Stützkondensator für langsame PWM

[them]

Hallo zusammen,
ich möchte drei Heizwiderstände (je 24V/40W) per PWM so betreiben dass die An-Phasen nacheinander liegen (d. h. immer nur ein Heizer aktiv, Tastverhältnis jeweils 25% -> 10W effektiv). Die Versorgung erfolgt über sechs Adern eines RJ45-Patchkabels (vorauss. bis zu 10m lang). Über die restlichen zwei Adern soll ein langsamer I2C-Bus laufen (vorauss. mit P82B715 gepuffert). Um Störungen zu vermindern und den Strom in dem doch ziemlich dünnen Kabel möglichst gering zu halten, will ich einen ausreichenden Stützkondensator vorsehen.

Interessant wäre jetzt, wie groß der sein sollte und wie niedrig die PWM-Frequenz sein darf.
Ich weiß leider nicht, wie ich das berechnen könnte. Könnt Ihr mir weiterhelfen?

Vielen Dank!

[Hotliner1]

Hi!

Lange Rede kurzer Sinn, es wird am verwendeten Patch-Kabel-Querschnitt bereits scheitern!

[komo]

Der max. Strom bei deinem RJ45-Patchkabel ist 350mA. Dieses Kabel hat 8 Leitungen, d.h. dass es 44mA pro Leitung sind, da sind die 1,6A viel zu viel.

[them]

OK, dann ein stärkeres Kabel. Patchkabel hätte ich halt in allen Längen da. Welcher Querschnitt sollte es mindestens sein?
Bleibt trotzdem die Frage nach dem Stützkondensator. Was würdet Ihr empfehlen?

[komo]

Welcher Querschnitt sollte es mindestens sein?

0,75mm². Und für was soll der Kondi in einer PWM da sein? Damit die Steuerung ihren Geist aufgibt?
Verwende besser ein SSR Relais an der Heizung, da könnt das Patchkabel bleiben.

[them]

Welcher Querschnitt sollte es mindestens sein?

0,75mm². Und für was soll der Kondi in einer PWM da sein? Damit die Steuerung ihren Geist aufgibt?
Verwende besser ein SSR Relais an der Heizung, da könnt das Patchkabel bleiben.

Die Heizer sollen über eine gemeinsame Leitung versorgt und gesteuert werden, (keine dezentrale Stromversorgung vorgesehen). Der Kondensator sollte die Belastung der Leitung glätten und Störungen in den Signaladern verringern.
Also bei Verwendung eines ausreichend starken Kabels anders gefragt: Es reichen Schaltfrequenzen von wenigen Hertz. Wie kann ich die Schaltflanken etwas verflachen, ohne die Mosfets zu gefährden? Vorgesehen waren IRF7413, weil ich die reichlich da habe. Ich möchte eine möglichst flexible einfache Steuerleitung und keine doppelt geschirmten steifen Spezialkabel.

[komo]

Der IRF7413 ist in dem Fall nicht geeignet. Siehe Datenblatt. Wieviel ist wenige Hertz?
Der Widerstand deiner Heizung beträgt 14,4 Ohm. Um da einen Kondensator mit rein zu bringen muss der Tau berechnet werden. Diese Zeit muss ja mit deinen wenigen Hertz passen.

[BernhardS]

Ach diese Ideen, die mit "ich möchte" beginnen und bei denen ein untaugliches Element zuvor bereits festgelegt wurde. Was hast Du gegen ganz normale Kabel? ist der nächstgelegene Baumarkt abgebrannt? Falls Ja, hoffentlich nicht wegen eines heißgelaufenen Kabels.

Nun, wie auch immer: Eine spassige Variante von "Power over Ethernet".
Eine Frage drängt sich auf: Die Stecker sind ja nicht unbedingt stromtragfähig. Speziell der Übergang von Messerkontakt auf Draht könnte im wahrsten Sinn des Wortes eine Schwachstelle sein.
Der Übergang von Stecker zu Buchse soll tatsächlich manchmal bis 1.6A abkönnen. Immerhin.

[them]

Hab's ja begriffen. RJ45-Kabel ist raus.

Vorgesehen sind 3D-Drucker-Heizpatronen. Die haben 40W, sollen aber per PWM nur mit 10W betrieben werden. Die Frequenz muss hoch genug sein, dass sich die Heizer gleichmäßig erwärmen. Takten im Sekundenbereich geht also nicht, aber 5 Hertz sollten wohl reichen.

Warum ist der IRF7413 nicht geeignet? 24V/1,6A ohmsche Last bei Ansteuerung mit 5V sollte der doch locker schaffen und und nennenswerte Umschaltverluste sollten auch nicht auftreten? Was habe ich nicht verstanden?

Tut mir leid, wenn ich mich nicht klar genug ausdrücke.

[komo]

22µF 35V, Nachrechnen kannst du selbst

[der mit den kurzen Armen]

Bei der PWM wird die Leistung durch die Zeit in der der Strom fließt bestimmt. Bei ohmschen Verbrauchern sind da Stützkondensatoren unnötig. Die integrieren da selber.
Du musst aber beachten das der Strom da ca 1,7 A beträgt. Mit Kondensator wird der noch höher. Wenn du da nur 10 W willst muss die Zeit gegenüber 40 W nur ein viertel betragen. Also 25 % Ein und 75 % aus . Die Frequenz spielt da gar keine Rolle! nun kannst du dir die Verlustleistung im Mosfet ausrechnen
P= R*I² P= 0,18 Ohm *1,7A*1,7A = 0,5 W

[komo]

@Bernd hast du das gelesen

soll ein langsamer I2C-Bus laufen... Um Störungen zu vermindern

Da soll der Kondi die Flanken "umbiegen".

[them]

Bei der PWM wird die Leistung durch die Zeit in der der Strom fließt bestimmt. Bei ohmschen Verbrauchern sind da Stützkondensatoren unnötig. Die integrieren da selber.

Wirklich?

Du musst aber beachten das der Strom da ca 1,7 A beträgt. Mit Kondensator wird der noch höher.
Wenn du da nur 10 W willst muss die Zeit gegenüber 40 W nur ein viertel betragen. Also 25 % Ein und 75 % aus . Die Frequenz spielt da gar keine Rolle!

Der Strom durch den rein ohmschen Verbraucher besteht aus Impulsen mit 1,7A. Durch einen Kondensator sollte er sich doch dem durchschnittlichen Strom von 40W*0,25/24V=0,4A annähern.
Der Heizer integriert die Temperaturerhöhung durch die einzelnen Stromimpulse. Je höher die Frequenz, desto besser.

nun kannst du dir die Verlustleistung im Mosfet ausrechnen
P= R*I² P= 0,18 Ohm *1,7A*1,7A = 0,5 W

OK. Der IRF7413 kann max. 2,5W. Warum ist der ungeeignet?

[komo]

@them
lese dich mal in PWM ein. Nicht nur machen sondern auch Verstehen.

[der mit den kurzen Armen]

Der Kondensator sorgt da nur dafür das die Flanken flacher werden und das ist unerwünscht! Wenn dann hilft es evl die Flanken mit einem Schmitt-Trigger zu versteilern . Je steiler die Flanken ansteigen und abfallen umso kleiner werden beim Mosfet die Umschaltverluste. Störeinstrahlungen kannst du durch geschirmte Leitungen oder verdrillte Leitungen vermeiden. Dafür sind Lan Leitungen geeignet! Aber eben nicht dafür große Betriebsströme zu führen !