Wie erhalte ich einen Schwingkreis aufrecht?
Hallo, wer meinen Letzen Post gelesen hat kennt mein Projekt.
Ich habe vor Energie über einen Luftspalt von etwa 2-3cm zu übertragen (Bis 2 Ampere)
Passend Dazu bin ich immoment über Schwingkreise am Recherchieren und Versuche am durchführen, ich Kriege es Hin diese Schwingkreise zu erzeugen und zu ändern in dem ich die Kondensatoren Kapazität ändere.
Allerdings stehe ich vor dem Problem, dass ich nicht weiß wie ich den Kondensator Fremd bestromen kann, ohne die Schwingungskreise zu beeinflussen.
Ich Benötige ja dafür eine Wechselspannung die die Selbe Resonanzfrequenz hat wie der Schwingkreis allerdings weiß ich nicht wie ich diese Wechselspannung erzeugen kann.
Hat da Jemand Tipps?
Hallo,
Ich habe nun den Schaltkreis innerhalb von 2 tagen nochmal komplett neu Verlötet.
Immernoch das Selbe, die 20A Sicherung brannte direkt durch.
Ich werde Morgen mal die Mosfets durchmessen ob die einen Kurzschluss haben, obwohl ich eigentlich neue verwendet haben müsste.
habe paar von der Schaltung eingefügt vielleicht fällt dir ja was auf.
Viele Grüße,
4 Antworten
Ich glaube am einfachsten ist es, einen Parallelschwingkreis zu benutzen und mit einem Mosfet immer kurz die Versorgungsspannung dazuzuschalten. Den Mosfet kann man z.b. mit einem TL494 oder einem Frequenzgenerator ansteuern. Mit der Frequenz muss man ein bisschen herumprobieren, bei Resonanzfrequenz sollte der Strom am niedrigsten sein.
Allerdings ändert sich die Resonanzfrequenz, wenn etwas mit dem Magnetfeld der Spule interagiert, z.b. ein Stück Eisen oder in deinem Fall eine sich vorbeibewegende zweite Spule. Das heißt, du müsstest die Frequenz dauernd händisch nachregeln, das ist ein bisschen ungünstig.
Deshalb würde ich dir diese Schaltung empfehlen:
Das ist eine Abwandlung eines sog. Royer Converters, oft wird aber auch die Abwandlung als Royer Converter bezeichnet. Ebenfalls verbreitet ist die Bezeichnung ZVS, was für Zero Voltage Switching steht und eigentlich nur das Prinzip ist, nach dem die Schaltung arbeitet. Die Transistoren sind abwechseln eingeschalten und schalten immer im Nulldurchgang der Ausgangsspannung um, wodurch recht wenig Verluste entstehen.
Die Schaltung ist selbstschwingend, die Transistoren steuern sich praktisch gegenseitig an, du brauchst also keinen Taktgeber, der die Frequenz vorgibt. Die Frequenz ist ganz automatisch die Resonanzfrequenz des Schwingkreises, der aus dem Kondensator und der Spule ganz rechts gebildet wird. Die Spule wäre in deinem Fall die, die die Energie auf dein Auto überträgt.
Als Transistoren werden meist IRFP250 benutzt, mit denen sind auf jeden Fall 300-500W möglich, wenn nicht sogar mehr (hab glaub ich mal ~700-800W geschafft. Mögliche Eingangsspannung wäre ca. 10-50V. Für ein bisschen niedrigere Leistung gehen auch IRFZ44N, dann sollte man aber nicht wirklich über 12V gehen.
Im Schwingkreis kommt es zu einer Stromüberhöhung, der Strom ist deutlich höher als der Eingangsstrom. Das heißt, du solltest in dem Bereich dicke Kabel verwenden und die Kondensatoren müssen für den Strom ausgelegt sein (Folienkondensatoren Typ MKP10 oder FKP1, am besten von Wima), ansonsten werden sie extrem heiß oder brennen sogar durch.
Falls du vorhast die Schaltung zum bauen meld dich, da gibts noch ein bisschen was zu sagen ;)
//////////////////////Hier noch zwei Bilder von meinem Aufbau (der leider nicht mehr existiert). Die Bilder sind ein bisschen unscharf, aber das sind die besten Aufnahmen die ich finden konnte. Das weiße und gelbe Kabel sind die Stromversorgung, die Krokoklemmen hängen nur am Multimeter und die grün-gelben Leitungen gehen zur Schwingkreisspule.
Auf dem ersten Bild siehst du, dass 10k-Widerstand und Z-Diode direkt an den Anschlüssen der Mosfets sitzt.
Gut. Eines der wichtigsten Sachen ist, dass die Eingangsspannung "hart" eingeschalten wird und dabei genug Strom zur Verfügung steht. Wenn die Spannung beim Einschalten zu langsam ansteigt, kann es passieren dass der Royer Converter gar nicht anschwingt und einfach die Versorgungsspannung kurzschließt. Darum sollte deine Spannungsquelle nicht zu viel Strom liefern können (geschätzt max. 20A), sonst könnten die Mosfets leicht überhitzen.
Ich würde dir empfehlen, parallel zur Spannungsquelle noch einen Elko mit ~1000-4700uF zu schalten, um den nötigen Einschaltstrom bereitzustellen. Das harte Einschalten kannst du einfach mit einem gewöhnlichen Schalter realisieren, der nach dem Elko direkt vor der Schaltung sitzt.
Die 470 Ohm 2W widerstände würde ich durch welche für 10W austauschen, zumindest haben 2W bei mir nicht gereicht.
Die zwei 12V Dioden sind einfach Z-Dioden für 12V und mindestens 1,3W.
Die Dioden ganz ohne Beschriftung müssen schnell sein und auch ein bisschen Strom aushalten, UF5408 ist da zu empfehlen.
Die Mosfets brauchen einen Kühlkörper. Probier einfach mal irgendeinen aus, wirst schon merken ob der von der Kühlleistung her ausreicht oder nicht. Falls du beide auf dem gleichen Kühlkörper montieren willst, musst du Isolationspads verwenden, weil die Kühlfahne mit dem Drain-Anschluss der Mosfets verbunden ist. Ansonsten würde das einen Kurzschluss verursachen.
Der Schwingkreiskondesator sollte eine Kapazität von mindestend 300nF (besser 600-700nF) haben. Besser ist es oft, mehrere kleinere parallel zu schalten (nennt sich MMC - Multi Mini Capacitor). Im Schwingkreis ist die Spitzenspannung ungefähr das Pi-fache der Eingangsspannung, z.b. bei 24V wären es ca. 75V. Die Spannung muss der Kondensator natürlich aushalten. Ich habe damals Wima FKP1 mit 220nF und 250V AC- bzw 400V DC-Spannungsfestigkeit verwendet.
Die zwei Induktivitäten die oben im Schaltplan eingezeichnet sind sollten 47-200uH haben und je den halben Eingangsstrom aushalten. Ich hab damals die genommen, für dich sollten aber auch die gehen, außer du willst mal was mit ordentlich Leistung machen ;)
Glaube das war alles xD
Hallo erneut, Ich habe jetzt nach und nach den Schaltkreis fertig gestellt. allerdings ist direkt nach dem anschließen eine Ringkerndrossel abgeraucht. Der Startstrom betrug über 60A. Meine nächste Idee wäre es jetzt mithilfe von Kicad eine Platine anzufertigen und die Bauteile nur in die Platine reinzulöten. Was hälst du von dieser idee? problematisch wäre halt nur, dass ich die Teilströme nicht kenne und es deshalb recht schwierig wäre die einzelnen Routenquerschnitte zu bestimmen. Hast du da paar tipps für mich
Hätte nicht gedacht dass ich nach so langer Zeit noch einmal eine Antwort bekomme xD
60A sollten da auf jeden Fall nicht dauerhaft fließen. Was hast du denn für eine Spannungsquelle die diesen Strom bereitstellen kann? Oder meinst du nur eine kurze Stromspitze im Einschaltmoment?
Der Rest der Schaltung hat überlebt?Stell mal bitte ein paar Bilder von deinem Aufbau in die Frage.
Ob du jetzt schon eine Platine machst musst du entscheiden. Ich persönlich tendiere dazu, erst alles schön aufzubauen wenn es wie gewünscht funktioniert oder es kommt gar keine Platine zum Einsatz.
Höhere Ströme fließen vom Source der Mosfets zu Masse, von VCC über die Drosseln zum Schwingkreis und die höchsten Ströme treten natürlich im Schwingkreis selbst auf. Genaue Werte weiß ich selbst nicht, im Schwingkreis können aber 1,5mm^2 schon mal warm werden.
Wenn der Leiterbahnquerschnitt mal wo nicht ausreicht, kannst du ja ein bisschen pfuschen und parallel dazu noch Kupferdraht anlöten, oder du verstärkst die komplette Leiterbahn mit Lötzinn ^^
Haha ja. Habe immer nach und nach weitergearbeitet jenachdem wie viel zeit ich hatte. Fotos machen und hier hochladen dürfte sich wohl als etwas schwierig gestallten in diesem Moment, da ich noch den kompletten Monat im Ausland bin xD. als Spannungsquelle hatte ich einen 3S Akku verwendet. und Ja der Rest der Schaltung hat komplett überlebt. aber sehe es Selber Kritisch wenn ich eine Platine entwerfe, bestelle und die dann abraucht ist es deutlich teurer als wenn ich einzelne bauteile oder Leitungen erneuern kann.
Fürs nächste Mal wärs vielleicht gut wenn du etwas mit Strombegrenzung verwendest. Eine tote Drossel ist nicht so schlimm, die kann man neu wickeln, aber größere Transistoren kosten halt gleich 2-4€.
Welche Transistoren hast denn du verwendet? Die IRFP250? Hast du überprüft ob die wirklich nicht kaputt sind? Das erkennt man von außen nicht immer. Um die Drossel zu zerstören hätte der Strom auch durch einen oder beide Transistoren fließen müssen, und laut Datenblatt halten die IRFP250 nur 33A (25°C) aus.
Ohne Bilder weiß ich leider nicht wirklich wie ich dir helfen soll😅 Es könnte halt sein dass du einen Fehler/Kurzschluss in der Schaltung hast, oder sie einfach nicht anschwingt weil der Schwingkreis ungünstig dimensioniert ist usw...
ich werde sobald ich wieder zurück in Deutschland bin nächsten Monat den schaltkreis mal komplett neu aufbauen. Ich finde eh der Aufbau ist ziemlich unübersichtlich und hässlich geworden😂
wie kann ich den mosfet den auf korrekte Funktion prüfen? Ich schätze mal die werden anders geprüft als Standard Transistoren wie der Bc547 zum Beispiel.
ich habe Übrigens den IRFP250 verwendet.
Das ist etwas das ich an Mosfets mag: zum testen braucht man nur ein Multimeter :D
- Multimeter auf Didentest stellen
- Gate mit Source verbinden, sodass es sicher Spannungsfrei ist.
- Bei + an Drain und - an Source sollte der Mosfet sperren. Umgekehrt sollte er wegen der Bodydiode leiten (Spannung wird angezeigt)
- - an Source, + kurz ans Gate und dann an Drain, dann sollte auch eine Verbindung vorhanden sein
Im ersten Teil prüfst du, ob der Mosfet noch sperren kann und die Bodydiode intakt ist, im zweiten ob er sich noch ansteuern lässt. Das Gate stellt ja einen Kondensator dar, deswegen musst du es nur kurz aufladen und der Transistor leitet solange die Ladung vorhanden ist. Eine Berührung mit dem Finger kann das Gate allerdings schon wieder entladen.
Es ist wichtig dass du die Diodentestfunktion verwendest und nicht einfach die Widerstandsmessung, weil erstere eine höhere Spannung ausgibst. Die brauchst du weil ja Dioden erst ab ca 0,7V zu leiten beginnen. Außerdem braucht ein Mosfet eine gewisse Spannung um leitend zu werden. Bei den ~3V die der Diodentester ausgibt, hat der noch einen recht hohen Widerstand, aber es reicht damit der Diodentester einen Stromfluss erkennt.
Noch etwas lustiges: Scheinbar habe alle Mosfets die gleiche Pinbelegung. Links ist Gate, in der Mitte Drain und rechts Source. Hab noch keinen gesehen bei dem das anders war.
Bei Bipolartransistoren ist das immer unterschiedlich.
Sorry für die späte Antwort, hab dich fast vergessen🙃
Den Hauptfehler hab ich gefunden. Du hast beim unteren Mosfet Drain und Source vertauscht. Kann leicht passieren, im Schaltplan ist der ja spiegelverkehrt xD
Jedenfalls hat der durch die interne Diode eben über die eine Drossel einen Kurzschluss erzeugt. Musst mal schaun ob der überhaupt noch funktioniert, nach 60A...
Wenn die Schaltung dann noch immer nicht funktioniert hätte ich noch Verbesserungsmöglichkeiten:
- Die 10k Widerstände dienen nur dazu, die Gates zu entladen, die müssen nicht viel Leistung abkönnen. 0,5W Typen reichen da vollkommen. So große Drahtwiderstände haben auch deutlich mehr Induktivität, eventuell könnte die mit der Gatekapazität zu schwingen beginnen (nicht gut).
- Generell kürzere Leitungen, das minimiert Leitungswiderstände und -induktivitäten, die können auch kontraproduktiv sein. Besonders die Schwingkreiskondendatoren würde ich direkt zur Schwingkreisspule setzen, dadurch fließt immerhin der meiste Strom.
Wenn ich zuhause bin schau ich mal ob ich noch Bilder von meinem damaligen Aufbau finde ;)
Kondensator fremdbestromen?
Deine Fragestellung ist etwas kryptisch.
"Schwingkreis" ist ein Teil eines Oszillators. Dieser besteht aus einem Verstärker und einer Rückkopplung, da gibt es tausend Arten. Musst einfach googeln.
Und der Oszillator schwingt dann eigentlich unabhängig davon, wohin er seine Energie übertragen soll. Klar wird er durch nahe Objekte beeinflusst, wenn du z.B. Energie übertragen willst. Aber das bekommt man meist experimentell durch kleine Anpassungen wieder hin.
Dazu benötigt die Schaltung einen Verstärker, der die Schwingung des Schwingkreises am Eingang aufnimmt, verstärkt und dann dem Schwingkreis phasenverschoben genau die kleine Menge Energie zuführt, die ansonsten durch die Verluste im Schwingkreis verloren gehen würde.
So entsteht daraus ein Oszillator.
Der Verstärker kann z.B. einfach ein Transistor sein, wie hier für verschiedene Oszillator-Schaltungen gezeigt:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Oszillator#LC-Oszillator
Schau mal nach der "Meißnerschen Rückkopplungsschaltung".
Der Plan klingt schonmal gut ich probiere diese Schaltung mal aus.
und wenn du noch paar Tipps für diese Schaltung hast kannst du mir die Gerne Geben :)