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Samstag, 14. Februar 2004, 20:42

Bauteile-Grundlagenproblem: Speicherdrossel

Hi,

die Flugsaison naht und ich wollte mir in nächster Zeit einen zweiten Lader bauen, um die Ladepausen zwischen den Flügen abzukürzen. Natürlich braucht das Teil auch einen geeigneten Spannungswandler, wobei ich das mit einem einfachen Sperrwandler erledigen wollte.
Prinzip:

Als Drossel schien mir eine Ringkerndrossel von Conrad mit 10 mH (Nr. 534447) geeignet, steht im Katalog als "Entstördrossel" - nun ja, ich dachte Induktivität ist Induktivität und auf ein paar % Verluste käme es ggf. auch nicht an.
Bei ersten Versuchsaufbauten mit sekundeweisem Probebetrieb bekam ich aber starke Verluste in den Bauteilen, selbst die Elkos wurden warm. Nach etwas gründlicherem Oszilloskopieren fand ich dann folgendes heraus:
Offenbar verliert die Drossel schon bei Strömen weit unter 1 A fast ihre gesamte Induktivität, obwohl sie mit 6A belastbar sein soll! ??? Das führte dazu, daß schon nach kurzer Einschaltdauer des FETs (10-20 µs) der Strom auf Werte jenseits von gut und böse schoss (100A?). Meine Testschaltung arbeitet mit ca. 50 µs langen Impulsen, in denen sich bei 10 mH der Strom ja gerade mal um I = U*t/L = 60mA erhöhen dürfte!
Daß die Induktivität mit höherer Feldstärke im Kern der Drossel abnimmt und der Kern auch irgendwann in die Sättigung geht, ist mir schon bewußt. Aber das sollte doch noch nicht bei ein paar hundert mA der Fall sein, oder?

Frage: Eignen sich "Entstördrosseln" vielleicht aufgrund ihres Kernmaterials gar nicht als Speicherdrosseln? Kenn jemand geeignete Drosseln? Oder mache ich da einen grundsätzlichen Denkfehler?
Kennt sich damit jemand aus?
(Irgendwie waren mir ja induktive Bauteile schon immer suspekt! ;) )

Danke für evtl. Hilfestellung,

Thomas

K_Mar

RCLine User

Wohnort: D-76337 Waldbronn-Reichenbach (Karlsruhe) 1988-2005 Seesen/Harz; davor Hannover Modellbau seit 1974

Beruf: Dipl.Ing./Leistungselektr.entw. mW-MW z.Z.Antriebstechn.,früher Stromvers. (incl.Treiber+Messtechn.)

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2

Sonntag, 15. Februar 2004, 09:50

RE: Bauteile-Grundlagenproblem: Speicherdrossel

Hallo Thomas,
sind auf der Drossel vielleicht zwei Wicklungen, was ich annehme, denn es wird sich wahrscheinlich um eine Common-Mode Drossel handeln.
D.h. die 10mH gelten nur für Differenzströme und die sind, wenn keine Fehler in einer Schaltung sind (Erdschluß), immer klein. Die 6A gilt dann für die Leiterstrombelastung (Cu-Querschnitt).
Aber : 6A über den einen Leiter rein und den anderen raus: Magnetisierung für den Kern = 0 , Induktivität : Nur die Streuung zwischen den Wicklungen (mikroHenry)
Aber 2. : 10mA HF über beide Leitungen raus : 10mH

Schau dir mal den Wickelsinn der beide Wicklungen an.

Gruß Klaus
Fahrzeuge auf dem Wasser bewegen macht Spaß und ist ein optimaler Testbereich für Elektronikentwicklungen

3

Sonntag, 15. Februar 2004, 10:32

Hallo Thomas,

das kann an der Flankensteilheit des Schalttransistors liegen, wobei vor allem bei einer hohen Taktfrequenz enorme Verluste auftreten können, die sich in Wärme umwandeln.

Auch an der Diode, ist es keine Schottkydiode können mehr als die doppelte Verlustleistung als an einer Si-Diode abfallen.

Sieh Dir mal meine Windensteuerungen auf meiner HP an, wo ich unter anderem auch auf dieses Problem eingegangen bin.

http://www.aero-hg.de


Gruss

K_Mar

RCLine User

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4

Sonntag, 15. Februar 2004, 14:18

Hallo Thomas,
die 2. Erklärungsvariante ist mal wieder voll nach C.... manier:

Daten bei C... sind falsch. Ich hab mir das ganze mal angeschaut.
2.a . Sättigungsdrossel.
2.b. C... kürzt mikro auch mal mir m statt mit u ab 10uH / 6A. dann käme die Dimension auch hin.
Gruß Klaus
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5

Sonntag, 15. Februar 2004, 16:45

Hi,

@Klaus:
die Drossel hat nur eine Wicklung. Und nachgemessenermaßen hat sie sogar 10mH (sogar noch etwas mehr, aber Größenordnung stimmt), aber eben nur, wenn so gut wie kein Strom durchfließt. Daß die Angaben bei C... schon mal um den Faktor 1000 danebenliegen (Verwechselung von Milli und Micro) hab ich auch schon durch Fehlkäufe festgestellt. 8(
Was bedeutet "Sättigungsdrossel" bzw. wofür wird die verwendet? Ist bei "Entstördrosseln" eine schnelle Sättigung des Kerns sogar beabsichtigt? Dann wäre das Ganze ja nicht weiter verwunderlich...

@Günther:
die Diode ist schon Schottky (MBR2045). Das Problem sind auch nicht so sehr die Schaltflanken, sondern daß der Strom während der Einschaltzeit des FETs schon nach überraschend kurzer Zeit ins Uferlose steigt. Das konnte ich sehr gut am Oszilloskop sehen, indem ich in die Source-Leitung zum FET einen "Shunt" (ca. 10mOhm) aus ein paar Zentimetern Draht mit kleinem Querschnitt eingebaut und darüber die Spannung gemessen habe. Impulslänge ca. 50µs mit laaangen Pausen, Durchschnittsstrom also gering. Man konnte am Bildschirm des Oszilloskops schön sehen, wie sich der Strom in den ersten 10-20 µs nahe 0 befand (< 10 mV, geht fast im Rauschen unter), dann aber innerhalb weniger µs enorm anstieg, auf Werte, die nur noch durch Innenwiderstände der Bauteile begrenzt wurden, und damit deutlich mehr Verluste als Wirkleistung verursachten.

Grüße,

Thomas

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »Ottili« (15. Februar 2004, 16:48)


K_Mar

RCLine User

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6

Sonntag, 15. Februar 2004, 17:29

Hallo Thomas,
eine Sättigungsdrossel wird tlw. in Schaltungen eingesetzt in denen der Halbleiterschalter vor der Belastung erst voll eingeschaltet sein soll bevor dieser die volle Strombelastbarkeit hat. Eigendlich gehört dann noch ein Spannungszeitfläche bis zum Sättigungspunkt im Datenblatt dazu, aber wie Du so schön sagtest : Das mit den Datenblattangaben bei C.... ist immer so eine Sache.

Gruß Klaus
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stift

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7

Sonntag, 15. Februar 2004, 17:36

Speicherdrossel

@ Thomas

Schau mal hier http://henry.fbe.fh-darmstadt.de/smps/aww_smps.html .Bei Strömen im Bereich Ampere kommt mir deine Induktivität zu groß vor.

Guter Tipp: Nicht an der Drossel sparen und diese mit viel Kernmaterial dimensionieren. Spart eine Menge Zeit.

8

Montag, 16. Februar 2004, 17:29

RE: Speicherdrossel

Hi Uwe,

interessanter Link - danke! :)

Das eigentliche Problem dürfte aber nicht an einer "zu großen" Drossel liegen, denn wenn ich es richtig sehe, ist der einzige Nachteil einer zu großen Drossel deren unnötig große Bauform, sonst müßte sie eher Vorteile bieten, da die Schaltfrequenz und damit Verluste und EMV-Probleme verringert werden können.
BTW: zuerst hatte ich auch eine 1mH-Drossel eingebaut, die offensichtlich den gleichen Kern hat, wie die 10mH Drossel, aber weniger Windungen und eine höhere Strombelastbarkeit. Damit war das Problem aber verschärft, vermutlich nicht nur wegen der geringeren Induktivität (die aber immer noch dicke reichen sollte...), sondern weil der irre Stromwert durch den geringeren Ohmschen Widerstand der Drossel in noch größere Höhen getrieben wurde! :(

Werd' vielleicht noch ein wenig 'rumexperimentieren (min kürzeren on-Zeiten?) und dann vermutlich eine Drossel selber wickeln (müssen). Ob das wohl mit dem Drosselspulen-Bausatz C... 516589 geht? Kostet dann gleich ein paar Euros mehr, oder tun es auch die kleineren (516619)? Wie kann man abschätzen, bei wieviel A die Drossel in die magnetische Sättigung kommt?

Gruß,

Thomas

9

Montag, 16. Februar 2004, 17:43

Hi Klaus,

Zitat

Original von K_Mar
Hallo Thomas,
eine Sättigungsdrossel wird tlw. in Schaltungen eingesetzt in denen der Halbleiterschalter vor der Belastung erst voll eingeschaltet sein soll bevor dieser die volle Strombelastbarkeit hat.


Wenn das typischerweise bei "Thyristor- u. Triac-Schaltungen (Lichtdimmer, Drehzahlsteller usw.)" so gemacht wird, würde es darauf hindeuten, denn für diese Anwendungen sind die Drosseln im C.-Katalog angegeben!

Gruß,

Thomas

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »Ottili« (16. Februar 2004, 17:44)


stift

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10

Dienstag, 17. Februar 2004, 19:12

RE: Speicherdrossel

Probiere erstmal die angegebenen Größen der Drossel aus. Die Gefahr besteht wie bei deiner Speicherdrossel, daß durch die höhere Windungszahl der Kern in Sättigung geht und dann ist es wieder nichts mit der angegebenen Induktivität.

Der angegebene Kern von C liegt in einen vernüftigen Bereich, ist aber relativ teuer. Ich habe bessere Kern glaube ich schon billiger gesehen. Schau vielleicht mal bei R&S wegen dem Preis vorbei. Aber bei einer Stückgröße von 1 auch kein wirkliches Problem.

Nochmal zu deiner ersten Drossel. Im Leerlauf müsste doch die Schaltung funktionieren oder liegt die Drossel in einem ganz anderen Frequenzbereich.

11

Mittwoch, 18. Februar 2004, 08:43

Hallo,

der AL - Wert des Materials für die sogenannte Speicherdrossel, die aber für Siebzwecke konzipiert sind liegt zu hoch.
Es eignen sich besser Schalenkerne mit einem AL - Wert von 400 und einer größe von etwa 14mm bis 18mm dafür besser. Der AL - Wert der billigen handelsüblichen Ringkerndrosseln bewegt sich weit über 2000.
Man könnte auch die Windungszahl der Drossel reduzieren, hat aber immer noch eine schlechte Güte und somit hohe Verluste bei einem Arbeitbereich von über 30kHz.

Verwendbar wäre auch eine Drossel ohne Eisen oder nur mit einem Hf - Kern.

Gruss

12

Mittwoch, 18. Februar 2004, 15:32

Hallo Thomas,

besser noch Du begrenzt die Spannung und den Strom wie beispielsweise in der hier eingebrachten Schaltung, wobei das Tastverhähltnis geändert wird.




Mit diesem TL494 habe ich schon vor Jahren gute Erfahrungen gemacht, was schon unter einem Euro zu haben ist.


Gruss

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »Guenther_Hager« (18. Februar 2004, 15:33)


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Donnerstag, 19. Februar 2004, 02:37

Hi Günther,

danke für den Schaltungsvorschlag! :)
Ist soweit verständlich. Nur eine Sache hab ich noch nicht so ganz durchblickt: Was bewirkt die Drossel mit der parallelen 1N4148 in Serie zu dem 470 Ohm Widerstand?
Die PWM-Erzeugung werd ich schon hinkriegen, "forschen" muß ich halt noch bei den Drosseln. Zu den Schalenkernen: was ist mit 14 oder 18 mm gemeint? Der Durchmesser? Das erscheint mir irgendwie ein wenig klein, wenn ein paar Ampere bei brauchbaren Induktivitätswerten durchfließen sollen ???

Ich will hier mal kurz erläutern, was ich vorhabe: es soll ein ICS1700-basierter Reflexlader werden, wobei der Wandler das Herz der Stromquelle werden soll. Ladestrom bis 6A sollte schon gehen, bei variabler Zellenzahl, also auch Akkuspannungen unter der 12V Eingangsspannung! Vermeiden möchte ich, die Spannung erst auf eine große Spannung hochzuwandeln, um sie dann wieder mit einem 2.Wandler auf die Spannung des Akkus herunterzubringen.
Meinen aktuellen Reflexlader hab ich auch schon früher selbst gebaut, mit einem Wandler auf intern konstante Spannung und linearer Stromregelung, für bis zu 8 Zellen, bei max. 4A (BTW: der arbeitet sogar mit einer 10mH Conrad-Drossel!). Ein Energiespar-Wunder ist der Lader aber nicht gerade...
Natürlich könnte ich mir auch einfach einen fertigen Lader kaufen, aber wo bleibrt da der Spass am Selbstentwickeln von vielleicht unkonventionellen Lösungen? ;)

Gruß,

Thomas

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Donnerstag, 19. Februar 2004, 09:40

Hallo Thomas,

die Drossel mit der paralellen Diode bewirkt eine steilere Flanke, da die beiden interernen paralellen Transistoren (Treiber) in Kollektorschaltung arbeiten.
Die Diode selbst begrenzt den negativen Piekser, da der Eingang/Gate der Siiepmostr. als C - Last wirken.

Die Taktfrequenz kann bis 70...80 kHz bei einer Drossel mit kleinem AL - Wert und 1...2 Lagen Papier zwischen den Schalenhälften betrieben werden, wobei allerdings die Verluste an den Sipmost. und der Schottkyd. doch erheblich werden.

Die Werte des Widerstandes und Kondensators für den Oszillator sind in etwa für 30 kHz dimensioniert.

Bei Deinen angestrebten Strömen, Leistungen empfiehlt es sich eine Impulsaufbereitung zu machen, wobei die Einschaltzeit so kurz wie möglich sein sollte.
Die Ausschaltzeit kann um den Faktor 5 ... 10 höher liegen, was die Freilaufdioden dankend annehmen, was ich bei meinem Windensteuerungen festgestellt habe.
18 mm Schalenkerngröße ist wahrscheinlich erforderlich. Wenn Du den AL _ Wert des Kernes hast, kannst Du auch sehr gut die Induktivität berechnen, für Dich wichtig die Windungszahl.

Bei 4 A reichen 1 mm CuL. - Draht völlig aus, die Verluste treten hauptsächlich an den Transistoren und den Freilaufd. auf. Auch sind C´s Vorteilhaft einzubauen, die vor allem bei Transistoren und Schottkydioden für kleinere Spannungen, wie bei meinen Windensteuerungen, die Piekser besser begrenzen als die Dioden, wenn die Flanken sehr steil sind.

Die Applikation des TL 494 kannst Du Dir bei Reichelt runter laden.

http://www.aero-hg.de

Gruss

15

Donnerstag, 19. Februar 2004, 19:18

Vielleicht ist folgender Link ganz nützlich:
http://www.sprut.de/electronic/switch/index.htm

Gruß Dietrich

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Freitag, 20. Februar 2004, 07:18

Hallo Dietrich,

dieses sind ganz tolle Seiten, die, wenn sie mir als Autoditakt eher bekannt gewesen, sehr viel geholfen hätten.

Danke.

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Freitag, 20. Februar 2004, 14:33

Stimmt - spitzen Seite! Ich denke, daß ich schon weiterkommen werde...

Danke Euch,

Thomas