Schaltnetzteil "Belastbarkeit"?

Dieses Thema im Forum "Sonstiges Zubehör" wurde erstellt von PEOPLES, 5. Februar 2017.

  1. Ich bräuchte einen Rat für ein "Elektronik-Projekt":

    Ich will über einen Mikrokontroller mehrere Spulen (genauer Einspritzdüsen) hintereinander ansteuern. Dabei müssen die Düsen ganz kurz (ms-Bereich) mit hohen Strömen (5-9A) getriggert werden, damit sie schnell aufgehen und dann muss der Strom sofort reduziert werden (auf etwa 1A).
    Ich denke, die Steuerung bekomme ich hin, allerdings brauche ich eine zuverlässige Stromversorgung.

    In meinem jugendlichen Leichtsinn würde ich nun ein Schaltnetzteil (12V) nehmen, so wie es vergleichsweise günstig für LED-Streifen angeboten wird und schalte einen Akku (Bleiakku) als Puffer dazwischen. Alternative wären Elkos, das habe ich aber noch nicht gerechnet.
    Der Puffer, weil die Netzteile mit der Regelung nicht hinterherkommen, wenn große Ströme kurzfristig gefordert werden.

    Stelle ich mir das nun zu leicht vor, oder könnte das klappen?
    Netzteil: http://www.ebay.de/itm/DC12V-36W-40...hash=item4d3a28b7d6:m:mzSEtRs3ysQdSYSA0hUEyGQ

    Strombedarf insgesamt: kaum was für den Mikrokontroller, etwa 2-4A für eine Pumpe (konstant), event. 3-5A für eine Heizung und dann die Stromspitzen mit etwa 5-9A.
    Es würde um 4 Düsen gehen, die zwar alle gleichzeitig das eine Ampere bekommen können, um sie offen zu halten, aber jeweils nur eine wird mit 5-9A kurz getriggert.

    Würde so ein Netzteil funktionieren? Was passiert, wenn der Strom ans Limit geht? Arbeiten die Netzteile auch abseits der Nennleistung stabil (wobei der Wirkungsgrad da eher egal ist)?

    Vielen Dank
     
  2. Ein Bleiakku ist mit 12 V Leerlaufspannung im Leerzustand und würde nur Strom aufnehmen anstatt noch etwas vernünftig zu regeln
    Bei Bleiakkus

    Spannung:
    Ungefähre Kapazität 12,65 V 100 % 12,45 V 75 % 12,24 V 50 % 12,06 V 25 % 11,89 V 0 %
     
    PEOPLES hat sich hierfür bedankt.
  3. Da auch relativ große Schaltnetzteile relativ günstig zu bekommen sind, würde ich dieses

    https://www.reichelt.de/Netzteile-12-14-VDC/NT-JM-13-8V-20A/3/index.html?ACTION=3&LA=2&ARTICLE=108495&GROUPID=4951&artnr=NT+JM+13,8V+20A&SEARCH=%2A

    nehmen. Es hat 20A Ausgangsleistung. Die Idee mit der Batterie, gefällt mir nicht so gut. Du bräuchtest auch da ein Ladegerät, welches einen relativ hohen Strom liefern kann. Deine Betriebsspannung wäre dann die Ladespannung des Akkus +/- 13,7V.
     
    #3 Uwe-D, 6. Februar 2017
    Zuletzt bearbeitet: 6. Februar 2017
    PEOPLES hat sich hierfür bedankt.
  4. Acebeam
    Ich bin mir nicht sicher, aber ich denke, ich muss die geregelte Stromquelle stabilisieren, also entweder Elkos oder eben einen Akku oder dergleichen.
    Diese "China"-Geräte kann man in der Spannung "justieren" und bestimmt auf 12.5V hochdrehen (Vermutung), deswegen könnte ein kleiner Bleiakku schon "bei Laune" gehalten werden. Am liebsten hätte ich nen Satz LiFePo4-Zellen, aber ich muss auch ein Budget beachten 8|.
    Alternative wäre ein größerer Elko, aber da muss ich erstmal rechnen, wie hoch die Kapazität sein müsste, damit ich die Größe abschätzen kann.

    Ich habe schon Schaltungen aufgebaut mit herkömmlichen USB-Ladegeräten als Stromquelle und die tun sich schwer die Spannung bei einem abruptem Einschalten einer Last zu halten. Da die angeschlossene Schaltung eine Mindestspannung sehen will, geht die Schaltung entweder in den Fault-State oder sie fängt an zu "pendeln". Also sie schaltet ein, Spannung unter min, schaltet aus, Spannung kommt wieder, usw usw.
    Wenn man "langsam" anregelt, dann kommen die Schaltnetzteile hinterher, aber ich brauche diese "Stromspitzen" um die Düsen schnell auf zu machen.
     
  5. Vergiss lieber die Bleibatterie als Puffer.
    Entweder Elkos oder Supercaps.

    Es muss also eine Stromspitze (I) von 9A gepuffert werden. Wie lange (t) dauert die?
    Daraus ergibt sich die benötigte Ladung Q = I x t
    Geht man worst case davon aus, dass die komplette Ladung von einem Kondensator der Kapazität C bereitgestellt wird, geht an diesem die Spannung um DeltaU = C / Q zurück.
    Umgekehrt: lässt man einen Spannungsrückgang von DeltaU zu, muss der Kondensator C = Q / DeltaU haben.
     
    #5 light-wolff, 6. Februar 2017
    Zuletzt bearbeitet: 6. Februar 2017
    PEOPLES und schopi68 haben sich hierfür bedankt.
  6. Bei Elkos besser auf mehrere Kleine verteilt mit "low ESR" parallelschalten, ggf. noch ein paar Folien-Cs im einstelligen µF Bereich dazu.
    Dann unter Last Kontrolle mit dem Oszi.
    Auf die Schnelle mal gegoogelt:
    Die Supercaps, zumindest die mit 12V, haben mit ~ 0,35 Ohm einen zu hohen ESR.
    Und die Lösung mit:
    http://www.ebay.com/itm/Lot-of-6-Ma...3000F-Farad-BCAP3000-w-Hardware-/262835214320
    zuzüglich erforderlichen Balancer dürfte etwas teuer sein.
    Deren ESR beträgt nur ~ 0,1 mOhm - habe selbst 2 St in der Bastelkiste.

    Gruß
    Volker
     
  7. Es sollen verschiedene Düsen damit betrieben werden. Eine repräsentative Düse hat 2mH und 2 Ohm, das würde bedeuten eine Zeitkonstante von 1ms. Wenn ich die Düsen auf 3 Tau hochlaufen lasse, dann sind die garantiert offen. Wäre in dem Fall 3ms, dann wird der Strom auf etwa ein viertel oder ein fünftel reduziert.
    Ich bin noch in der Findungsphase und habe nicht alle Werte Parat, aber ich denke, wenn die Impulse so 2-5ms dauern, dann brate ich die Düsen nicht. Härtefälle sind Düsen mit 1-1,5Ohm, dann müsste aber auch die Induktivität sinken und damit die Zeitkonstante gleich bleiben, nur der Strom steigt an. Normal sind aber eher 2-4Ohm.
    Es soll um 4-6 Düsen gehen, die aber der Reihe nach getaktet werden, zumindest mit den Impulsen. Den Haltestrom können auch mehrere gleichzeitig bekommen, dass sollte aber kein Problem sein.

    Wenn ich jetzt mal mit den 5ms rechne (worst case), dann komme ich auf eine Ladung von 0.045As. "Erlaube" ich einen Spannungsabfall von 2V (sofern es nur aus den Kondensatoren kommt), dann wären das 22.5milliF. Sowas sollte es ja geben.

    Ich habe einen Strom-Zeitverlauf einer Düse, aber das Diagramm ist (absichtlich) so schlecht, dass man kaum was erkennt. Ich kann da den Verlauf der Linie so ein bissi schätzten und würde sagen, dass die Hersteller die Düsen so auf 2 Tau hochlaufen lassen und dann den Strom begrenzen.
     
  8. Mit den 2mH wird der Stromanstieg bei 12V ja schon ziemlich gebremst (6 A/ms), das entlastet den Pufferkondensator etwas (kleinerer Ripplestrom).
    Deine Rechnung kann ich nachvollziehen, und 22mF bei 12V sind keine große Sache.
    In der Praxis werden dann wohl 10mF reichen, die Rechnung war ja worst case, und der Stromimpuls ist auch nicht rechteckig wie angenommen, sondern steigt mit o.g. 6 A/ms an. Mehrere parallel wären trotzdem gut, reduziert die Ripplebelastung, schätze mal mehr als 1-2A sollte man pro Elko nicht haben, 4x 2200µF oder 4700µF könnte passen.

    Muss die Schaltung Minusgrade abkönnen? Dann muss man bei der Kondensatorwahl aufpassen.
     
    PEOPLES hat sich hierfür bedankt.
  9. Das hört sich sehr plausibel an, vielen Dank.

    Minusgrade sind nicht vorgesehen.

    Wie sieht es mit der "Minderbelastung" aus, man hört ja (wenn man sich durch google sucht), dass Netzteile nicht so weit ab des Nennstroms betrieben werden sollen?
     
  10. Minderlast ist gar kein Problem, nur der Wirkungsgrad wird da halt schlechter. Nur deswegen sollte man PC-Netzteile nicht allzusehr überdimensionieren.
     
    PEOPLES hat sich hierfür bedankt.
  11. Das Gerät wird nicht wirkliche viele Betriebsstunden machen, deswegen ist mir der Wirkungsgrad eher schnuppe, Hauptsache die Apparatur läuft irgendwie :)
     
  12. Wir haben nun ein 20A - Netzteil genommen und dazu noch 2x 4700µF als Puffer dazugeschalten. Das langt nun mehr als dicke, zumal wir die "Dauerlasten" über PWM langsam anfahren um dem Netzteil genug Zeit zum Nachregeln zu geben.

    Vielleicht ein wenig überdimensioniert, aber sicher ist sicher :)
     
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