12V Eingangsspannung -> Spannungsstabilisator -> 12V A

[Ausbilder 'Durchdrücker']

Ich will über einen Schleifkreis(Dm ca. 100 mm) die Spannungsversorgung für ein Gerät liefern. Jetzt habe ich mir überlegt, daß beim Drehen die Spannung immer schwanken muß, da sich der Widerstand aufgrund der Weglänge ändert. Also habe ich beschlossen kurz vor dem Gerät nochmals einen Spannungsstabilisator einzubauen.

Das Problem ist zur Zeit allerdings, daß der 78XX bswp. eine Eingangsspannung braucht, die mindestens etwas über der Ausgangsspannung liegt.

Ich will hier aber wie geschrieben 12V möglichst auf 12V halten. Welche Schaltung ist dafür geeignet ?

[shaun]

Hochsetzsteller (auf 13V zB) und dann ein 12V LDO dahinter, Schaltreglertopologien, die sowohl niedrigere als auch höhere Eingangsspannung verkraften sind etwas komplizierter. Ein Hochsetzsteller (neudeutsch also Step-Up- oder Boost-Converter) mit angezpafter Drossel wäre auch eine Möglichkeit. Beim Schleifring würde ich mir wegen des Widerstandes des Kontaktmaterials allerdings noch die geringsten Sorgen machen, kurze Sags auf der Versorgung würde ich aber auf jeden Fall puffern.

[Ausbilder 'Durchdrücker']

Stimmt, ein Kondensator reicht. Wie finde ich hierbei raus, welche Kapazität er haben sollte ? Mir ist Q = CU bekannt, bzw. Tau = RC.
Ich sehe es so, daß Tau ~ Trägheit ist, also je länger die Aussetzer desto größer R und/oder C. Ich denke also an Tau ca. 2s, R = R_Leiterbahn_max => C.
Ideen, Kommentare ?

[sigo]

Hallo,

ich sehe noch nicht, wo der Spannungsabfall herkommen soll und warum du nicht entweder ein bischen mehr einspeisen kannst, oder ein bischen weniger akzeptieren kannst. 12V sind doch ein weiter Begriff. Unstabilisiert kann man 10 bis 14V als 12V betrachten, stabilisiert hinter einem 7812 sind es immer noch +/-5% also 11,4 bis 12,6V.

Wenn du in deinem 12V NEtzteil vor dem Schleifring z.B. auch mit einem 7812 arbeiten solltest, könntest du in die Masse-Leitung des Reglers 1 Diode schalten (kleine Universaldiode, wie 1N4148). Der Regler liefert dann statt 12V ca. 12.7V.
Die schickst du über den Schleifer und hinter dem Schleifer baust du eine Diode (z.B: 1N4001) und dahinter einen fetten Ladeelko. Dahinter sollten dann wieder ca. 12V vorliegen.
Wenn du es genauer brauchst, kannst du auch 2 Dioden in den Masseleitung des 7812 schalten und statt der 1N4001 eine Schottky-Diode nehmen und dann noch einen Low-Drop-Out Regler als Stabilisierung.

Wenn die Spannung sooo genau sein muss, kannst du auch einen Boost-Converter, wie shaun bereits schrieb. Schau dir mal den LT1172 an:
http://www.linear.com/pc/productDetail.jsp?navId=H0,C1,C1003,C1042,C1031,C1 061,P1317
Der macht dir aus 3..12,4V immer 12V am Ausgang. Erst bei >12,4V steigt natürlich dann die Spannung mit an, weil sie einfach über D1 fließen kann..

Wegen Widerstandschwankungen hätte ich die wenigsten Sorgen.
Ich hab mal die Elektronik von kleinen 200x300mm Fahrzeugen entwickelt, die sich in einem Schienensystem (mehrere 100m) frei, also selbstlenkend (T-Stücke in der Schiene statt klassische Weiche) und mit Kenntnis der Topologie bewegen konnten und hierbei über Schleifer mit Power (max. ca. 160W@48V) und Daten (CAN-Bus) versorgt wurden...
Die Teile hatten 4 x 4 Schleifer. Je nach Fahrsituation waren 2-4 Schleifersätze im Eingriff sodass durch die Redundanz eine hohe Versorgungssicherheit selbst bei verschmutzten Schienen gegeben war.
Im Netzteil wurden diese 4 Leitungen über Schottkydioden verodert und dann auf einen fetten Ladeelko geführt, der die Elektronik bis zu ca. 200ms versorgen konnte. Dahinter dann ein Abwärtsschaltregler von 48V auf 5V....usw...wir haben nie Probleme mit der Stromversorgung gehabt.
Auf den Datenleitungen war die Kommunikation mit ein paar Tricks und reichlich Experimentieren letztlich genauso sicher möglich.

Sigo

[Andree-HB]

...ich habe mir bei einem Projekt mit Schleifringen sehr einfach beholfen, indem ich einfach zwei etwas versetzte Schleifer am gleichen Schleifring gebaut habe...hatte damit noch nie Probleme mit Schwankungen.

[Ausbilder 'Durchdrücker']

Für Kompensationsleitungen habe ich keinen Platz, die Spannungsversorgung ist nur ein Teil des Srings.

Bezgl. "fetter Elko": Ich bin auf ca 200F (!) oder mehr gekommen für den Elko. Da müßte man bereits eine Batterie benutzen.


...ich habe mir bei einem Projekt mit Schleifringen sehr einfach beholfen, indem ich einfach zwei etwas versetzte Schleifer am gleichen Schleifring gebaut habe...hatte damit noch nie Probleme mit Schwankungen.
Interessante Idee. Dafür ist mein Aufbau leider zu kompakt.

[sigo]

Wieso denn 200F ???

[Ausbilder 'Durchdrücker']

Ich sehe es so, daß Tau ~ Trägheit ist, also je länger die Aussetzer desto größer R und/oder C. Ich denke also an Tau ca. 2s, R = R_Leiterbahn_max => C. R = 1Ohm bis 0,01 Ohm oder weniger. 2s da geringe Drehzahl.



Wieso denn 200F ???

[Hessibaby]

Aus welchem Material ist Dein Schleifring ? Wolframdraht ? Und welchen Durchmesser hat er ?
Eine 35µ Leiterbahn hat, mit einem Milliohmmeter gemessen, bei 1mm Breite auf 100mm Länge ganze 4,17 mOhm.
Spannungsabfall bei 1A 4,17mV.
Gruß

[sigo]

Ich sehe es so, daß Tau ~ Trägheit ist, also je länger die Aussetzer desto größer R und/oder C. Ich denke also an Tau ca. 2s, R = R_Leiterbahn_max => C. R = 1Ohm bis 0,01 Ohm oder weniger. 2s da geringe Drehzahl.



Wieso denn 200F ???

Und warum sollte der Kontakt 2s fehlen???

Sigo

[Ausbilder 'Durchdrücker']

Aus welchem Material ist Dein Schleifring ? Wolframdraht ? Und welchen Durchmesser hat er ?
Kupfer. Dm siehe oben.


Eine 35µ Leiterbahn hat, mit einem Milliohmmeter gemessen, bei 1mm Breite auf 100mm Länge ganze 4,17 mOhm. Spannungsabfall bei 1A 4,17mV.
Genau deshalb habe ich beschlossen, die Kompensation zu umgehen und nur einen Kondensator parallel zum Eingang des zu betreibenden Gerätes zu schalten. Der Wert des C ist der Diskussion mit sigo nach noch nicht klar. Bei 4,17 mOhm wird der Wert zu 480 F, sofern die Gleichung Tau = RC Anwendung findet. Mir sind keine Kondensatoren mit 480F für Schaltungen bekannt, es werden also Batterien mit mindestens 134 mAh benötigt. Welche sind dafür geeignet ?


Und warum sollte der Kontakt 2s fehlen???
Will ich dir erklären: Es gibt einige unvermeidbare "Hügel" auf dem Schleifkreis. Das System unterliegt stochastischen natürlichen Einflüssen wie Wind, der Sandkörner trägt und ähnlich. Die 2s sind nicht allzu großzügig bemessen.

[shaun]

Du nimmst irgendein R her, denkst Dir eine Zeit aus und berechnest daraus ein C - so wird das ja nun nichts. Wenn es, wie Du nun endlich geschrieben hast, Dir gar nicht so sehr um die paar Milliohm wechselnden Zuleitungswiderstandes geht sondern um echte Unterbrechungen, müsstest Du für die Berechung von C den Strom, den Deine Schaltung aufnimmt, die Dauer der Unterbrechungen und den maximal vertretbaren Spannungsabfall ansetzen. Wie schon erwähnt wurde: es gibt nicht "12V", es gibt 12V+/-5%, 12V+/-10%, 12V+/-0,001%, wobei Du im Falle der letzten Größe als Anforderung an die Speisung Deine Schaltung noch einmal neu designen solltest.
Bei Unterbrechungen von 2s und einer moderaten Stromaufname im mA-Bereich kämen vielleicht noch Gold- oder Supercaps (aber nur für max 5,5V verfügbar!) in Betracht.

[sigo]

Ich kann mit deinem Tau in diesem Zusammenhang wenig anfangen...

Entscheidend ist wieviel Energie du speichern musst, um deine Elektronik sicher für 2s zu versorgen. E= U * Imax * 2s (Imax = maximaler mittlerer Strom)

Damit der Elko nicht gegen Unendlich geht (und 480F sind schon schwer in dieser Richtung..), musst du ein möglichst großen Delta U (Spannungsabfall) am Elko zulassen.

Die Energie in einem Elko beträgt 1/2 CU².
Du kannst davon soviel nutzen, wie du an Spannungsabfall zulässt:

E = 1/2 C (Unenn² - Umin²)

Deshalb hatte ich einen Elko auf 48V aufgeladen und eine Entladung bis herab auf 8V zugelassen. Mit einem Buck-Konverter (Abwärtsregler) habe ich dann wieder für stabile 5V gesorgt..

Wenn du den vorgeschlagenen LT1172 nämst, könntest du eine minimale Spannung am Elko von ca. 3V noch auf 12V hochpumpen...(je nach Strombedarf deiner Schaltung)
Du kannst also von einem Elko ziemlich viel nutzen E = 1/2 * C * (144V² -9V²) Also mehr als 90% der gespeicherten Energie..

Solange die Spannung hinter dem Elko nicht wesentlich sinken darf (delta U gegen 0) müsste deine Kapazität gegen Unendlich gehn um 2s zu überbrücken..

Sigo

[Ausbilder 'Durchdrücker']

Du nimmst irgendein R her, denkst Dir eine Zeit aus und berechnest daraus ein C - so wird das ja nun nichts.
Mäßige deinen Ton.


müsstest Du für die Berechung von C den Strom, den Deine Schaltung aufnimmt, die Dauer der Unterbrechungen und den maximal vertretbaren Spannungsabfall ansetzen.
I = 1,4A, t = 2s, DeltaUmax = 0,5V


Bei Unterbrechungen von 2s und einer moderaten Stromaufname im mA-Bereich kämen vielleicht noch Gold- oder Supercaps (aber nur für max 5,5V verfügbar!) in Betracht.
Und damit nicht brauchbar.


E= U * Imax * 2s (Imax = maximaler mittlerer Strom)
E = 12V * 1,4A * 2s = 33,6 J


Du kannst davon soviel nutzen, wie du an Spannungsabfall zulässt:
E = 1/2 C (Unenn² - Umin²)

Deshalb hatte ich einen Elko auf 48V aufgeladen und eine Entladung bis herab auf 8V zugelassen.
Enötig = 33,6 J =>
C = 33,6 J / ( 0,5 * 11,75 V² ) = 6 F.


Wenn du den vorgeschlagenen LT1172 nämst, könntest du eine minimale Spannung am Elko von ca.
Aufwendige Beschaltung. Woher beziehst du einen LT1172 ?


Solange die Spannung hinter dem Elko nicht wesentlich sinken darf (delta U gegen 0) müsste deine Kapazität gegen Unendlich gehn um 2s zu überbrücken.
Siehe oben.

[shaun]

Ich sehe keinen Grund mich zu mäßigen(*). Sigo rechnet Dir haarklein vor, wo das Problem liegt und Du stellst abermals Forderungen, die faktisch nicht erfüllbar sind, wie Du ja selbst zeigst. Entweder nimmst Du den 6F-Elko und siehst zu, dass er in der Zeit, die Strom fliesst auch wirklich voll wird (darin sehe ich dann das nächste Problem), oder Du nimmst wie vorgeschlagen eine höhere Versorgungsspannung und setzt die verlustarm herab. Wenn Du sagst, ein Schaltregler sei Dir zu aufwändig, aber ein Kondensator von 6F die Lösung kann man Dir wirklich nicht mehr helfen.

* denn dieses Posting ist in seiner Art leider nicht einzigartig, Du bist schon mindestens einmal mit Bröckchen eines Problems an das Forum herangetreten, wir durften Dir jede Kleinigkeit an Information aus der Nase ziehen und Du warst mit keinem Ansatz zufrieden.

[Hessibaby]

Die beste Lösung ist mEn, einen Step down Wandler einzusetzen, zumal ein C mit 6 F a. richtig teuer ist und b. mächtig Volumen und Gewicht hat, da kannst Du gleich Akkus nehmen.
Gruß

[shaun]

Nein Hessibaby, das möchte er nicht. Da ist die Beschaltung nämlich zu aufwändig.
EDIT: Rest gelöscht, wende mich gehaltvolleren Threads zu.

[Hessibaby]

Oh, hast Recht, sorry, hatte nicht alles so richtig vollständig gelesen ;-)
Aber ich habe noch ein Fa(h)rrad im Keller, vlt. sollte ich dem ADD das anbieten.

[Ausbilder 'Durchdrücker']

Sag doch gleich, daß du ignoriert werden möchtest. Jetzt hab ich dich sogar ernstgenommen.
"Ich sehe keinen Grund mich zu mäßigen"

[sigo]

Ausbilder, ich muss Shaun recht geben..

Aber trotzdem hier noch ein Hinweis:

Es kommen nicht 6F sondern 0,5F heraus:

C=33,6J / [0,5 * (12V*12V -3V*3V)] = 0,5F

Immer noch recht na an Unendlich, aber schon eher realisierbar, mit Supercaps.

Den LT1172 gibts im gut sortierten Fachhandel. Versuchs mal bei Reichelt o.ä.. Falls der LT1172 nicht für deinen Nennstrom reicht, gibts ähnliche Typen LT117x auch bis zu 5 oder 10A..

So, und nun verabschiede ich mich auch aus diesem Thread.

Sigo

...der der armen Ausgebildeten und Durchgedrückten gedenkt