Stepdownwandler mit Spannungs- und Strombegrenzung und Polaritätswechsel

[Schmidt (Gast)]

Hallo,

ich möchte für Galvanikzwecke eine Stromquelle bauen, bei der ich den 
Strom und eine maximale Spannung vorgeben kann. Hierfür werde ich eine 
Step-Down-Topologie mit uC-Steuerung hinter einem Transformator 
(12V/10A) entwerfen. Uout 0,5V,...,<12 V, Iout abh. von Randparametern.

Nun würde ich gerne zusätzlich die Polatität des Ausgangs im Betrieb 
umschalten können, um beim Galvanikprozess über eine Pulsverteilung 
Einfluss auf das Abscheidungsbild nehmen zu können. Hierfür bietet sich 
eine H-Brücke im Ausgang an. Relais würde ich aufgrund der Ströme und 
der häufigen Wechsel nicht verwenden wollen.

Gibt es einen solchen Schaltungsentwurf schon und wie heißt diese 
Topologie?

Würdet ihr die H-Brücke als aktives Schaltelement für die 
Spannungs-/Stromregelung verwenden (Teil des Step-Down-Wandlers) oder 
hierfür lieber ein getrenntes Schaltelement vor der H-Brücke verwenden?

Ich habe bislang noch kein Besipiel für einen umschaltbaren Ausgang über 
H-Brücke gefunden. Vielleicht könnt Ihr mir ja weiter helfen.

MfG

Schmidt

[M. K. (sylaina)]

Schmidt schrieb:
> Ich habe bislang noch kein Besipiel für einen umschaltbaren Ausgang über
> H-Brücke gefunden.

Es heißt vielleicht nicht nur so bzw wurde nie s bezeichnet aber das ist 
ja das Tolle an so einer H-Brücke: Man kann alle Quadranten nutzen. 
Üblicherweise hängt da ein Motor dran, bei dir wäre es dann die 
Galvanik, im Prinzip ist das der H-Brücke aber egal was an ihr dran 
hängt.

[Werner (Gast)]

Schmidt schrieb:
> Hierfür werde ich eine
> Step-Down-Topologie mit uC-Steuerung hinter einem Transformator
> (12V/10A) entwerfen. Uout 0,5V,...,<12 V, Iout abh. von Randparametern.

Bei einer gegebenen Last, wirst du nicht Strom und Spannung gleichzeitig 
vorgegeben können. Da stehen die Naturgesetze gegen, bei ohmschen Lasten 
z.B. das Ohmsche Gesetz.

[Harald W. (wilhelms)]

Werner schrieb:

> Bei einer gegebenen Last, wirst du nicht Strom und Spannung gleichzeitig
> vorgegeben können.

"Vorgeben" kann man solche Grenzwerte schon. Allerdings bestimmt die
Last, ob das Netzteil im Konstantspannungs- oder Konstantstrom-
Betrieb fährt. Typische Labornetzteile haben eine Anzeige für die
Betriebsart ( "CV" oder "CC").

[Werner (Gast)]

Harald W. schrieb:
> "Vorgeben" kann man solche Grenzwerte schon.

Grenzwerte kann man natürlich vorgeben, aber was daraus wird, hängt 
immer noch von der Last ab.

[Joachim B. (jar)]

man kann doch Stromkonstanter mit Grenzwert (I-Konst Quelle) vor dem 
Spannungskonstanter/Regler setzen und den Leistungsteil der H-Brücke 
damit versorgen, dann findet für die Erstgenannten nie ein 
Polaritätswechsel statt, das macht die H-Brücke, die Speisung wird aber 
begrenzt in U und I.

Allerdings muss man Reserven für beide Regler einsetzen.

Im einfachsten Fall ein LM317 als I-Konst. beschaltet +5V und
ein LM317 als U-Konst. beschaltet +5V.

Schaltregler DC/DC Spannungswandler + nachgeschaltetem Stromfühler der 
auf den ON/OFF Eingang vom DC/DC Wandler wirkt auch.

[Harald W. (wilhelms)]

Schmidt schrieb:

> Relais würde ich aufgrund der Ströme und der häufigen Wechsel
> nicht verwenden wollen.

Wenn die Schaltzyklen länger als 1min sind,
würde ich ein Relais oder Schütz trotzdem
auf Grund der wesentlich einfacheren Schal-
tung vorziehen. Notfalls muss man dieses
eben als "Verbrauchsmaterial" ab und zu
auswechseln.

[Schmidt (Gast)]

Hallo,

vielen Dank für die Antworten.

1. Mir ist klar, dass beide Größen (U, I) nicht unabhängig voneinander 
einstellbar sind. Das Ziel ist, einen konstanten Strom vorgeben zu 
können. Sollte durch die Veränderung der Oberfläche oder der 
Leitfähigkeit des Bades die Spannung der Quelle steigen, um einen 
konstanten Strom aufrecht zu erhalten, so möchte ich hier eine 
Obergrenze für die Spannung vorgeben, ab der die Spannung fix wird und 
der Strom reduziert wird.

2. Meine Frage ist nun, ob ich die Tiefsetzstellertopologie über ein 
eigenes Schaltelement vor der H-Brücke realisiere oder ob ich die 
H-Brücke als Tiefsetzsteller baue.

3. Vielleicht kennt einer von euch ja schon eine dimensionierte 
Schaltung oder zumindest ein Konzept für einen solchen Aufbau. Daran 
wäre ich sehr interessiert, bevor ich eine grundlegende Neukonzeption 
beginne.

MfG

Schmidt

[Sascha (Gast)]

Die H-Brücke kann auch Polaritätswechsel und Step-Down in einem machen, 
hängst du zu deiner Last eine Induktivität in Reihe und einen 
Messwiderstand für die Strombegrenzung.

Rest ist Mess- und Regelungstechnik, im einfachsten Fall mit nem µC und 
logic-level mosfets.

Op-Amp Schaltungen sind auch denkbar aber man braucht allein schon 3 für 
Stepdown+Spannungsbegrenzung+Strombegrenzung. Mit dem Polaritätswechsel 
zusammen wirds dann eher aufwändig, es sei denn da kennt einer nen 
schönen Trick.

Alternative wäre eine Halbbrücke und eine negative Spannungsversorgung 
(split power supply). Wenn dein Trafo eine Mittelanzapfung oder 2 
getrennte Sekundärwicklungen hat, wäre das eine Überlegung wert.