Condensator opladen

Op 30 oktober 2015 13:41:30 schreef Kruimel:
[...]Ik ook een beetje. Wat wil je bereiken? Aart heeft gelijk:
[...]Your choice. :)

Ik wil dit graag praktisch realiseren volgens de opstelling uit de Maxwell paper (buck converter)

Ik neem dit weekend eens mijn toevlucht tot simulatie, want theoretisch raak ik er niet meer aan uit.

Frederick E. Terman

Honourable Member

Op 30 oktober 2015 13:43:16 schreef rew:
[...]
Ten eerste: Een makkelijkere "sense" variabele is de ingangsstroom. Die moet voor deze oefening "1A" zijn.

Oh ja... (stom). Nieuwe simulatie, werkt ook. :)
Maar ik moet evengoed de uitgangsstroom en -spanning monitoren.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
Kruimel

Golden Member

Op 30 oktober 2015 16:12:20 schreef Eric K.:
Ik wil dit graag praktisch realiseren volgens de opstelling uit de Maxwell paper (buck converter)

Ken ik niet. Eén van deze toevallig? Heb je een link of een stuk tekst waar deze opstelling in staat beschreven? Zo lang we deze niet kennen is het speculeren welke informatie je nodig hebt.

Groet,
Kruimel

Op 30 oktober 2015 17:58:14 schreef Kruimel:
Heb je een link of een stuk tekst waar deze opstelling in staat beschreven? Zo lang we deze niet kennen is het speculeren welke informatie je nodig hebt.

Groet,
Kruimel

Deze; op pagina 3 vind je de opstelling voor een 'constant power charge'

https://www.maxwell.com/images/documents/an-010_charging_ultracaps.pdf

Eric

Kruimel

Golden Member

Aha, dan wordt het duidelijker. Ik zat te denken aan de wetenschapper die in de 19e eeuw de belangrijkste elektromagnetische vergelijkingen heeft beschreven. Vet briljante kerel, maar waarschijnlijk niet in de positie om in buck-converters te voorzien. ;-)

Wel, wat betreft de paper van de Ultracondensatorfabrikant: dit is niet meer dan een opzetje wat ze daar hebben opgeschreven. Ik snap niet helemaal waarom ze dit zo hebben opgeschreven, want het is te weinig informatie voor de mensen die daadwerkelijk dit soort condensatoren aanschaffen of de bijbehorende systemen bouwen. Je hebt er niets aan zodra je reeds in staat bent om een tractie-inverter te ontwerpen. In elk geval is het precies wat hier al gezegd wordt: een systeem om zo veel mogelijk vermogen in de condensator te stoppen. Waar "Hall sensor" staat zit een stroommeter (die werkt met het Halleffect) en de schakelaar zou in werkelijkheid waarschijnlijk een MOSFET zijn.

De vraag die je hier zou stellen is dan wat de grenzen zijn waar je tegenaan loopt bij het daadwerkelijk bouwen van het systeem. Dat is denk ik voornamelijk de uitgangsstroom. Als je begint met laden is een zo groot mogelijke stroom wenselijk, maar de spoel in de converter moet deze stroom ook aankunnen. In tegenstelling tot (bijvoorbeeld) een weerstand kan je de spoel niet dimensioneren op de gemiddelde stroom. Als er ooit maar een halve µs 100A door moet, dan moet het dus een 100A spoel zijn. Je kunt je voorstellen dat dit een belemmerend grote spoel zou kunnen gaan worden. Een ander probleem is dat als de uitgangsspanning laag is de duty cycle heel klein zal zijn. Het grootste deel van de tijd zal de schakelaar dus open zijn en zal er ongeveer 100A door je diode stromen, en die moet dat dan ook nog eens aankunnen. Dan hebben we het natuurlijk nog niet gehad over de korte naaldpulsen van 100A die uit de enrgiebron worden getrokken die voor storingen en dergelijke gaan zorgen, maar tegen de tijd dat we daar zijn hebben we de grootste hordes al genomen... ;-)

Als het om een kleine versie gaat (als in: minder dan de 100F/50V uit het document) is het waarschijnlijk best goed te doen om een buck converter te kiezen die ingebouwde stroombegrenzing heeft. Die zal de stroom door de inwendige schakelaar proberen te beheersen om niet defect te raken en zo het maximaal haalbare vermogen leveren tot de ingestelde uitgangsspanning is bereikt. De meeste schakelende regelaars zijn sowieso beveiligd tegen overstroom, dus dat kan je dan gewoon gebruiken. Mocht je echt het maximale uit je systeem willen persen en alles optimaliseren voor een maximaal dynamisch bereik dan staat je nog een taak voor de boeg. Het wordt niettemin wel gedaan, want de aangegeven toepassingen in de tractie zijn in werkelijkheid wel toegepast.

Groet,
Kruimel

edit: Ok, ik zie dat je hier eerder naar linkte. Whoops! Niet gezien.

Op 31 oktober 2015 23:24:27 schreef Kruimel:
Het grootste deel van de tijd zal de schakelaar dus open zijn ...

Oké, dus... de bedoeling is dat de buck converter de bron 'converteert' naar
-in het begin: een bron met weinig spanning, maar die veel stroom toelaat
-na verloop van tijd: een bron die tot op het gewenste potentiaal komt tot waar we de condensator willen laden.

De duty cycle start dus heel klein, en wordt geleidelijk aan groter.

Toch 'mindblowing'? Dat je door het aanbieden van een 'kleinere' spanning, en die gestaag laat oplopen, de condensator sneller laad...?

Iemand enig idee hoe ik dit zou kunnen simuleren m.b.v. LT spice?
(ik ben hierin een beginner)

Voor latere (eventuele) realisatie.. is er een aan te bevelen buck-IC hiervoor?

Als Hall-sensor had ik reeds de ACS712 gevonden, die lijkt me wel bruikbaar hiervoor.

Wat ik me nog afvraag is waarom de spanning op de condensator ook word gesensed in het 'control circuit'. Ik neem aan: om het einde van het laadproces te detecteren (condensator heeft gewenste spanning bereikt). Kan dit kloppen, of heb je die ook nog ergens anders voor nodig?

Dank
Eric

Op 1 november 2015 19:10:31 schreef Eric K.:Toch 'mindblowing'? Dat je door het aanbieden van een 'kleinere' spanning, en die gestaag laat oplopen, de condensator sneller laad...?

Nee, helemaal niet, eigenlijk; als je zou proberen direct een hogere spanning aan te bieden, zou er een idioot grote stroom gaan lopen, die alleen nog beperkt wordt door de interne weerstand van de condensator.

Als je echt begrijpt wat "I = C * dU/dt" betekend, is het volstrekt logisch. Voor de rest van een switchmode converter is de vergelijking voor een spoel, "U = L * dI/dt" dan weer essentieel.

Wat het "control circuit" allemaal meet, is afhankelijk van jou, aangezien jij dat circuit moet ontwerpen. Over het algemeen wordt er maar 1 variabele gebruikt voor de feedback (meestal de uitgangsspanning); als jij er meerdere wilt gebruiken, zul je die signalen zelf op een of andere manier moeten "mengen".

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Op 1 november 2015 19:10:31 schreef Eric K.:
Toch 'mindblowing'? Dat je door het aanbieden van een 'kleinere' spanning, en die gestaag laat oplopen, de condensator sneller laad...?

Nee. Helmaal niet raar. Door de spanning omlaag te transformeren, gaat de stroom omhoog. En met een grotere stroom kan je natuurlijk sneller laden.

Zo duidelijk?

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Op 1 november 2015 20:02:54 schreef SparkyGSX:
[...]als je zou proberen direct een hogere spanning aan te bieden, zou er een idioot grote stroom gaan lopen

Ik volg je, maar, een buck converter (zoals in de gegeven opstelling) verlaagt enkel de spanning...

Oké, intussen heb ik met LT spice leren werken. Handig!
Ik heb even EEN gewone buck converter, met vaste δ gesimuleerd, namelijk deze:

Onderstaand simuleer ik de ingangsstroom (blauw) en je ziet ook de schakelpulsen (groen).
Dit allemaal in het overgangsgedrag, opstartgedrag, of hoe je het ook noemt. Want, dat is het gebied waar ik mijn buck zal inzetten. De condensator is immers 'leeg' bij aanvang, en dient gewoon opgeladen te worden. De regimetoestand die zich nadien instelt, interesseert ons niet voor deze situatie.

Zoals je kan zien stijgt (negatief wel) de ingangsstroom naar een maximumwaarde om nadien terug te vallen.

Het is dus deze stroom (ingangsstroom), die we constant wensen te gaan houden; d.m.v. een variërende δ:
Ton start => de stroom stijgt heel snel en bij het bereiken van bv. 1A wordt de schakelaar alweer geopend.

M.a.w. de current sensing (Hall sensor) moet dus wel heel erg snel kunnen sensen. Zodat bij het bereiken van die 1A in de 1e schakelpuls, hij meteen een signaal kan doorgeven aan het control circuit om de Ton te beïndigen.

Ben ik hier een beetje juist?
Ik maak asap meer simulaties van verschillende situaties.

Groet
Eric

Kruimel

Golden Member

Op 2 november 2015 11:28:36 schreef Eric K.:
Oké, intussen heb ik met LT spice leren werken. Handig!

Dat doe je snel... O_o

In elk geval zou ik de polariteit van de ingangsstroom even omdraaien, nu wekt het de indruk alsof er stroom geleverd wordt aan de bron... :)

Zo te zien heb je een beetje overshoot op de uitgang, er is kortstondig meer spanning dan op de ingang waardoor er stroom terug loopt de bron in. Wellicht is het inzichtelijk om ook eens de spanning op de uitgang te plotten, dat geeft wat meer inzicht in wat er in de schakeling allemaal gebeurt.

De resultaten lijken me wel redelijk representatief voor een real-life situatie met een vaste duty-cycle. Ik weet niets van LT Spice, dus ik kan je helaas niet zeggen hoe je de lengte van de schakelpulsen kan moduleren. Als je echt een 100F condensator wil gebruiken zou ik zeker ook eens simuleren als de laadtijd van je condensator daadwerkelijk vele ordegroottes groter is dan de pulslengtes. Wat voor resultaat krijg je met een 100F condensator? Ik vermoed dat er wel grotere stromen zullen gaan lopen dan 6A...

Groet,
Kruimel