Zitat : perl hat am 18 Dez 2013 17:34 geschrieben :

Trotzdem kann der Ausgangsstrom steigen, wenn die Schaltfrequenz sinkt.

Das passiert aber nicht, denn es ist wie gesagt ein Festfrequenz-SNT ( siehe auch Download 2 in https://forum.electronicwerkstatt.d......html ).

Zitat :

Mir scheint, daß du Effektivwert und Mittelwert durcheinander wirfst. Die Effektivwerte sind für die Dimensionierung der Drahtquerschnitte (und der Strombelastung des Elkos) entscheidend, bei einem Wandler mit hauptsächlich dreieckigen Stromverläufern sind es jedoch die Spitzen- und die (arithmetischen) Mittelwerte.

OK, im Wandlertrafo dominieren dreieckige Stromverläufe.
Der Ausgangs-Elko verliert dagegen bei 10A Ausgangsstrom während der Entladung laut Oszimessung mal gerade ca. 30 mV von ca. 14,3V, also etwa 0,21% seiner Spannung: das sieht mir eher rechteckig als dreieckig aus.

Für rechteckige PWM-Ströme fand ich bei Wikipedia http://de.wikipedia.org/wiki/Effektivwert die Effektivwertberechnung mit Ieff = I_on * sqr (On-Zeit / Taktzeit).
Das ergäbe hier für die Entladung: 10A * sqr(0,32) = 5,66A.
Allerdings ist der Elko ja in der Entladepause nicht stromlos, sondern es wird die gleiche Energiemenge wieder nachgeladen (dabei ignoriere ich der Einfachheit halber die Verluste), womit eine zusätzliche Strombelastung entsteht.
Die Ladephase ist mit 68% Taktzeitanteil um den Faktor 2,13 länger als die Entladephase: Um genau die entladene Energie wieder nachzuladen, muß der mittlere Elko-Ladestrom entsprechend kleiner sein als der Entladestrom von 10A. Anhand der Zeitverhältnisse läßt sich ein mittlerer Ladestrom von 10A / 2,13 = 4,69A berechnen. Der ergibt über die besagte PWM-Umrechnung als Effektivwert: 4,69A * sqr(0,68) = 3,87A.

Die Addition der so berechneten Effektivströme von Entladung und Nachladung (denn beides erwärmt ja den Elko) ergibt (5,66 + 3,87)A = 9,53A! Kann das sein??

Was mich dabei vor allem schockiert: Der verbaute Ausgangs-Elko (TREC ML 35V 2200 µF, siehe https://forum.electronicwerkstatt.d......html ) verträgt laut Datenblatt nur einen Rippelstrom von 2,15A (bei 105°C).
Seine Impedanz bei 100 kHz (paßt zufällig perfekt zur Taktfrequenz meines SNT) ist mit 22 mOhm angegeben.
Die Verlustleistung im Elko bei 10A Ausgangsstrom berechnet sich damit zu I_rippel^2 * Z = 9,53A^2 * 0,022Ohm = 2 Watt . . .
Hm, das wäre bei einer Fühlprobe an kleinen Widerständen schon nach wenigen sec. als "Autsch" zu fühlen, aber der Elko erwärmt sich nicht fühlbar, selbst wenn ich minutenlang Ströme um 10A aus dem Lader ziehe.
Liefert meine Beschätzrechnung demnach zu hohe Rippelstromwerte?

Zitat :

Zur Überprüfung deiner Überlegungen kannst du auch die Energieinhalte L*Ipeak2/2 während der Aufmagnetisierungs- und der Entmagnetisierungsphase heranziehen. Beide müssen ja im Idealfall gleich sein.

Da sehe ich ein Problem mit einer unbekannten Größe: nämlich dem erheblichen Energierest, der im Trafo verbleibt, weil der Sekundärstrom nicht bei 0V Ausgangsspannung beendet wird, sondern bei ca. 14V @ I_out = 10A.
Und den Sekundär-Stromverlauf innerhalb des Trafos kann ich nicht messen


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Gruß Ulf (Amateurbastler)

Zitat :

OK, im Wandlertrafo dominieren dreieckige Stromverläufe.

In der Drossel des Sperrwandlers erst Recht.

Zitat :

das sieht mir eher rechteckig als dreieckig aus.

Rechteckig ist die Spannung zwischen -Ubat und Uout, die Stromform ist dreieckig: U=-L*dI/dt bzw. das Integral davon.

Zitat :

Für rechteckige PWM-Ströme fand ich bei Wikipedia

Das interessiert hier aber nicht, da der Stromverlauf wie gesagt nicht rechteckig ist.
Die dort gezeigte Herleitung kannst du aber verwenden, wenn du dabei berücksichtigst, daß der Strom sich linear mit der Zeit verändert.
Die Richtigkeit deiner Berechnung kannst du anhand der hier angegeben Lösungen verifizieren: http://de.wikipedia.org/wiki/Scheitelfaktor

Zitat :

Die Ladephase ist mit 68% Taktzeitanteil um den Faktor 2,13 länger als die Entladephase:

In deinem ersten Beitrag war das noch genau umgekehrt:

Zitat :

EIN-Zeitanteil (Aufmagnetisierungszeit) von ca. 32%

Beides ist möglich, aber du solltest wissen, was denn nun zutrifft.

Zitat :

Die Addition der so berechneten Effektivströme von Entladung und Nachladung (denn beides erwärmt ja den Elko) ergibt (5,66 + 3,87)A = 9,53A! Kann das sein??

Ehrlich gesagt bin ich zu faul das nachzurechnen, aber der bereits falsche Ansatz lässt mich daran zweifeln.

Zitat :

Seine Impedanz bei 100 kHz (paßt zufällig perfekt zur Taktfrequenz meines SNT) ist mit 22 mOhm angegeben.

"Passt zufällig" ist schlecht.
Erstens hast du es mit erheblichen Oberwellenanteilen zu tun, und zweitens wird die Resonanzfrequenz, die erheblich durch die Anschlusse beeinflusst wird, labormäßig mit einer bestimmten Meßanordnung ermittelt. In der Praxis hast du es mit zusätzlichen Leiterbahnlängen zu tun und die Resonanzfrequenz wird dadurch sinken.
Verbessert wird die Situation, indem du mehrere kleinere Elkos verwendest, und möglichst breite Leiterbahnen (ergibt geringeres L). Wahrscheinlich wird dadurch auch die Strombelastung unkritischer, weil viele kleine Elkos eine größere Oberfläche haben und die Verlustwärme besser abführen.

Zitat :

den Sekundär-Stromverlauf innerhalb des Trafos kann ich nicht messen

Verwendest du doch einen Trafo?
Der Sekundärstrom geht jedenfalls durch Null, sonst hättest du ja den lange gesuchten Gleichstromtransformator erfunden.

Wie man die Elkos dimensioniert interessiert mich auch sehr.

Bei meinen letztlichen ersten Schaltnetzteilversuchen haben abwechseln die Elkos an In wie auch an OUT gekocht

Offtopic :

Dann das nächste mal so http://www.mosfetpower.de/Mosfet-Pa/pic22.jpg

Zitat : perl hat am 19 Dez 2013 23:29 geschrieben :

Zitat : OK, im Wandlertrafo dominieren dreieckige Stromverläufe. In der Drossel des Sperrwandlers erst Recht.

Welche Drossel meinst Du hier genau?
Das Schaltbild meines Laders findest du hier (1. Download):
https://forum.electronicwerkstatt.d......html
Falls Du die L4 meinst: die ist bei meinem Gerät ab Werk als Drahtbrücke bestückt.

Zitat :

das sieht mir eher rechteckig als dreieckig aus. Rechteckig ist die Spannung zwischen -Ubat und Uout, die Stromform ist dreieckig: U=-L*dI/dt bzw. das Integral davon.

Ich habe den Stromverlauf bei ca. 10A an einem Shunt mit ca. 50mOhm in Reihe zur Batterie mit dem Oszi angeschaut. Während der 3,2 µsec in denen der Ausgangselko Strom liefert, verliert die Shuntspannung ca. 2 mV: das ergibt nach (delta)I = (delta)U/R einen Stromrückgang von ca. 40mA zwischen Anfang und Ende der Elko-Entladung, bzw. 4 Promille des Mittelwertes von 10A.
Ich denke, wenn man hier einfach 10A als konstanten Strom als Berechnungsgrundlage des Effektivstroms annimmt, entstehen keine Fehler, die das Ergebnis stark verfälschen (über 10%) . . .?

Zitat :

Zitat : Die Ladephase ist mit 68% Taktzeitanteil um den Faktor 2,13 länger als die Entladephase: In deinem ersten Beitrag war das noch genau umgekehrt: Zitat : EIN-Zeitanteil (Aufmagnetisierungszeit) von ca. 32% Beides ist möglich, aber du solltest wissen, was denn nun zutrifft.

Sorry für die Verwirrung.
Hier ist die Aufmagnetisierungszeit (32%) mit der Entladezeit des Ausgangs-Elkos identisch. Die zitierte Ladezeit von 68% bezieht sich auch auf den Elko (dessen Rippelstrombelastung ja hier das Thema ist).

Zitat :

Zitat : Seine Impedanz bei 100 kHz (paßt zufällig perfekt zur Taktfrequenz meines SNT) ist mit 22 mOhm angegeben. "Passt zufällig" ist schlecht . . .

Ich meinte die Übereinstimmung von Hersteller-Meßfrequenz des Elkos und Arbeitsfrequenz meines SNT, so dass man die Impedanzangabe nicht mehr auf eine andere Frequenz umrechnen oder -schätzen muß, um die Elko-internen Verluste zu ermitteln.

Zitat :

Der Sekundärstrom geht jedenfalls durch Null, sonst hättest du ja den lange gesuchten Gleichstromtransformator erfunden.

Na ja, in
http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/spw_hilfe.html
(unten -> Bild 2) sehe ich einen Abfall des Sekundärstroms auf Null, aber "durch Null" = in den Minusbereich geht da nichts . . .


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Gruß Ulf (Amateurbastler)

Schön, dass wir endlich ein Schaltbild haben.

Zitat :

Welche Drossel meinst Du hier genau?

In diesem Fall ist die Primärwicklung des Trafos die Speicherdrossel.

Formal kannst du den ganzen Kram der Sekundärseite auch dort anschliessen, wobei sich natürlich die Spannungen und Ströme entsprechend dem Übersetzungsverhältnis ändern.

Wenn der Transistor einschaltet, steigt der Strom durch die Induktivität wegen der konstanten Betriebsspannug zeitlinear an (nicht unbedingt bei 0 beginnend), und wenn der Transistor abschaltet, fliesst der Strom durch die Diode in die Last.
Wenn da ein grosser Siebkondensator ist, ändert sich seine Spannung während einer Periode praktisch nicht, kann also auch als konstant angesehen werden.
Demzufolge nimmt jetzt der Spulenstrom (= Strom in den Elko + I_last ) zeitlinear ab.
Da sich auch I_Last nicht schnell ändern wird, hast du am Elko einen sägezahnförmigen und in der Drossel bzw. der Übertragermagnetisierung einen dreieckigen Stromverlauf.

Zitat :

so dass man die Impedanzangabe nicht mehr auf eine andere Frequenz umrechnen oder -schätzen muß, um die Elko-internen Verluste zu ermitteln.

Das brauchst du so oder so nicht.
Der Impedanzverlauf über die Frequenz wird i.W. von der Reihenschaltung von C und L bestimmt, und das sind reine Blindkomponenten, die keine Verluste verursachen.
Nur im Impedanzminimum, bei der Resonanzfrequenz, bekommst du den ohmschen Anteil, aka ESR, zu sehen, der für die Verluste verantwortlich ist und gemäß P=R*I² Wärme erzeugt.
Dieser Anteil ist aber nicht stark frequenzabhängig und dafür brauchst du den Effektivstrom des Kondensators.

Es empfiehlt sich da große Reserven vorzusehen, denn im Laufe der Alterung wird der ESR größer und damit die Verluste.
Wenn der Elektrolyt dann irgendwann kocht, kommt zu den bekannten Bersterscheinungen.

Zitat : perl hat am 20 Dez 2013 22:06 geschrieben :

Da sich auch I_Last nicht schnell ändern wird, hast du am Elko einen sägezahnförmigen und in der Drossel bzw. der Übertragermagnetisierung einen dreieckigen Stromverlauf.

Und zumindest während der Entladung des Elkos ist der Stromrückgang laut einer Messung minimal gegenüber dem Nenn-Laststrom, d.h. der Sägezahnverlauf ist sehr flach.
Wenn man versucht, den effektiven Rippelstrom mit angenommenen Konstantströmen (statt Sägezähnen) zu berechnen, wird deswegen vmtl. kein großer Fehler entstehen.

In meinem neuen Ansatz -siehe Anhang - habe ich den geringeren Strombetrag (je nach Tastverhältnis kann das die Lade- oder Entladephase des Elkos sein) als durchgehende Konstante angenommen, und die Differenz zum Maximalstrom als aufgesetztes PWM-Signal interpretiert.
Der Effektivstrom ergibt sich dann als Summe des konstanten Minimalstromes und des PWM-Anteils.
Diese Berechnung ergibt für 10A Ausgangsstrom bei 32% Entlade-Zeitanteil eine Rippelbelastung von 7,7 Ampere. Gegenüber dem Rechenweg aus meinem vorletzten Post ist sie insoweit plausibler, dass bei identischen Lade-und Entladeströmen (Tastverhältnis = 50%) der Effektivwert in der gleicher Höhe wie jeder Einzelstrom berechnet wird.

Zitat :

Es empfiehlt sich da große Reserven vorzusehen, denn im Laufe der Alterung wird der ESR größer und damit die Verluste. Wenn der Elektrolyt dann irgendwann kocht, kommt zu den bekannten Bersterscheinungen.

Kennst Du eine Faustregel für große Reserven?
Sind max. 7,70 Ampere für einen 105°C –Typ mit nominal 2,1A Rippelstrom und ESR = 22mOhm in einem Gerät mit geschätzten max. 60°C Innentemperatur, schon Harakiri oder noch akzeptabel?


Ersatztypen von Reichelt mit passenden Maßen haben auch noch mindestens 14 mOhm (z.B http://www.reichelt.de/Elkos-radial.....%2F25 ), also nicht sooo viel besser als die Werksbestückung.
Aber auf der Platine ist noch ein freier Platz für einen weiteren Elko. Wenn ich da einen 14mOhm-Typ parallel einbaue, komme ich auf einen Gesamt-ESR von 8,6 mOhm, und das ist schon ein gutes Stück besser als die 22 mOhm ab Werk . . . ich denke, das werde ich demnächst so umbauen: kostet nicht viel und kann das Gerät nur verbessern.




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Gruß Ulf (Amateurbastler)