Hallo Zusammen, ich filtere eine 12V DC Versorgungsspannung für ein paar Messgeräte mit einem LC-Tiefpass, bestehend aus Spule 10mH (3 Ohm) und einem Kondensator 2200µF. Damit funktionieren die Messgeräte einwandfrei. Jetzt wollte ich zum Schutz der Messgeräte eine Freilaufdiode nachrüsten, z.B. für den Fall, dass der Kondensator defekt ist. Der Stromverbrauch der Messgeräte liegt typischerweise bei 200mA und maximal bei 500mA. Berechnet habe ich nun folgendes: Abklingzeit Tau: t= L/R = 10mH/3Ohm = 0.0033s Induzierte Spannung U U= L*dI/dt = 10mH*0.5A/0.0033s = 1.5V Nun die Frage: Ist das so richtig? Habe ich mich verrechnet? Induzierte 1.5V erscheinen mir sehr gering. Dioden vom Typ 1N5408 (1000V, 3A) habe ich zufällig zur Hand. Kann ich diese verwenden?
Simon851 schrieb: > ich filtere eine 12V DC Versorgungsspannung für ein paar Messgeräte mit > einem LC-Tiefpass, bestehend aus Spule 10mH (3 Ohm) und einem > Kondensator 2200µF. > Jetzt wollte ich zum Schutz der Messgeräte eine Freilaufdiode > nachrüsten, z.B. für den Fall, dass der Kondensator defekt ist. Irgendwie habe ich den Eindruck daß du entweder den LC-Tiefpaß oder die Freilaufdiode nicht verstanden hast. Oder beides.
Meine Messgeräte werden solarbasiert versorgt. Wenn die Batterie voll ist und die Sonne noch ordentlich scheint, bekomme ich vom Solarladeregler Störpulse auf meine Versorgungsspannung. Bei 14.4V ist der Puls ca. 1V auf 15.4V und dauert 0.5ms. 14.4V liegen für etwa 2.75ms an. Die Messgeräte sind extrem EMV-Empfindlich und messen damit nur noch Mist. Die Frequenz ist demzufolge 300Hz, der LC-Tiefpass arbeitet bei 34 Hz. Das reicht aus, obwohl meine Störung nicht sinus-förmig ist. Daher brauche ich bei einer DC-Spannungsversorgung einen LC-Tiefpass. Im Moment funktioniert alles einwandfrei. Jedoch möchte ich auf Nummer Sicher gehen, falls z.B. der Kondensator abschmiert ist oder doch durch irgendeinen dummen Zufall höhere Ströme geschaltet werden.
Axel S. schrieb: > Irgendwie habe ich den Eindruck daß du entweder den LC-Tiefpaß > oder die Freilaufdiode nicht verstanden hast. Oder beides. Stimmt! Seine Erklärung zeigt das sehr deutlich.
OK, entweder bin ich auf dem völlig falschen Dampfer oder ich hab irgendwo einen Denkfehler. Ich geh nochmal lesen.
Ich komm nicht drauf. Solange Strom fließt habe ich kein Problem. Solange der Kondensator OK ist habe ich kein Problem. So betrachtet bräuchte ich die Diode nicht. Aber es sind mehrere Stromkeisläufe nachgeschaltet, teils mit Geräten mit extrem kleiner Stromaufnahme. Bevor ich jetzt lange rechne, ob das passt oder nicht, löte ich lieber noch kurz eine Diode mit ein. Schaden tut sie ja nicht und nachdem die 10 Messgeräte insgesamt über 100k€ wert sind, fallen die Kosten für die Diode nicht wirklich ins Gewicht.
Hallo1 Die serielle Spule des Tiefpasses verhindert bei einem schnellen Anstieg der Eingangsspannung einen schnellen Anstig des Laststromes (Anstiegsflanke wird abgeflacht). Bei einem schnellen Abfall der Eigangsspannung liefert die Spule den Laststrom weiterhin aus seinem zusammenbrechenden Magnetfeld (Abflachung der abfallenden Flanke). Beides zusammen ergeben den Filtereffekt des LC-Gliedes. Was willst Du jetzt mit der Diode unterbinden?
Simon851 schrieb: > So betrachtet bräuchte ich die Diode nicht. Richtig. Das wars. > Bevor ich jetzt lange rechne, ob das passt oder nicht, löte ich lieber > noch kurz eine Diode mit ein. Das hat mit "Rechnen" gar nichts zu tun. Simples "Denken" reicht hier aus. Was macht eine Spule? Sie hält den Strom konstant. Na gut, nicht über Jahre, aber für eine kurze Zeit betrachtet durchaus. > fallen die Kosten für die Diode nicht wirklich ins Gewicht. Die Diode ist nicht nur unnötig, sondern sogar kontraproduktiv. Zeichne einfach mal einen Schaltplan, trenne irgendwo was auf und überlege, was passiert, wenn die Spule den bisherigen Strom einfach weiterfließen lässt. Dann wird dir auf einmal klar, warum man an anderen Stellen eine Diode braucht, und hier nicht... Route 6. schrieb: > Was willst Du jetzt mit der Diode unterbinden? Die unbestimmte Angst...
:
Bearbeitet durch Moderator
Simon851 schrieb: > nachdem die 10 Messgeräte insgesamt über 100k€ wert sind, fallen die > Kosten für die Diode nicht wirklich ins Gewicht. Wenn, dann würde ich eine Überspannungsschutz-Diode einbauen. Aber Geräte, die kEuro kosten, sollten das schon selbst eingebaut haben. Georg
Der Denkfehler in der Spulengleichung ist dI und dt. dI ist eine Stromänderung, nicht der Maximalstrom, dt entsprechend die Zeitdauer, in der sich der Strom ändert. Aber warum soll sich der Strom großartig ändern, wenn der Kondensator wegfällt? Die Spule an sich wirkt doch trotzdem noch als Dämpfungsglied. Ansonsten hilft auch, das ganze mal zu simulieren, z.B. in LTSpice. Und natürlich vorher nachdenken, was man eigentlich erreichen möchte :) Andererseits... wenn ich schon Messtechnik im k€-Bereich herumstehen habe, warum fehlen dann zwei € für eine vernünftige integrierte Spannungsversorgung, die so gut vor Spannungsspitzen und Fehlerfällen schützt, dass die Messgeräte in jedem Fall gut messen?
Angehängte Dateien:
-
Simulation_LC_Tiefpass.png
250 KB
Jetzt habe ich gerade meinen ersten Stromkreis simuliert. LT Spice ist zum Glück so einfach zu bedienen, dass das auch ich mit meinem Halbwissen gut hinbekomme. Das Ergebnis überrascht nicht. Im Normalbetrieb ist die Diode unbelastet (-1.7pA). Legende der Grafik: Grün: Ungefilterte Spannung Blau: Gefilterte Spannung Rot: Strom über die Diode Ich wollte folgenden Fehlerfall unterbinden: Es werden alle Geräte bis auf den Datenlogger getrennt. Dieser hat im Ruhemodus eine kaum messbar kleine Stromaufnahme. Daher nehme ich Stromaufnahme=0 an. Meine Änderung dI ist demnach mein Maximalverbrauch (500mA). Da Abschalten sehr schnell geht, ist dt auch sehr klein. Somit könnte ich unter Annahme Kondensator defekt und Stromverbauch Datenlogger=0 eine große Spannungsspitze bekommen. Wenn ich mich im Eingangspost nicht verrechnet habe, beträgt diese aber nur 1.5V, was selbst ohne Kondensator nicht weiter tragisch wäre. Wenn jetzt keine größeren Lasten plötzlich abgeschalten werden, währen nur eine sehr sehr kleine Last verbunden ist, ist alles kein Problem. Aber genau den Fall größere Lasten abschalten und Kondensator defekt würde ich aber gerne absichern. Die Geräte sind im Outdooreinsatz. Wenn vor Ort etwas schief geht, kann es schon sein, dass mal eine Stromversorgung quer genutzt wird. Daher kam ich auf diesen Gedanken. Ich kann noch nicht ganz nachvollziehen, wieso die Diode sogar kontraproduktiv sein kann. Ich suche mir jetzt mal in LT Spice die Möglichkeit, wie ich einen Schalter einbauen und verschiedene Zustände simulieren kann. Jorge schrieb: > Andererseits... wenn ich schon Messtechnik im k€-Bereich herumstehen > habe, warum fehlen dann zwei € für eine vernünftige integrierte > Spannungsversorgung, die so gut vor Spannungsspitzen und Fehlerfällen > schützt, dass die Messgeräte in jedem Fall gut messen? Leider ist es so, dass teuere Messtechnik nicht gleich heißt, dass sie ausgereift ist. Mit einem Work-Around würden die Messgeräte auch mit der ungefilterten Spannung zurecht kommen, aber da verliere ich massiv Empfindlichkeit. Das ist in der Wissenschaft nicht so der Brüller.
Wenn Du fürchtest, daß durch einen defekten Kondensator was beschädigt werden könnte, schalte einfach noch einen parallel. Immer noch Angst? Dann eben noch einen dritten Kondensator. Das nützt im Gegensatz zu Deiner Diode noch am ehesten was.
Angehängte Dateien:
OK, dann mach ich das so. Vielen Dank, jetzt hab ich wieder ordentlich was gelernt!
Simon851 schrieb: > Ich kann noch nicht ganz nachvollziehen, wieso die Diode sogar > kontraproduktiv sein kann. Weil sie die fallende Flanke des Eingangssignales an der Spule vorbei leitet. damit ist die Filterwirkung geringer und der Ripple am Kondensator wird größer.
Simon851 schrieb: > Wenn ich mich im Eingangspost nicht verrechnet habe, beträgt > diese aber nur 1.5V, was selbst ohne Kondensator nicht weiter tragisch > wäre. Leider hast du dich verrechnet. Simon851 schrieb: > t= L/R = 10mH/3Ohm = 0.0033s diese Zeitkonstante der Stromabsenkung wäre relevant, wenn die Spule "sich selbst überlassen wird" (z.B. beide Enden der Spule niederohmig an GND und der zuvor eingprägte Strom sinkt langsam ab). Die induzierte Spannung ist in dem Fall grade so groß, dass sie den jeweiligen Spannungsabfall am ohmschen Widerstand der Spule kompensiert. Mit der Induktionsspannung bei einem extern aufgeprägten schnellen Stromwechsel hat das nichts zu tun. Dein Worst-Case wäre, wenn deine Geräte schlagartig vom maximalen Stromverbrauch auf den minimalen Verbrauch umschalten. Dann kann die induzierte Spannung sehr viel größer werden als die von dir berechneten 1,5V, und um den Spannungsanstieg zu begrenzen ist der Kondensator da. Zudem haben deine Geräte, wenn sie mit DC versorgt werden und starke Lastwechsel durchführen, normalerweise selbst Kondensatoren am Versorgungseingang. Wenn dir beides noch zu unsicher ist, wäre der schon zuvor vorgeschlagene Überspannungsschutz die sinnvolle Lösung. Die Freilaufdiode würde (wie auch schon geschrieben) dafür sorgen, dass negative Spannungsspitzen an der Spule vorbei direkt auf die Versorung durchschlagen.
Vielen Dank für die weiterführende Erklärung. Ich hätte niemals gedacht, dass sich die Freilaufdiode negativ auswirken kann, aber das tut sie. Spontan würde ich diese hier nehmen mit 20V Durchschlagspannung. Der empfindlichste Eingang ist bis 26V spezifiziert. Das sollte passen, oder?. http://de.rs-online.com/web/p/suppressordioden-tvs/8129266/
Angehängte Dateien:
So sieht die Schaltung simuliert sieht das mit den 2 Kondensatoren und der Suppressordiode aus. Ich glaub so bleibts :-)
Simon851 schrieb: > Das sollte passen, > oder?. Ja. Es sei denn du willst auch direkten Blitzeinschlag und Nuklearwaffeneinsatz mit NEMP abdecken... Eine Sicherung davor ist auch nicht dumm. Die Suppressordioden opfern sich für die Schaltung dahinter, d.h. sie werden bei Überlastung dauernd leitend, dann fliegt die Sicherung anstatt dass ein Dauerstrom nach GND fliesst. Georg
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.