Theoretische Fragen zur Induktionsschleife

[homedom]

Hallo,
Ich bin schon seit längerem an meiner Induktionsschleife dran (aus der Wiki mit uC statt 555) und habs leider nie geschafft sie vernünftig zum laufen zu bekommen. Bei mir brennt dauern der FET durch und der Widerstand am Kondensator kocht. Nun kann dies daran liegen, dass ich zum Testen gerade mal eine schlaife von 5m habe. Allerdings habe ich nun mal 100m Litze bestellt. Was nun die eigentliche Frage ist: Der Kondensator wird über den Widerstand von 27Ohm geladen. Das ergibt bei 5 tau und einem 4700uF Kondensator eine Ladezeit von 0,6345s. Nun habe ich theoretisch mit dem spez Widerstand von Kupfer berechnet ,dass bei 60m und 4qmm Durchschnitt das Kabel etwa 0,245Ohm Widerstand hat. Als Frequenz habe ich 20Hz mit 1% DC. Also eine Entladezeit von 0,5ms. Nach dieser Zeit ist der Elko aber bereits auf 15,5V entladen, was einer restlichen Ladezeit von etwa 0.5s entpricht. Da bei 20HZ die Ladezeit aber nur 49,5ms beträgt, wird der Elko nie wieder komplett geladen. Irgendwann ist die Ladung dann doch gleich 0 oder? Dann fließt also der komplette Strom über den Widerstand, der den Strom auf etwa 1A begrenzt. Dann wäre bei 24V die Verlustleistung am Widerstand also 24W?! Das würde erklären warum mein Widerstand sehr heiß wird. Natürlich ist das ganze nun sehr theoretisch gehalten, aber lieg ich da richtig dass es so nich ganz funktionieren kann? Oder hab ich da was falsch verstanden?
Gruß homedom

[021aet04]

Eine andere Frage. Ist Ausgang des µC als Ausgang definiert? Wenn du es falsch definiert hast (nicht als Ausgang) schaltest du nur den Pullup Widerstand ein bzw aus. Wenn der PU-Widerstand eingeschaltet ist liegt am Gate 5V an. Solltest du ihn aber ausschalten, dann ist der Pin hochohmig und der Fet kann irgendeinen Zustand annehmen (schaltet nicht voll durch, sperrt aber nicht). Deswegen wird der Fet heiß, da an ihm eine hohe Verlustleistung entsteht.

PS: Mit einem µC kannst du den benötigten Takt direkt erzeugen. Du brauchst ihn nicht so beschalten wie den NE555.

MfG Hannes

[ranke]

Da bei 20HZ die Ladezeit aber nur 49,5ms beträgt, wird der Elko nie wieder komplett geladen. Irgendwann ist die Ladung dann doch gleich 0 oder?

Es wird sich beim Kondensator ein stationärer Zustand einstellen, bei dem die Ladung, die während der Ladezeit hineinfließt, während der Entladung hinausfließt. Der Zweck des Kondensators ist offensichtlich, den Stromanstieg nach dem Durchschalten des Fet möglichst groß zu machen. Dazu muss er nicht unbedingt auf die volle Spannung geladen werden.


Dann fließt also der komplette Strom über den Widerstand, der den Strom auf etwa 1A begrenzt. Dann wäre bei 24V die Verlustleistung am Widerstand also 24W?!

Der komplette Strom, der duch die Induktionsschleife fließt, fließt naturgemäß auch durch den Widerstand. Während der 1% Ein-Zeit (bei Dir also 0,5 ms) sind das 24 W, während der restlichen 99% Aus-Zeit (49,5 ms) ist es nur der Ladestrom für den Kondensator. Da die thermische Trägheit des Widerstands ziemlich groß ist (verglichen zu den recht kurzen Schaltzeiten) fallen also 240mW am Widerstand ab, plus des Anteils für den Ladestrom.

[homedom]

Oh, da hast du natürlich recht, den DC habe ich beim Widerstand nicht berücksichtigt. Auch nicht, dass er während er "entladen" wird, gleichzeitig auch über den Widerstand "geladen" wird. Somit wären meine theoretischen Zweifel schon fast widerlegt :) . Was bleibt ist die Frage nach meiner Schaltung. Warum wird der Widerstand so heiß, und warum rauchten mir bereits 5 FETs ab? Meine Schaltung ist relativ einfach. Am uC hängt über ein Widerstand das Gate des FETs (LowLevel) und ein Pull-Down Widerstand. Zwischen GND und 24V hängt der Elko, und der Drain des Fets an der Schleife. Also quasi wie hier in der Wiki. Die Software passt auch. Ich kann mit einem Multimeter die berechneten Werte für die Frequenz und den DC nachweisen. Kann es also nur daran liegen, dass die Schleife zu kurz, und dadurch der Widerstand der Schleife zu gering ist? Oder gibt es noch andere tückische Fehlerquellen?

gruß homedom

[ranke]

Warum wird der Widerstand so heiß
Je nach Widerstand: ein 1/4 Watt Widerstand ist am Limit, der brennt Dir eine Brandblase in den Finger, wenn Du hinlangst. Ein 1 oder 2 Watt Widerstand wird eben "nur" so heiß, dass man noch zurückzucken kann, bevor die Blase kommt.


warum rauchten mir bereits 5 FETs ab?

Schon schwieriger. Vermutlich ist der ON-Widerstand eben noch zu hoch. Durch den Kondensator kriegt er ja erstmal eine recht große Stromspitze. Wird er denn auch so warm, dass man nicht hinlangen kann? Theoretisch möglich wäre auch ein Kill durch die fehlende Freilaufdiode (dazu siehe Besserwessis Kommentar zum RN-Wissen Artikel). Speziell, wenn es ein Typ mit geringer Spannungsfestigkeit ist - allerdings glaube ich das nicht recht, Deine kurze Schleife sollte keine hohe Induktivität haben. Wie heißt er denn?


Am uC hängt über ein Widerstand das Gate des FETs (LowLevel) und ein Pull-Down Widerstand.

Wofür den Pull-down? Schaltet der Pin des MC nicht aktiv auf Low?

[homedom]

Also es ist ein 5W Widerstand. Der FET ist ein HUF75339P3 (http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/fairchild/HUF75339P3.pdf). Davor waren mehrere IRLZ34N drauf. Der Pull-Down ist für den Fall dass der uC noch nicht initialisiert ist oder sonst irgendwas damit ist.

EDIT: Hab jetzt nochmal ein bisschen getestet. Der FET scheint jetzt nicht mehr so warm zu werden. Hab das Timing von den in der Wiki empfohlenen 5HZ ja auf 20HZ erhöht. Durch meine Testschleife fließen somit nun 220mA. Der Widerstand macht mir aber immer noch Sorgen. Er wird innerhalb kürzester Zeit über 100°C heiß. An ihm fallen 12V ab, was bedeutet dass 0,44A durchfließen. Das macht also 4,7W die er verheitzt. Kann sein, dass etwas an meinem Elko nicht stimmt? Irgendwas auf der Platine "klackert" nämlich auch und das hört sich nach dem Elko an.

Gruß homedom

[homedom]

So,
leider habe ich bis heute meine Schaltung noch nicht zum Laufen bringen können, ohne dass der Widerstand kurz vor dem Verbennen ist ;-) . Ich kann mir das alles immer noch nicht ganz erklären. Hat jemand eine Idee woran das liegen kann dass der so heiß wird? Bzw. Warum durch die Schleife 220mA fließen, am Widerstand aber 0,44A abfallen? sind 0,22A dann der Lade-Strom für den Elko? Warum habe nur ich dieses Problem (nicht allzu ernst gemeint, es gibt hier im Forum nur schon viele bei denen es anscheinden läuft)? Der Elko scheint in Ordnung zu sein. Ich hoffe ihr könnt mir weiterhelfen, da ich meinen Rasenmäher nun bald mal mähen lassen möchte bevor wieder Winter ist..

gruß, homedom

[ranke]

Warum durch die Schleife 220mA fließen, am Widerstand aber 0,44A abfallen? sind 0,22A dann der Lade-Strom für den Elko?

Bei einem Widerstand von 27 Ohm fließen immer und nur dann 0,44 A, wenn die Spannungsdifferenz zwischen den Anschlüssen des Widerstands 12V beträgt. Kurzzeitig können - bedingt durch die Ladung/Entladung des Elkos durchaus Differenzen im Strom über den Widerstand und über die Schleife vorkommen. Über eine längere Zeit gemittelt müssen die Ströme aber gleich sein. Falls das nicht so ist, ist der Elko vielleicht niederohmig. Das ließe sich relativ leicht messen (über den Elko darf ein Wechselstrom fließen, aber kein Gleichstrom). Ist es immer noch der selbe Elko, der auch musikalisch war?

Wenn man für die Fehlersuche den Elko aus der Schaltung herausnimmt, sollte sich der Leistungsabfall am Widerstand entsprechend Spannung, Strom und Tastverhältnis verhalten. Wenn der Widerstand immer noch sehr heiß wird, könnte das Tastverhältnis nicht richtig sein, oder der Transistor nicht völlig sperren. Zusätzlich kann man noch probieren, wie heiß der Widerstand wird, wenn man ihn bei entsprechender Leistung mit Gleichspannung betreibt (fals Du eine geeignete einstellbare Spannungsquelle hast) - es kann ja sein, dass die Erwärmung normal ist, Dir nur zu hoch vorkommt.

[homedom]

Also der Elko wurde auch testweise mal getauscht. Das bei 27 Ohm 0.44A mit einem Spannungsabfall von 12V verbunden ist, ist mir durchaus klar. Siehe auch meinen vorherigen post. Wieso soll an meinem Elko eine Wechselspannung anliegen. Das ist kein unipolarer Elko?! Ich habe jetzt den Widerstand mal komplett raus gelassen. Jetzt wird der FET leicht warm, liegt aber im Rahmen, da der Pulsstrom gut 60A sein dürfte. Durch die Schleife fließen nun etwa 0.6A. Das lässt mich vermuten, dass meine erste Vermutung bzgl der Ladung des Elkos richtig war. Davor waren es nur gut 0.22A, begrenzt durch Widerstand und gleichzeitiger Ladung des Elkos. Gruß homedom

[Kalli01]

Hallo Homedom
Ich hatte auch das Problem, dass der Widerstand zu heiß wurde. Das Problem war die Frequenz.
Das Signal war 50% ein und 50% aus

Das habe ich geändert auf 1ms ein und 99ms aus. (10Hz)
Statt 500mA fließen jetzt noch unter 100mA und der Widerstand wird nur noch warm.

Ich habe dann mal eine selbst gewickelte Spule ohne Eisenkern in und außerhalb der Schleife (50cm) gehalten.
Bild 1 innen und Bild 2 außen.

Jetzt muss ich "nur" noch passende Relais finden.

MfG

[ranke]

Wieso soll an meinem Elko eine Wechselspannung anliegen. Das ist kein unipolarer Elko?!

Am Elko sollte nie eine Wechselspannung anliegen (es sei denn, es wäre ein bipolarer Typ). Ich sprach davon, dass ein Wechselstrom durch den Elko fließt. Der ist bedingt durch die pulsierende Gleichspannung, die anliegt. Dieser Wechselstrom darf keinen Gleichstromanteil haben, ansonsten wäre das ein Indiz für einen defekten Elko. Das war nur als Hinweis gedacht, um einen eventuellen Kurzschluß im Elko als Grund für die starke Erwärmung des Widerstands auszuschließen.
Nachdem der Elko ja getauscht wurde ist er wahrscheinlich nicht die Ursache.