Liebes Mikrocontroller Forum, ich versuche eine Rechteckspannung an einer kapazitiven Last (Biotechnologie) anzulegen. Für diese Anwendung benötige ich eine Quelle mit sehr steilen Spannungsflanken ohne Oszillationen von bis zu +/- 80V mit ausreichend großer Kurzzeitleistung (ns-us) allerdings nur im 100-1000Hz Bereich. Idealerweise mit einstellbarer Flankensteilheit, Möglichkeit den Strom sauber zu messen und einer Ansteuerbarkeit von +V, 0V, und -V. Da ich leider ein rechter Laie in Elektrotechnik bin, bin ich mir nicht sicher welche gängigen Lösungen meiner Problemstellung entsprechen. Wir haben schon zwei unterschiedliche Setups ausprobiert: 1. Funktionsgenerator mit einem linearen Spannungsverstärker (x50). 2. H-Brücken Setup (wie im Bild skizziert – Funktionsgenerator auf Inverter auf Brückentreiber) Im 1. Fall steigt die Spannungsflanke eher langsam an, der Strompeak geht über ~5A (0.1Ohm Shunt) nicht hinaus und es tritt an der Flanke eine deutliche Oszillation auf. Für den gewünschten biologischen Effekt brauche ich tendenziell höhere Spannungen. Bei größer dimensionierten kapazitiven Lasten passiert nichts mehr. Im 2. Fall steigt die Spannungsflanke wesentlich schneller an, der Strompeak geht bei +/-30V in die 10-20 A. An der Flanke tritt eine deutliche Oszillation in Strom und Spannung auf (im Bild mit einem 100nF Bauteilkondensator). Tendenziell reichen hier niedrigere Spannungen aus und auch bei größer dimensionierten kapazitiven Lasten tritt der gewünschte Effekt auf. (Benutze ich größere Vorwiderstände wird der Ladestrom deutlich sichtbar und die Oszillationen überlagern nur mehr den Ladestrom) - Gibt es andere (kommerzielle) Lösungen als H-Brücken die besser für dieses Problem geeignet sind (z.B.: Piezoansteuerungen etc.) - Woher kommt die Oszillation an der Spannungsflanke und wie kann ich diese unterbinden? Ist dass bei anderen H-Brückensetups auch zu erwarten (Fertigen Brückentreiber-Testplatinen)? - Auf der H-Brücken Platine sitzt ein 470uF/100V Kondensator (Bulk-Kondensator?). Wird der maximale Strom durch diesen Kondensator oder durch die Leistung meiner Spannungsquelle begrenzt (ns-Bereich?) - Beim Umschalten von negativen auf positiven Spannungen ist ein einstellbarer Delay sichtbar, der allerdings nicht auf 0 und nur bei einem Polaritätsübergang auftritt. Ich verstehe nicht warum dieser überhaupt notwendig ist bzw. nur einseitig notwendig ist? - Wenn ich den Disrupt bei einem H-Brückentreiber setze werden alle 4 Gates gesperrt und mein Kondensator bleibt geladen? Ich bin für jeden Hinweis und jede Hilfe dankbar, Michi
Was genau ist deine Frage? Fuer einen Laien stellst Du solche speziellen Anfordereungen die wer bitte gefordert hat?
Die Frage ist ob eine H-Brücke in diesem Fall der richtige Weg zum Ziel ist? Vielleicht gibt es auch kommerziell erhältliche Leistungsverstärker (Pulsverstärker) die evtl für meine Anforderungen besser geeignet sind? Da ich in diesem Gebiet nie gearbeitet habe möchte ich nichts übersehn bevor ich mich in die Details und Finessen einer Brückenschaltung einarbeite. Die Anforderung stellt die Anwendung: Elektrische Pulse über mikro-fluidische Zellen. Bei zu kleiner Leistung bzw. zu langsamer Flankensteigung sehn wir keine Aktivierung der biologischen Komponenten.
Hmm, H-Brücke und an kapazitiver Last schreit nach Schwingung (du schaltest zwei Kapaziäten über eine zwingend anwesende Induktivität). Aus dU/dt * C = Ic kannst du den benötigten STrom für eine gewisse Spannungsänderung berechnen. Das lässt sich physikalisch nicht umgehen.
Michael schrieb: > Woher kommt die Oszillation an der Spannungsflanke Schlechter Aufbau. Michael schrieb: > Gibt es andere (kommerzielle) Lösungen als H-Brücken die besser für > dieses Problem geeignet sind Tja, du möchtest einstellbare Flankensteilheit. Wie steil denn ? Deine 1000Hz schafft ja auch ein Audioverstärker, und wenn der 80V liefern kann, also so um 500W, kann er auch einiges an Strom, um 20A. Allerdings sieht sein Ausgangssignal, je nach Qualität des Audioverstärkers, nicht unbedingt sauberer aus. Eigentlich fällt mir beim schnellem Umladen einer kapazitiven Last vor allem ein MOSFET Gate Treiber ein. Bloss kann der nur 20V. Aber man kann ihn aus 2 Transistoren als Emitterfolger aufbauen, und die Ansteuerung macht entweder ein OpAmp, oder eine Schaltung bei der man die Flankensteilheit einstellen kann, z.B. Kondensator umgeladen per Konstantstrom, in dem man ihn immer mit I lädt und bei Bedarf mit 3I entlädt.
@Audi10 Wenn ich von einem Spannungsanstieg von 10V / ns ausgehe und meine Kapazität mit 500 pF (das entspricht meinem leeren Mikrofluidikchip) dann komme ich auf einen maximalen Ladestrom von 5A, was sogar Größenordnungsmäßig meinen Messungen enstpricht. - Doppelte Kapazitäten: Meinst du damit Last und Bulkkondensator?
@MaWin MaWin schrieb: > Michael schrieb: >> Woher kommt die Oszillation an der Spannungsflanke > > Schlechter Aufbau. Meinst du schlechtes elektronisches Design oder einfach schlechte Umsetzung - induktivitäten durch lange Kabelwege? Eine Möglichkeit wäre eine Evaluierungsplatine für Brückentreiber direkt vom Hersteller zu kaufen. Meinst du damit würde die Schwingung verschwinden? @Audi10 nach könnte es ja auch ein intrinsisches Problem sein? MaWin schrieb: > Tja, du möchtest einstellbare Flankensteilheit. > Wie steil denn ? Zwischen 10V pro µs Richung ns Bereich... so schnell es halt in einem vernünftigen Kostenrahmen noch geht. Und danke für die Ideen mit dem Audioverstärker und dem Aufbau mit dem Gatedriver. Da werde ich mich gleich mal hineinlesen.
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