Hallo, was ist die Formel um die Entladedauer einer Spule zu berechnen? Beispiel: Ein asynchroner Schaltwandler lädt ja immer eine Spule auf und entlädt die Spule durch eine Diode. Nehmen wir an, eine Spule wird "geladen", bis ein Strom von 1A fliesst. Jetzt wird der NMOS geschlossen, die Spule entlädt sich durch die Diode. Was bestimmt die Entladegeschwindigkeit? Beim Laden kann man das ja einfach anhand der Klemmspannung der Spule ausrechnen, aber beim Entladen geht das ja nicht so einfach, oder übersehe ich was? Gesucht ist die Formel. Wahrscheinlich muss die Induktivität, der Strom, die Diodensperrspannung und der Gesamtwiderstand bis zum nächsten Kondensator (Stromkreis) mit drin sein? Mir fällt halt auf, dass bei OSzillogrammen die Phase des Diodenstroms immer viel kürzer ist als der Aufladestrom.
i(t) = I0 * exp(-t/T) Wie beim Kondensator nur das Tau ist hier T = L/R IO dein Anfangsstrom.
Danke! Nur um sicher zu gehen ein Beispiel: I0=1 L=10uH t=10us R=0.1 1*2.71828^(-10/(10/.1)) = 0.9048A Ist das so korrekt?
@Timmy (Gast) >was ist die Formel um die Entladedauer einer Spule zu berechnen? Kommt drauf an. >Beispiel: Ein asynchroner Schaltwandler Was soll das sein? Es gibt nur Sperr- und Flußwandler, ggf. noch Resonanzwandler. >lädt ja immer eine Spule auf und >entlädt die Spule durch eine Diode. Das ist ein Sperrwandler, wahrscheinlich meinst du einen Step Up. > Nehmen wir an, eine Spule wird >"geladen", Warum die Anführungszeichen? Das kann man schon als Laden bezeichnen, denn man lädt Energie in das Magnetfeld der Spule, ebenso wie man Energie in das elektrische Feld eines Kondensdators laden kann. >bis ein Strom von 1A fliesst. Jetzt wird der NMOS >geschlossen, Geöffnet. > die Spule entlädt sich durch die Diode. Was bestimmt die >Entladegeschwindigkeit? L = I * t / U -> t = L * U / I > Beim Laden kann man das ja einfach anhand der >Klemmspannung der Spule ausrechnen, aber beim Entladen geht das ja nicht >so einfach, oder übersehe ich was? Du übersiehst. Beim Entladen ist es die Entladespannung. > Gesucht ist die Formel. https://www.mikrocontroller.net/articles/Transformatoren_und_Spulen#Energiespeicherung_in_Magnetkernen >drin sein? Mir fällt halt auf, dass bei OSzillogrammen die Phase des >Diodenstroms immer viel kürzer ist als der Aufladestrom. Das ist eine Frage der Schaltungsdimensionierung, das kann man ggf. auch anders machen.
@Timmy (Gast) >1*2.71828^(-10/(10/.1)) = 0.9048A >Ist das so korrekt? Nein. Bei Schaltreglern bewegt man sich NICHT im Bereich der RL Entladung sondern ist sehr nah an der idealen Spule. Der Widerstand hat fast keinen Einfluß. Damit die die Formel von helmi1 auch nicht anwendbar.
Natürlich ist die anwendbar. Fast kein Widerstand ist != kein Widerstand.
Was man hier so liest zeigt mir nur, dass das nicht trivial ist. Und der Widerstand ist sehr wichtig für die Formel, sonst kommen komplett unrealistische Werte raus. Kann das vielleicht mal jemand simulieren?
> i(t) = I0 * exp(-t/T)
Diese Formel gilt nur, wenn man die Spule über einen Widerstand
kurzschließt.
Bei Spannungswandlern hängt die Spule auf einer Seite an einer Spannung,
z. B. der Ausgangsspannung. Im Entladefall liegt dann (Uausgang-Udiode)
an der Spule. In dem Fall entlädt sich Spule mit
I(t) = I0-((Uausgang-Udiode)/L)*t
Je nachdem ob der Spulenstrom in dieser (Aus-)Phase des Wandlers auf 0
geht oder nicht spricht man von lückendem oder nicht lückendem Betrieb.
Den Ohmschen Widerstand der Spule habe ich vernachlässigt da für diese
Anwendung Spulen mit sehr kleinem Serienwiderstand verwendet werden.
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Beispiel:
10V 10Ohm
Vin-----------------Rlast---------22uH----------NMOS--------GND
| | |
| 100uF Diode
| | \/
------------------------------------
ton=10us
toff=10us
Nach 10us fliessen 989mA, bei 50% Tastgrad ~250mA avg. Doch wieviel
Strom fliesst 1us nachdem der NMOS gesperrt hat?
Blödsinn. Korrektur:
10V 10Ohm
Vin-----------------Rlast---------22uH----------NMOS--------GND
| | | |
| -----------100uF--- Diode
| \/
------------------------------------
Angehängte Dateien:
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Spule_entladen1.PNG
31 KB
Warum sind da 100uF. Die ergeben ein unerwünschtes Schwingen des Stromes beim Einschalten. Das Ausschalten dauert ca. 2us. I(t) = I0 -(Ub+Ud)/L*t I(t) = 1A-((10V+0,7V)/22uH)*t I(t) = 1A -(0,49A/us)*t Im Anhang ist die Simulatiodnsdatei(.asc) und die Plotsettingsdatei(.plt) für LTspice. LTspice ist ein kostenloses SPICE zur Schaltungssimulation. LTspice gibt es bei www.linear.com
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Helmut S. schrieb: >> i(t) = I0 * exp(-t/T) > > Diese Formel gilt nur, wenn man die Spule über einen Widerstand > kurzschließt. > > Bei Spannungswandlern hängt die Spule auf einer Seite an einer Spannung, > z. B. der Ausgangsspannung. Im Entladefall liegt dann (Uausgang-Udiode) > an der Spule. In dem Fall entlädt sich Spule mit > > I(t) = I0-((Uausgang-Udiode)/L)*t > > Je nachdem ob der Spulenstrom in dieser (Aus-)Phase des Wandlers auf 0 > geht oder nicht spricht man von lückendem oder nicht lückendem Betrieb. > Den Ohmschen Widerstand der Spule habe ich vernachlässigt da für diese > Anwendung Spulen mit sehr kleinem Serienwiderstand verwendet werden. Korrektur I(t) = I0-((Uausgang+Udiode)/L)*t
Timmy schrieb: > Was man hier so liest zeigt mir nur, dass das nicht trivial ist. > Und der > Widerstand ist sehr wichtig für die Formel, sonst kommen komplett > unrealistische Werte raus. Kann das vielleicht mal jemand simulieren? Das ergibt sich aus der Differentialgleichung der betrachteten Schaltung. Das muss man nicht zwingend simulieren, das ist kein analytisch unlösbares Problem.
Danke Helmut! Das kommt schon recht nah an dem ran, was ich von so einer Spule erwarte. Das heisst, der Strom nimmt tatsächlich LINEAR ab. Ich habe mal mit den Werten rumgespielt. Formel: I(t)=I0-U/L*t Was genau ist denn hier das U? Ist das die Spannung, die ich zwischen dem Spulenausgang (direkt an der Spulenklemme also) und GND messe? Demnach würde sich die Spule bei höherer Spulenausgangsspannung schneller entladen? Ich hätte das Gegenteil erwartet.
Die 100uF sind dann wohl eher falsch? Die Idee war, einen Step-Down zu machen. Das Problem ist, dass ich von Rlast nicht beide Pole habe, sondern Rlast+ fest an Vin angeschlossen ist. Ich kann nur mit Rlast- spielen. Erste Idee war einfach: Spule in Serie mit Diode für den Rückstrom nach Vin. Da merkte ich aber schnell, dass ich da riesige Spulen brauche, um einen vernünftigen Rippel hinzubekommen. +-1mH müssten es sein. Zweite Idee: Warum nicht einfach einen Elko parallel zu Rlast? So würde der Strom geglättet werden. Aber anscheinend habe ich damit einen katastrophalen Schwingkreis gebaut :( Was könnte ich tun?
Timmy schrieb: > Was könnte ich tun? Erstmal könntest du zu deinem Prosa-Schaltplan ein Zeichnung mit deiner vollständigen Schaltung zeigen.
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Spule_entladen1a.PNG
26 KB
U ist die Spannung an der Spule, also hier V(1,2). V(1,2) bedeutet in SPICE V(1)-V(2). Es liegen 10,7V an Spule während des abschaltens. Die Simulation ist jetzt mit .TRAN auf den Zeitabschnitt des Abschaltens eingestellt. .tran 0 10.01m 9.99m 0.1u .options plotwinsize=0 Mit der Zeile habe ich die Datenkompression abgeschaltet um sicherzustellen, dass kein noch so kleines Detail zwecks sparen von Festplatteplatzbedarf weggelassen wird. * Der .plt File ist irrtümlich doppelt angehängt. Kann den zweiten aber nicht mehr löschen da man Anhänge nachträglich nur hinzufügen aber nicht löschen kann.
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Spule_entladen1b.PNG
25 KB
Ich habe gerade gelesen, das der 100uF Kondnesator gar nicht das macht was du wolltest. Ohne den gibt es die Entladung mit der e-Funkteion. I(t) = I0*e^(-t/tau) tau = L/R = 2,2us Selbst diese angehängte Schaltung macht vermutlich gar nicht was du machen willst. Es wird höchste Zeit, dass du erzählst was du wirklich machen willst.
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Naja eigentlich wollte ich das Problem verstehen und dann selber eine Lösung für das Problem finden. Aber ich kann auch gerne konkret mein Problem schildern: Eine 36V LED wird mit 35V DC gespeist. Die Stromschwankungen aufgrund der Temperatur sind nebensächlich. Zur Helligkeitseinstellung dient PWM. Ich dachte mir jetzt, dass Gleichstrom schöner wäre. Weniger Störungen, mehr Effizienz und wollte deshalb die Schaltung jetzt umbauen, so dass sie nicht mehr via PWM dimmt, sondern via Spannungsänderung. Vorher: 35V----------------LED--------------NMOS----------GND | PWM-Logik Nachher: 35V-------------------LED---------10uH----------NMOS--------GND | | | | | | --------1mF-------- Diode Andere Logik | \/ ------------------------------------ Wie gesagt, komme ich nur an die Kathode der LED ran. Die Anode muss an konstante 35V hängen. Ist meine Lösung Unfug?
1. Die LED-Leuchte leuchtet doch mit 35V schon so gut wie mit 100% der Helligkeit bei 36V oder etwa nicht? 2. Mit welcher maximalen Frequenz darf man die LED-Leuchte dimmen? 3. Datenblatt der LED-Leuchte oder Link?
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LED: LHC1-2290-1211 (Datenblatt anbei) Es sind zwei LEDs parallel geschaltet. Wenn das Netzteil auf 35.5V steht, fliessen gut 2A, also 1A pro LED.
Schon wieder einer, der meint, eine LED nur durch Spannungsänderung und ohne Vorwiderstand betreiben zu können.
Die 1A/LED=2A Gesamtstrom beziehen sich auf den thermisch stabilen Zustand (80 Grad).
@Dirk: Ja, das geht seit 1 Jahr problemlos! Und jetzt halte dich bitte raus, wenn du nur was zu nörgeln hast.
Das ist natürlich jetzt "unglücklich", dass das Netzteil 35V hat. Zum Dimemn benötigt man 30V bis 36V plus Strombegrenzung auf 1,xA zwecks Schutz der LED. Entweder man macht einen Kompromiss und lebt mit max. 35V, dann reicht ein Step-down(oder PWM) Wandler. Ein kombinierter Step-up plus step-down(oder PWM) ist halt doppelter Schaltungsaufwand.
Das Netzteil hat ein Poti zur Feinjustierung. Dort kann ich den Wert von 35V bis 40V einstellen. Es steht jetzt auf 35V, damit die LED nicht zu heiss wird und die Helligkeit reicht mir bei 35V auch aus. Ist denn meine Schaltungsidee nun Murks oder nicht?
Timmy schrieb: > Die Stromschwankungen aufgrund der Temperatur sind nebensächlich. Hast du das mal nachgemessen? Wenn der Raum, in dem die Lampe hängt, nicht ständig klimatisiert ist, musst du mit einer Umgebungstemperatur im Bereich von 10°C (im Winter nach Durchlüften) und 35°C (im Sommer) rechnen. Das sind 25K Temperaturunterschied, was locker Faktor 1,5 beim Strom ausmachen kann. > Zur Helligkeitseinstellung dient PWM. Ich dachte mir jetzt, dass > Gleichstrom schöner wäre. Weniger Störungen, Das trifft aber nur dann zu, wenn der DC/DC-Wandler von jemandem aufgebaut wird, der wirklich Erfahrung mit so etwas hat. Wenn du Pech hast, geht der Schuss genau hach hinten los. > mehr Effizienz und Der reine PWM-Dimmer hat, wenn er passend ausgelegt wird, eine Effizienz von fast 100%. Ein DC/DC-Wandler wird i.Allg. deutlich schlechter sein, insbesondere dann, wenn er von einem wenig Erfahrenen aufgebaut wird. > wollte deshalb die Schaltung jetzt umbauen, so dass sie nicht mehr via > PWM dimmt, sondern via Spannungsänderung. Wenn du dir schon die Mühe mit dem DC/DC-Wandler machst, kannst du ja wenigstens statt der Spannungsregelung eine Stromregelung vorsehen. Das erhöht den Aufwand nur unwesntlich (wenn überhaupt), und du hast damit das Temperaturproblem gelöst. Timmy schrieb: > Nachher: > 35V-------------------LED---------10uH----------NMOS--------GND > | | | | | > | --------1mF-------- Diode Andere Logik > | \/ > ------------------------------------ Das ist vom Prinzip her richtig. Zwischen dem Mosfet und GND würde ich noch einen Shunt-Widerstand für die Strommessung vorsehen. Dass die Kombination aus Spule und Kondensator beim Einschalten kurz schwingt, ist normal. Damit die LED dadurch nicht beschädigt wird, solltest du die Spannung nach dem Einschalten langsam hochregeln. Ob auch während des Betriebs Schwingungen auftreten, hängt davon ab, ob der Wandler kontinuierlich oder lückend arbeitet. Diese Schwingungen sind interne Stromschwingungen und gelangen aber nicht an die LED, können aber zu hochfrequenten Störungen führen.
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@Timmy (Gast) >Ist denn meine Schaltungsidee nun Murks oder nicht? Sie ist Murks. 1.) LEDs werden mit einer STROMregelung betrieben. Dein normales netzteil regelt die SPANNUNG! Siehe LED 2.) Power-LEDs wie diese schaltet man nicht parallel, man verpasst jeder Einzel-LED eine Stromregelung. 3.) Bei dem geringen Unterscheid zwischen Netzteilspannung und Flußspannung der LEDs lohnt sich ein Schaltregler kaum. Bau eine einfache, lineare Konstantstromquelle für deine beiden LEDs getrennt auf. Transistor + OPV + Gemüse.
Timmy schrieb: >Mir fällt halt auf, dass bei OSzillogrammen die Phase des >Diodenstroms immer viel kürzer ist als der Aufladestrom. Ja, das ist ja auch logisch. Je höher die Induktionsspannung der Spule ist, desto schneller baut sich der Strom ab. Bei kurzgeschlossener Spule würde es am längsten dauern und wenn die Spule dann keinen ohmischen Widerstand hätte würde der Strom ewig fließen.
Timmy schrieb: > Und jetzt halte dich bitte > raus, wenn du nur was zu nörgeln hast. zum einen verwechselst du berechtigte Kritik mit nörgeln und zum anderen ist so eine Formulierung sehr gut geeignet den Thread anzuheizen. Am besten vor dem Schreiben immer überlegen ob man das auch so sagen würde wenn man dem anderen gegenüber sitzt.
Angehängte Dateien:
So, ich habe die Schaltung mal aufgebaut und sehe wegen dem DCM ein Geschwinge, sobald der Diodenstrom 0 wird. Ist das ein Schwingkreis zwischen der Spule und dem FET? Wenn ja, wie bekomme ich den gebändigt? Und das gelbe Rumgeschwinge ist dann wohl der Millereffekt?
Timmy schrieb: > Ist das ein Schwingkreis > zwischen der Spule und dem FET? Jepp. >Wenn ja, wie bekomme ich den gebändigt? Mit einem RC-Daempfungsglied ueber die Spule oder den FET. Dadurch wird der Schwingkreis bedaempft und schwingt dann schneller aus.
Ist das das berühmte Snubber? Durch Layoutoptimierung allein kann man da nichts machen?
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