Schaltung zum Laden von 0,3F mit 35V 7A

[Chris W. (verleihnix85)]

Hallo zusammen
Ich hab mir ein Kondensator Punktschweißgerät gebaut.

Mein Laderegler gefällt mir noch nicht so ganz.
Die ersten 2 Versionen sind mit lautem Knall explodiert und die aktuelle 
Version ist etwas lahm.

Die ersten 2 Versionen waren mit Transistoren oder Fets, die den Strom 
begrenzen. So ne Art Darlingtonschaltung mit nem Hochlastwiderstand 
(2x11W 0,3 Ohm)
Das hat immer ne Weile funktioniert und dann bei starker Belastung ists 
gestorben. Wenn man die zu verheizende Leistung ausrechnet ist das auch 
kein Wunder ( ca. 180W kurzzeitig)

Die aktuelle Version besteht aus 3 LM317 als Konstantstromquelle 
parallel geschaltet mit je 1,5A. Der LM317 reguliert ja auch die 
Verlustleistung, sodass er anfangs mit ca 200mA läd und erst gegen Ende 
die 1,5A macht.
So dauert das Laden 5s. Das ist mir zu lang. Mit den vorigen Schaltungen 
wars in 1s voll.

Die Spannungsreglung übernehm ich mit nem AVR über Spannungsmessung und 
Mosfet. Logischerweise wird nicht geladen wenn entladen wird.

Ich könnte jetzt natürlich 20 LM317 nehmen mit je ca 350mA aber schön 
ist das nicht.

Habt ihr Vorschläge oder Schaltungen. Im Grunde möchte ich nur den Strom 
auf 7A begrenzen, den Rest macht der AVR.

Vielleicht nen Buck Regler.
Muss nicht sonderlich effizient sein, nur robust. Hab nen CPU Kühler 
drin, mit dem man auch auf Dauer 50W verheizen könnte.

[Falk B. (falk)]

@Chris W. (verleihnix85)

>Die ersten 2 Versionen waren mit Transistoren oder Fets, die den Strom
>begrenzen. So ne Art Darlingtonschaltung mit nem Hochlastwiderstand
>(2x11W 0,3 Ohm)

Die verheizen dann halt ordentlich Leistung.

>Das hat immer ne Weile funktioniert und dann bei starker Belastung ists
>gestorben. Wenn man die zu verheizende Leistung ausrechnet ist das auch
>kein Wunder ( ca. 180W kurzzeitig)

Da braucht man halt einen Kühlkörper.

>Die aktuelle Version besteht aus 3 LM317 als Konstantstromquelle
>parallel geschaltet mit je 1,5A. Der LM317 reguliert ja auch die
>Verlustleistung,

Nö, den Strom.

> sodass er anfangs mit ca 200mA läd und erst gegen Ende
> die 1,5A macht.

Nein. Nur weil er intern diverse Schutzschaltungen hat, spart er keine 
Verlustenergie. Wenn man einen Kondensator mittels Vorwiderstand oder 
einfacher Konstantstromquelle ala LM317 lädt, dann wird am 
Vorwiderstand soviel Energie umegsetzt, wie am Ende im Kondesator 
steckt. Aus der Energiequelle wurde dann die doppelte Energie entnommen, 
maximaler Wirkungsgrad 50%.
Will man das nicht, braucht man einen Schaltregler.

>So dauert das Laden 5s. Das ist mir zu lang. Mit den vorigen Schaltungen
>wars in 1s voll.

Und in 10s durchgebrannt ;-)

>Die Spannungsreglung übernehm ich mit nem AVR über Spannungsmessung und
>Mosfet.

Wenn das mal gut geht.

>Ich könnte jetzt natürlich 20 LM317 nehmen mit je ca 350mA aber schön
>ist das nicht.

Löst das Problem auch nicht wirklich.

Einfache Lösung. Dicker Hochlastwiderstand mit noch dickerem 
Kühlkkörper
Elegante Lösung. Schaltregler mit Strombegrenzung.

>Habt ihr Vorschläge oder Schaltungen. Im Grunde möchte ich nur den Strom
>auf 7A begrenzen, den Rest macht der AVR.

Lass das mal lieber den Schaltregler machen, der kann das sicher. 
Schalte mit dem AVR nur den Schaltregler ein und aus.

[Falk B. (falk)]

Anmerkung. Die meisten Schaltregler sind von Hause aus strombegrenzt, 
d.h. man kann sie kurzschließen und es passiert nix. Damit kann man die 
Kondensatoren direkt laden.

[Chris W. (verleihnix85)]

Falk Brunner schrieb:

> Die verheizen dann halt ordentlich Leistung.

> Da braucht man halt einen Kühlkörper.

Ja aber man benötigt auch mehrere Mosfets, damit man die Wärme auch 
wegbekommt. So ein TO-220 kann halt keine 180W abführen egal wie groß 
der Kühler ist.
>
Im Datenblatt des LM317 Seite 7 Figure 10 steht, dass er bei 35V 
Differenzspannung max 500mA liefert.
>
>>So dauert das Laden 5s. Das ist mir zu lang. Mit den vorigen Schaltungen
>>wars in 1s voll.
>
> Und in 10s durchgebrannt ;-)

Ne hat etwas länger gedauert. Ging Tagelang gut aber wenn man kurz 
hintereinander bei voller Spannung punktet stirbts nach ca 10 Punkten.

>>Die Spannungsreglung übernehm ich mit nem AVR über Spannungsmessung und
>>Mosfet.
>
> Wenn das mal gut geht.

Geht wunderbar. Ich will die Spannung ja nicht aufs mV einregeln. 0,5V 
reicht mir und Überschwinger sind mir auch egal. Und so langsam ist der 
ADC des Atmega328p bei 16MHz auch nicht.



Könnt ihr Schaltregler empfehlen, die die 35V abkönnen bei 7A

Gruß Chris

[Falk B. (falk)]

@ Chris W. (verleihnix85)

>> Und in 10s durchgebrannt ;-)

>Ne hat etwas länger gedauert. Ging Tagelang gut aber wenn man kurz
>hintereinander bei voller Spannung punktet stirbts nach ca 10 Punkten.

Na mit 10 lag ich doch schon mal richtig ;-)

>Geht wunderbar. Ich will die Spannung ja nicht aufs mV einregeln. 0,5V
>reicht mir und Überschwinger sind mir auch egal. Und so langsam ist der
>ADC des Atmega328p bei 16MHz auch nicht.

Was soll der AVR hier machen? Der Schaltregler kann die Spannung allein 
regeln.

>Könnt ihr Schaltregler empfehlen, die die 35V abkönnen bei 7A

Kauf dir ein fertiges Netzteil, die gibt es preiswert.

[Chris W. (verleihnix85)]

Falk Brunner schrieb:
> Was soll der AVR hier machen? Der Schaltregler kann die Spannung allein
> regeln.

Klar könnte er das, aber dann brüchte ich noch ein Poti um die Spannung 
einstellen zu können. Aktuell geht das über nen Inkrementaldrehgeber und 
Bedienung übers Display.

Ich will die Spannung lieber über den uC regeln um mir die Möglichkeit 
offen zu halten Spannungen über USB oder Uart vorzugeben.

Als Netzteil ist gerade ein 24V Ringkerntrafo mit 7A drin. Dahinter 
Brückengleichrichter und 4x 10.000uF

>Kauf dir ein fertiges Netzteil, die gibt es preiswert.

Ein Kurzschlussfestes Netzteil, das 35V und 7A liefert und dazu billig?
Glaub ich nicht.
Außerdem lag der Ringkern schon paar Jahre in der Ecke.

[Alexander Schmidt (esko) (Gast)]

Chris W. schrieb:
> So dauert das Laden 5s. Das ist mir zu lang. Mit den vorigen Schaltungen
> wars in 1s voll.

Es müssen 1,5 s gewesen sein.
Im Kondensator ist am Schluss die Energie:
1/2  C  U^2 = 1/2 * 0,3F * (35V)^2 = 184 Joule
In den Widerständen wurde dieselbe Energiemenge vernichtet.

2* 184J / (7A * 35V) = 1,5s

[Falk B. (falk)]

@ Chris W. (verleihnix85)

>Klar könnte er das, aber dann brüchte ich noch ein Poti um die Spannung
>einstellen zu können.

Dann nimm den.

> Aktuell geht das über nen Inkrementaldrehgeber und
>Bedienung übers Display.

Ist zwar schick, aber nicht so einfach wie du denkst.

>Ich will die Spannung lieber über den uC regeln um mir die Möglichkeit
>offen zu halten Spannungen über USB oder Uart vorzugeben.

Dann nimm einen Schaltregler, dem man eine Sollspannung vorgeben kann. 
Das kann der AVR leicht. Denn die REGELUNG des Schaltreglers willst du 
nicht wirklich in den AVR verlegen. Das ist was für Könner.

>>Kauf dir ein fertiges Netzteil, die gibt es preiswert.

>Ein Kurzschlussfestes Netzteil, das 35V und 7A liefert und dazu billig?
>Glaub ich nicht.

Aber sicher. Ok, es wird mehr als 5 Euro kosten. Wo liegt deine Grenze?

>Außerdem lag der Ringkern schon paar Jahre in der Ecke.

Wer nur einen Hammer hat, sieht überall nur Nägel.

[Falk B. (falk)]

Kompromiss. Nimm einen passenden Leistungswiderstand im Schraubgehäuse + 
dicken Kühlkörper und schalte mittels MOSFET bei erreichen der 
gewünschten Ladespannung ab. Spannungsregler für Arme ;-) 7A kann man 
mit einem MOSFET leicht schalten, dort wird auch keine große Leistung 
verbraten.

[Davis (Gast)]

Alexander Schmidt (esko) schrieb:
> Chris W. schrieb:
>> So dauert das Laden 5s. Das ist mir zu lang. Mit den vorigen Schaltungen
>> wars in 1s voll.
>
> Es müssen 1,5 s gewesen sein.
> Im Kondensator ist am Schluss die Energie:
> 1/2  C  U^2 = 1/2 * 0,3F * (35V)^2 = 184 Joule
> In den Widerständen wurde dieselbe Energiemenge vernichtet.
>
> 2* 184J / (7A * 35V) = 1,5s

Das ist nicht richtig. Es wird nicht beachtet, welcher Strom durch den 
Widerstand zu welcher Zeit geflossen ist.

[Alexander Schmidt (esko) (Gast)]

Davis schrieb:
> Das ist nicht richtig. Es wird nicht beachtet, welcher Strom durch den
> Widerstand zu welcher Zeit geflossen ist.

Korrekt, es müssen mindestens 1,5s gewesen sein.

[Lothar S. (loeti)]

Ein 7A Trafo verträgt einen Spitzenstrom von 10A dauerhaft.
Somit errechnet sich der benötigte Vorwiderstand zur Ladung der 0,3F mit 
3Ohm.

Die 4x 10mF nach den Gleichrichter vor den Schalttransistor solltest Du 
dabei weglassen da sie nur einen unnötigen Spitzenstrom durch den 
Transistor verursachen ohne die Ladung effektiv zu beschleunigen.

Wenn Du jetzt noch den Rat vom Falk folgst und mit den µC bei erreichen 
der Ladeschlußspannung nur abschaltest genügt Dir ein guter 15 oder 20A 
MOSFET als Schalter.

Grüße und viel Erfolg Löti

[Falk B. (falk)]

@ Lothar S. (loeti)

>Die 4x 10mF nach den Gleichrichter vor den Schalttransistor solltest Du
>dabei weglassen

>Nein.

> da sie nur einen unnötigen Spitzenstrom durch den
>Transistor verursachen

Nein.

> ohne die Ladung effektiv zu beschleunigen.

Doch. Schau dir die Ladung eines Kondensators an gleichgerichteter 
Spannung an und dann das Gleich mit Puffer-C.

[Lothar S. (loeti)]

4x10mF = 40mF! 0,3F = 300mF!

> Doch.

Sorry, Schmarrn.

Das bringt nur was wenn C(Sieb)>>C(Last)!
Was hier aber nicht der Fall ist.

Grüße Löti

[c.m. (Gast)]

Chris W. schrieb:
> Schaltung zum Laden von 0,3F mit 35V 7A

sowas vielleicht?
http://www.reichelt.de/Schaltnetzteile-Case-geschlossen/SNT-MW-SP320-48/3/index.html?&ACTION=3&LA=2&ARTICLE=85217&GROUPID=4959&artnr=SNT+MW-SP320-48

[Falk B. (falk)]

@ Lothar S. (loeti)

>4x10mF = 40mF! 0,3F = 300mF!

sicher, aber.

>> Doch.

>Sorry, Schmarrn.

Nö, korrekt.

>Das bringt nur was wenn C(Sieb)>>C(Last)!

Nö. Siehe Anhang.

[Falk B. (falk)]

@ c.m. (Gast)

>> Schaltung zum Laden von 0,3F mit 35V 7A

>sowas vielleicht?
>http://www.reichelt.de/Schaltnetzteile-Case-geschl...

Nö. Erstens ist die Spannung nicht einstellbar und zweitens hat das Ding 
die falsche Art der Überlastbegrenzung. Bei Kurzschluss schaltet es kurz 
KOMPLETT ab und läuft nach ein paar hunder ms wieder an. Dann sieht es 
wieder Kurzschluss und das Spiel beginnt von vorn.

[Lothar S. (loeti)]

> Nö. Siehe Anhang.^

1) Ri= 0,34Ohm nicht 0,1Ohm

2) Die Flußspannung der Dioden ist vernachlässigt?

3) und am wichtigsten: Die Verlustleistung des Trafos steigt in 
verbotene Größe.

Grüße Löti

[user (Gast)]

könnte passen L4970
es gibt aber auch noch andere, modernere Typen

[Lothar S. (loeti)]

Gegenvorschlag, dieser Schweißtrafo:
http://www1.westfalia.de/shops/werkzeug/schweissen/elektro_schweissgeraete/elektro_schweissgeraete/728450-schweissgeraet_awelco_club_80_mma.htm?refKey=3D8T_h_g7
oder noch besser dieser Einstelbare:
http://www1.westfalia.de/shops/werkzeug/schweissen/elektro_schweissgeraete/elektro_schweissgeraete/728451-schweissgeraet_awelco_hobby_150_mma.htm?refKey=3D8T_h_g7
und einen geschalteten 150A Gleichrichter.

Dann kannst Du Dir die Krücke mit den Vorwiderstand sparen.
Das is nix Gescheites und wird's nie werden.

Grüße Löti

[Chris W. (verleihnix85)]

Hab jetzt auch mal simuliert
Fazit:
ohne Eingangskondensator am schlechtesten
mit besser
am besten meine alte Schaltung.
Werde die wohl doch noch mit mehr Mosfets ausrüsten und dann wird die 
schon halten.

Übrigens habe ich ne Zeitdelay drin, damit der Eingangskondensator schon 
geladen ist.

Ein Schweißtrafo ist vielleicht etwas mit Kanonen auf Spatzen 
geschossen.


Den L4970 schau ich mal an sieht interessant aus.

[Lothar S. (loeti)]

> Hab jetzt auch mal simuliert...

Die Simu taugt hier nix da der Trafo sich nicht verhält wie ein 
idealer Generator mit Reihenwiderstand.
Das kannst Du, mangels Trafomodell, gar nicht wirklich simulieren.

Grüße Löti

[Helge A. (besupreme)]

Weil's mich interessiert hat, kleine Spielerei aus dem 
Klickibuntiprogramm.. ;)

Während des Schnelladens ist ja vorteilhaft, etwa die Leistung des 
Trafos auszunutzen. Also als Simpel-Lösung eine gesteuerte Stromsenke im 
Simu zusammengeschustert (hier 2 wegen Leistung). Sollte ungefähr 
hinkommen.

Ist das Farad leer, wird nur über den Widerstand geladen. Kurz darauf 
stellen sich ca. 7A peak ein, über die gesamte Welle wird geladen. Bei 
bereits hoher Spannung am C stellen sich bis zu ca. 18A peak ein bei 
sehr geringer Stromflußzeit, das ist ähnlich einem gewöhnlichen Elko 
hinter normalem Brückengleichrichter.

Mosfet irgendwas passendes für Verlustleistung und Spannung. 
Gleichrichter bzw. Dioden genauso.