Wie Sättigung in Spule mit Fe-Kern feststellen

[Matthias_Kattelmann_d2a1c6]

Hallo

Bei Schaltnetzteilen und Spannungswandlern, die mit Schaltimpulsen auf Induktivitäten wirken, erscheint es mir am sinnvollsten, auf die Sättigung eines Kernes zu reagieren, um daraufhin den Impuls zu beenden.
Das hat auch den großen Vorteil, das man nicht erst eine gute Pulsweite für maximal mögliche Leistung finden muss.

Wie geht sowas?

Den Begriff Sensorwicklung habe ich schon mal gelesen, es scheint auch anders zu gehen. Es handelt sich um Trafospannungen von irgendwas bei 8-30V und Lade- bzw. geregelte Netzteile im Eigenbau.
Gibt es einen Impuls auf der Sensorwicklung bei Sättigung? Oder wie geht es ohne Sensorwicklung?

Ich hab mir letztens eine Elektronik für ein Ladegerät für einen Akkuschrauber mit neuen Akkus gebaut, klappt prima, allerdings „nur“ mit Op-Amp und Längstransistor, also ohne Impulse.

MfG
Matthias

[Peter_TOO]

Hallo Matthias,

Bei Schaltnetzteilen und Spannungswandlern, die mit
Schaltimpulsen auf Induktivitäten wirken, erscheint es mir am
sinnvollsten, auf die Sättigung eines Kernes zu reagieren, um
daraufhin den Impuls zu beenden.
Das hat auch den großen Vorteil, das man nicht erst eine gute
Pulsweite für maximal mögliche Leistung finden muss.

Wie geht sowas?

Du musst eigentlich nur den Spulenstrom messen, das machen praktisch alle Schaltnetzteil-ICs so.

Das Strom/Zeit-Diagramm einer Spule sieht z.B. so aus.

http://www.mikrocontroller.net/attachment/53942/scre…

Bei etwa 2A fängt die Sättigung des Kerns an. In Prinzip wird ab hie i Induktivität kleiner und der Storm steigt schneller an.

Bei etwa 9A begrenzt nur noch der Ohm’sche Wicklungswiderstand den Strom.

Hier der, schon betagte, aber einfach aufgebaute und gut dokumentierte 78S40:
http://www.ti.com/lit/an/snva026b/snva026b.pdf

Figure 12 zeigt die Grundschaltung für Step-Down. Rsc Is der Strommess-Widerstand.

In Figure 7 ist dann das dazugehörige Impulsdiagramm. Wenn IS (der Spulenstrom) der Wert Ipk überschreitet wird der Ausgang (Vs1) abgeschaltet.

MfG Peter(TOO)

[Matthias_Kattelmann_d2a1c6]

Hallo

Teilweise fand ich Deine Antwort sinnvoll.
Aber Du umgehst meine Frage insofern, als ich immer noch keine Möglichkeit weiß, eine Sättigung zu messen.
Den maximal erlaubten Strom zu messen, das soll nicht das Problem sein.
Ich möchte aber irgend eine vermutlich geeignete Spule nehmen und nichts kompliziertes berechnen, sondern irgendwie messen, wenn die gesättigt ist, und dann den Impuls abschalten.

MfG
Matthias

[Peter_TOO]

Hallo Matthias,

Aber Du umgehst meine Frage insofern, als ich immer noch keine
Möglichkeit weiß, eine Sättigung zu messen.

Ich möchte aber irgend eine vermutlich geeignete Spule nehmen
und nichts kompliziertes berechnen, sondern irgendwie messen,
wenn die gesättigt ist, und dann den Impuls abschalten.

Du musst den Stromverlauf über die Zeit messen. Dann erhältst du etwas wie das beigefügte Diagramm. Und da wo der Knick ist, beginnt die Sättigung.

Aber ohne Oszilloskop geht das nicht.

MfG Peter(TOO)

[Uwe_Beis]

Hallo Matthias,

eine interessante Frage. Eine Antwort aus der Praxis kenne ich nicht, aber theoretisch müsste meiner Meinung nach folgendes gehen:

Ein Kern konzentriert die Feldlinien der Spule. Nur wenige Feldlinien laufen außerhalb. Das Verhältnis ist weitgehend durch die relative Permeabilität gegeben. Steigt die Sättigung, sinkt die relative Permeabilität und das Verhältnis der Feldlinien außerhalb zu innerhalb steigt ebenfalls.

1. Wenn du nur die Feldlinien außerhalb des Trafos misst (die genannte „Sensorwicklung“?), sollte deren rapider Anstieg auf Sättigung hindeuten.
2. Wenn du eine Differenz der Feldlinien innen (bzw. eines Teils davon) und der Feldlinien außen bildest, also z. B. eine Wicklung auf dem Kern mit vielen Wicklungen außerhalb des Kerns mit umgekehrter Polarität in Reihe schaltest, kannst du entweder im Normalbetrieb 0 V und bei beginnender Sättigung eine steigende Spannung messen, oder im Normalbetrieb eine negative Spannung die sich bei Sättigung ins Positive umkehrt. Negativ und positiv bei Wechselspannung heißt natürlich eine Phasenumkehr von 180°.

Soweit meine Theorie.

Noch eine weitere Theorie: Eine geeignete Sensorwicklung müsste möglich sein, wenn man bei einem M- oder EI-Kern oder bei Schalenkernen außen um die Schenkl des Trafos herum wickelt. Bei Ringkernen fällt mir nichts dazu ein.

Ich möchte aber irgend eine vermutlich geeignete Spule nehmen
und nichts kompliziertes berechnen, sondern irgendwie messen,
wenn die gesättigt ist, und dann den Impuls abschalten.

Bedenke, dass Sättigung nicht schlagartig sondern kontinuierlich einsetzt und auch niemals exakt 100% erreicht. Die Kennlinie ist überall mehr oder weniger gekrümmt!

Grüße, Uwe

[Matthias_Kattelmann_d2a1c6]

Danke, das wird wohl am einfachsten sein.