der Sekundärseite des Trafos ab, die Last wird allein durch L getrieben. Es handelt sich also um induktiv gekoppelte, elektrisch gegeneinander parallel geschaltete Spulen, siehe auch mein Bild im Anhang. Nun ist es so, dass das wunderbar funktioniert, der Freilaufstrom teilt sich aber je nach Magnetisierung des Trafokerns unterschiedlich auf Wicklung 1 und Wicklung 2 auf. Die Simulation in spice zeigt das gleiche Verhalten. In diesem Zeitpunkt ist der Trafokern nämlich immer einseitig magnetisiert, z.B. bei mir ca. bei 130mT. Beim nächsten Schaltvorgang dreht sich das Spiel um und der Strom teilt sich zu gleichen Anteilen genau andersherum auf die beiden Sekundärwicklungen auf. Ich wollte nun die Erklärung in Form einer Differentialgleichung o.ä. finden, komme aber nicht auf den Grund für die unterschiedliche Stromaufteilung in den Spulen. Warum teilt sich der Freilauftrom nicht einfach 50/50 auf die Sekundärwicklungen auf? Folgende Formeln habe ich: (1) I_Freilaufgesamt=I_Wicklung1+I_Wicklung2=konstant (2) dI_Sekundärwicklung1/dt=dI_Sekundärwicklung2/dt=U_Sekundärwicklung=0 Es muss eine ziemlich einfache Formel sein und hat wahrscheinlich mit B oder H, also der Windungszahl und dem Trafokern zu tun. Ich komm nicht drauf... Gibt es hier jemanden, der sich mit den Gesetzen der Gegeninduktion spielt und mir helfen kann? Danke schon im voraus für eure Mühe!
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Im Titel steht "Leerlaufverhalten". Ich meine natürlich Freilaufverhalten, wies auch oben im Text steht.
Versteh nicht, was du meinst. Der Strom fliesst doch wegen der Dioden immer nur in einer Wicklungshaelfte. Die andere ist dann inaktiv. Wo ist das Problem ? J
Überleg dir einfach mal den zeitlichen Verlauf der Ströme in den beiden Sekundärwicklungen. Wenn auf der Primärseite ein Spannung anliegt, ist eine der beiden Dioden leitend, die andere sperrt und der Strom fließt nur in einer der beiden Sekundärwicklungen. Diese Ströme bleiben erst mal konstant, wenn auf der Primärseite die Spannung abgeschaltet wird, da jede Wicklung auch eine Streuinduktivität hat. Im Normalfall sind die Streuinduktivitäten deutlich kleiner als die Induktivität der Speicherdrossel, was zur folge hat, dass sich der Strom in der einen Wicklung mit der Zeit abbaut und der Strom in der anderen Sekundärwicklung steigt, bis irgendwann in beiden Wicklungen gleich viel Strom fließt. In deiner "Simulation" sehe ich keinen Koppelfaktor, wie groß sind denn die Streuinduktivitäten? Je nachdem, wie die Verhältnisse der Induktivitäten sind, ist es schon möglich, dass die Ströme während der ganzen Freilauf-Zeit stark unterschiedlich bleiben, was eigentlich auch kein Problem ist.
juergen schrieb: > Versteh nicht, was du meinst. > Der Strom fliesst doch wegen der Dioden immer nur in einer > Wicklungshaelfte. Die andere ist dann inaktiv. Wo ist das Problem ? > > J Falsch. Der Strom fließt in beiden Wicklungshälften im Freilauf. Johannes E. schrieb: > In deiner "Simulation" sehe ich keinen Koppelfaktor, wie groß sind denn > die Streuinduktivitäten? Das ist leider kein Bild meiner Simulation, das Bild soll nur zur Veranschaulichung des Problemes dienen. Johannes E. schrieb: > Wenn auf der Primärseite ein Spannung anliegt, ist eine der beiden > Dioden leitend, die andere sperrt und der Strom fließt nur in einer der > beiden Sekundärwicklungen. Richtig. Johannes E. schrieb: > Im Normalfall sind die Streuinduktivitäten deutlich kleiner als die > Induktivität der Speicherdrossel, was zur folge hat, dass sich der Strom > in der einen Wicklung mit der Zeit abbaut und der Strom in der anderen > Sekundärwicklung steigt, bis irgendwann in beiden Wicklungen gleich viel > Strom fließt. So hätte ich mir das auch vorgestellt. Die Streuinduktivitäten spielen für das Problem aber keine Rolle, es muss etwas anderes sein, wenn ich sie in meiner Simulation ändere, ändert das gar nichts an dem beschriebenen Verhalten. Die Ströme teilen sich aber nicht gleich auf. Johannes E. schrieb: > Je nachdem, wie die Verhältnisse der Induktivitäten sind, ist es schon > möglich, dass die Ströme während der ganzen Freilauf-Zeit stark > unterschiedlich bleiben, was eigentlich auch kein Problem ist. Die Induktivitäten der Sekundärwicklungen sind fast gleich, der Stromunterschied beträgt aber ca. 1 zu 4!
Häng bitte die .asc-Datei an. Eine Vermutung: gegenEMK Der mittlere Strom ist in beiden Spulen L1 und L2 gleich. PS: > das heißt alleine auf der Sekundärseite noch Freilaufstrom getrieben > von der Induktivität L fließt. Mit L ist im strom.png L3 gemeint.
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vollbrueckensimulation.png
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So, im Anhang noch ein Bild vom Ausgang der Simulation: Oben sieht man in türkis und rot die komplementäre PWM-Taktung der Mosfets. Unten den Stromverlauf durch die Dioden. Fallend ist der Freilauf. Oben ist in pink die Magentisierung des Trafos (1mA entspricht 1mT, Skala rechts. Trafo fährt in diesem Betriebspunkt leicht unsymmetrisch). Man kann sehen wie das Verhälnis der Ströme in den Sekundärwicklungen im Freilauf von der Magnetisierung des Trafokerns abhängt. Dafür suche ich einen Zusammenhang, also eine Formel. Edit: Die .asc geb mache ich ungern öffentlich, weil sie sehr viel mehr beinhaltet als nur diesen Trafokern. (Vielleicht werd ich sie im Sommer zur Verfügung stellen, wenn meine Arbeit abgeschlossen ist. Es gibt zu den Brückenwandlern nicht viel Literatur..) Die Simulation tut auch nichts zur Sache, weil man aus der Simulation eben nur den Effekt sieht, nicht die Ursache. Im Anhang noch ein Screenshot der relevanten Teile.
Die Formeln oben habe ich leicht falsch reingeschrieben, sry. (1) I_Freilaufgesamt = I_Wicklung1 + I_Wicklung2 = I_konst + 1/L_Hauptinduktivität * Integral(U_Hauptinduktivität, dt) (2) dI_Sekundärwicklung1/dt=dI_Sekundärwicklung2/dt ~ U_Sekundärwicklung ~ dB_Trafokern/dt = 0
>Dafür suche ich einen Zusammenhang, also eine Formel.
Gibt es, die Kontenregel;) Übersetz den mag Strom auf die Sekundärseite,
das müsste gleich der Differenz der Diodenströme währen der Sperrphase
sein (wenn Wicklung und Diode gleiche Widerstände haben).
Überlege wo der Magnetisierungsstrom fließt in der Sperrphase. Wenn alle
Schalten auf der Primärseite sperren, dann fließt er auf der
Sekundärseite weiter (kombinierte Forward/Flyback Brückenwandler nutzen
das auch aus).
In der Praxis sieht man das kaum, da der mag. Strom um Größenordnungen
kleiner ist (auch wenn man ihn auf sek übersetzt) und eine so starke
asymetrische Magnetisierung nicht vorkommt.
Die Kopplung/Streuung spielt hier keine Rolle für denn Effekt, das
einzige was sich ändert ist, das die primär Streuinduktivität über die
Bodydioden abmagetisiert wird bevor die Sperrphase beginnt, ändert aber
nichts an den (in diesem Fall asymetrischen) Strömen sekundär.
MFG Fralla
Fralla schrieb: > Überlege wo der Magnetisierungsstrom fließt in der Sperrphase. Wenn alle > Schalten auf der Primärseite sperren, dann fließt er auf der > Sekundärseite weiter (kombinierte Forward/Flyback Brückenwandler nutzen > das auch aus). Während der Sperrphase fließt kein Magnetisierungsstrom, da fließt auf der Primärseite gar kein Strom außer, wie du richtig sagst, sehr kurzzeitig der Strom, der durch die Streuinduktivität getrieben wird. Die Magnetisierung während der Sperrphase bleibt gleich. Fralla schrieb: > In der Praxis sieht man das kaum, da (...) eine so starke > asymetrische Magnetisierung nicht vorkommt. Doch, der Vollbrückenwandler arbeitet im Freilauf so, dass der Trafokern sehr stark einseitig magnetisiert ist. Ich bin mir aber nicht ganz sicher, ob ich dich richtig verstanden habe. Hier nochmal die Formeln in math gesetzt. (1)
(2)
Jedoch nicht so einseitig mit einem Verhältnis von 1:7 wie hier. Wie du glaubst.. Doch auch während der Sperrphase fließt mag strom, er bleibt konstant, aber er fließt weiter. Da dies primär nicht möglich ist bleibt nur sekundàr. Somit entspricht der auf die sekseite übersetze mag Strom der differenz der beiden diodenströme. Zeichne parallel zu jeder Wicklung die Mag.Induktivität, dann sollte es dir klar werden.
Fralla schrieb: > Jedoch nicht so einseitig mit einem Verhältnis von 1:7 wie hier. Wie du > glaubst.. Nochmal: Der Trafo des Vollbrückenwandlers ist während der Sperrsphase immer sehr stark einseitig magnetisiert, deshalb sollte auch immer ein sehr starker Magnetisierungsstrom fließen. Hier in der simulation ist er unsymmetrisch magnetisiert, was aber nicht schlimm ist, so sieht man die Proportionalität besser! Danke für den Hinweis auf den Magnetisierungsstrom! Fralla schrieb: > Somit entspricht der auf die sekseite übersetze mag Strom der differenz > der beiden diodenströme. Genau das ist es!! Danke! Die Differenz der beiden Ströme ist proportional zum Magnetisierungsstrom! Damit ergibt sich noch die folgende Formel: (3)
Wie der genaue Zusammenhang, also die genaue Formel für den Magnetisierungsstrom ist, hab ich noch nicht rausgefunden, ist aber vielleicht auch gar nicht so wichtig.
So, ich habs: (3)
Der ohmsche Widerstand in den Sekundärwicklungen ist bei dir vermutlich 1 mOhm? Bei einer Streuinduktivität von 0,0025 µH ergibt das eine Zeitkonstante von 2,5 µs, das ist ungefähr gleich lang wie die Freilaufzeit. Mach mal für einen Test den ohmschen Widerstand der Sekundärspulen größer, z.B. um Faktor 10, so dass die Zeitkonstante L/R wesentlich kürzer als die Freilaufzeit ist. Damit sollte der Effekt der sekundären Streuinduktivitäten verringert werden. Was kommt dann in der Simulation raus?
Johannes E. schrieb: > Der ohmsche Widerstand in den Sekundärwicklungen ist bei dir vermutlich > 1 mOhm? den hab ich außen vor gelassen. Johannes E. schrieb: > Bei einer Streuinduktivität von 0,0025 µH ergibt das eine > Zeitkonstante von 2,5 µs, das ist ungefähr gleich lang wie die > Freilaufzeit. Nein, die Freilaufzeit wird nicht durch die Streuinduktivität sondern durch die viel größere Induktivität am Ausgang verursacht, ich hab sie "Hauptinduktivität" genannt, im 1. Post "L3". Eigentlich hat sich die Frage geklärt, es ist der Magnetisierungsstrom, der die unterschiedlichen Ströme im Freilauf verursacht. Somit ergibt sich dieser Unterschied auch einfach aus der Induktivität der Sekundärwicklungen, die wiederum durch den AL-Wert des Trafo und die Wicklungszahl bestimmt werden. Danke für eure Hilfe!
Johannes U. schrieb: > Nein, die Freilaufzeit wird nicht durch die Streuinduktivität sondern > durch die viel größere Induktivität am Ausgang verursacht, ich hab sie > "Hauptinduktivität" genannt, im 1. Post "L3". Die Freilaufzeit schon, aber nicht das Verhalten der einzelnen Ströme während der Freilaufphase. Johannes U. schrieb: > ... es ist der Magnetisierungsstrom, > der die unterschiedlichen Ströme im Freilauf verursacht ... Das gilt aber nur für einen kurzen Zeitpunkt direkt am Beginn der Freilauf-Phase. Wenn die Zeitkonstanten kurz sind, dann wird die Aufteilung eher durch die ohmschen Widerstände bestimmt, was eher der Realität entsprechen müsste.
>Nochmal: Der Trafo des Vollbrückenwandlers ist während der Sperrphase >immer sehr stark einseitig magnetisiert, Das stimmt. Ich meint denn Unterschied zwischen maximaler und minimaler Magnetisierung über mehrere Takte Hinweg, nicht den Momentanwert in der Sperrphase selbst. >Wie der genaue Zusammenhang, also die genaue Formel für den >Magnetisierungsstrom ist, hab ich noch nicht rausgefunden, Du kennst die Spannungszeitfläche welche auf die Hauptinduktivität des Trafos angelegt wird, sowohl die Windungszahl und Kernquerschnitt. Somit weis man die die Änderung des Magnetisierungsstromes pro Takt. Die Asymetrie ist eine Anfangsbedingung. MFG Fralla
Johannes E. schrieb: > Das gilt aber nur für einen kurzen Zeitpunkt direkt am Beginn der > Freilauf-Phase. Wenn die Zeitkonstanten kurz sind, dann wird die > Aufteilung eher durch die ohmschen Widerstände bestimmt, was eher der > Realität entsprechen müsste. Falsch. In der Simulation sind keine ohmschen Widerstände enthalten, die unterschiedliche Stromverteilung ist aber trotzdem präsent.
hoderlump schrieb: > Falsch. In der Simulation sind keine ohmschen Widerstände enthalten, die > unterschiedliche Stromverteilung ist aber trotzdem präsent. Eben weil keine Widerstände da sind, hängt die Stromverteilung in der Simulation nur von den Streuinduktivitäten ab. Oder anders formuliert: Direkt am Beginn der Freilauf-Phase hat man eine Stromaufteilung, die durch die Induktivitäten bestimmt wird. Danach gibt es einen Einschwingvorgang mit einer bestimmten Zeitkonstanten L/R; die Ströme pendeln sich dann auf andere Werte ein. Wenn R=0 ist, dann ist die Zeitkonstante sehr lang, so dass man das in der kurzen Freilaufzeit nicht sieht. In einer realen Induktivität hat man aber immer auch einen ohmschen Widerstand, deswegen wird sich der Strom in der Realität anders verhalten als in deiner Simulation. Hinweis: Wenn man bei einer Induktivität in LTSpice keinen ohmschen Widerstand definiert, wird automatisch mit 1 mOhm gerechnet.
Johannes E. schrieb: > Hinweis: Wenn man bei einer Induktivität in LTSpice keinen ohmschen > Widerstand definiert, wird automatisch mit 1 mOhm gerechnet. Ich habe keinen definiert, das heißt, ich hätte 1mOhm in den Spulen und folglich müsste man den von dir beschriebenen Effekt sehen.1 Außerdem, bedenk doch mal: Es gilt auch meine Formel 2 oben. Die Differenz der Ströme in den Wicklungen ist konstant solange die Dioden leiten, weil die Spulen ja elektrisch parallel geschaltet sind. Stomänderung auf der 1. Spule => Spannung auf der 1. Spule => Spannung auf der 2. Spule => Stromänderung auf der 2. Spule.
hoderlump schrieb: > Ich habe keinen definiert, das heißt, ich hätte 1mOhm in den Spulen und > folglich müsste man den von dir beschriebenen Effekt sehen.1 Probiers doch einfach mal aus, erhöhe den Widerstand z.B. auf 10 mOhm oder 50 mOhm und schau, ob sich etwas ändert. > Außerdem, bedenk doch mal: Es gilt auch meine Formel 2 oben. Die > Differenz der Ströme in den Wicklungen ist konstant solange die Dioden > leiten, weil die Spulen ja elektrisch parallel geschaltet sind. Das gilt nur, weil kein Widerstand in der Formel berücksichtigt ist. Mit Widerstand hat man am Widerstand einen Spannungsabfall, der zum Strom proportional ist. Wenn der Strom in den beiden Wicklungen unterschiedlich ist, sind die Spannungen an dern Widerständen auch unterschiedlich und es ergibt sich ein unterschiedliches di/dt in den Wicklungen. > Stomänderung auf der 1. Spule => Spannung auf der 1. Spule => Spannung > auf der 2. Spule => Stromänderung auf der 2. Spule. Mit einem Reihenwiderstand ist es keine Parallelschaltung mehr, die Gleichung "Spannung auf der 1. Spule = Spannung auf der 2. Spule" gilt dann nicht mehr.
Die Streuung bewirkt, dass der Magnetisierugsstrom asysmetrisch wird und somit der Strom währen der Sperrphase. Selbst bei exakt gleichen Streuinduktivitäten und Widerständen ist der Strom währen der Sperrphase asymetrisch wenn ungleich magnetisiert (was verschiende Ursachen haben kann, Asymetrie in der Ansteuerung, "Flußwandern"). Jedoch bewirkt eine asymetrische Streung eine asymetrische Magnetisierung, da der Trafo verschieden große Spannungsflächen abbekommt, (versch. Spannungsabfälle an den Streuungen di/dt). Somit gibt es zwei Ursachen, 1. die Streuung 2. den Magnetisierungsstrom, wobei letzterer durch die Streung beeinflußt wird. (Das ohmsche Unterschiede Ströme anders Teile ist wohl sowieso klar). MFG Fralla
Kaum gehts um irgendwelche Wandler, kommt wie immer der wichtigtuer Fralla. Hat in seinem Leben nichts anderes erreicht als irgendwelches Leistungselektronik Zeugs zu entwickeln (Angeblich, wer weis ob das stimmt). Andere haben da ein viel breiteres Wissen!
Markus L. schrieb: > Kaum gehts um irgendwelche Wandler, kommt wie immer der wichtigtuer > Fralla. Mir hat Fralla hier sehr weitergeholfen. Markus L. schrieb: > Hat in seinem Leben nichts anderes erreicht als irgendwelches > Leistungselektronik Zeugs zu entwickeln (Angeblich, wer weis ob das > stimmt). Leistungselektronik ist die Königsdiziplin in der Elektrotechnik, Freundchen! Da ist alles drin, was des Hirn begehrt: Schaltungstechnik, schwierigstes Leiterplattendesign, Messtechnik, Kühlung, EMV, Regelungstechnik, digitale Ansteuerung... Pro Fralla!
Ja Ja, er hat dir geholfen weil er sich NUR damit auskennt. Aber mit sonst nichts. Gehts um andere Themen kann er keinen Beitrag leisten. Das ist Tatsache.
Markus L. schrieb: > Ja Ja, er hat dir geholfen weil er sich NUR damit auskennt. Aber mit > sonst nichts. Gehts um andere Themen kann er keinen Beitrag leisten. Das > ist Tatsache. Ich hab jetzt Deinen Namen und "Fralla" gegoogelt und einige Threads gefunden, in denen Du Fralla angepöbelt hast, aus den dümmsten Gründen. Ich kann grad nicht damit umgehen, dass Du meinen Thread hier volltrollst. Kann sich ein Mod drum kümmern und hier zu machen o.ä.?
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