Audio modulierte DST Ansteuerung

Alles, was mit Spannungen ab 1kV zu tun hat.

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Tesla-Fan
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Audio modulierte DST Ansteuerung

#1 Beitrag von Tesla-Fan »

Hallo zusammen!

Ich dache ich meld mich nach längerer Abwesenheit hier im Forum wieder mal und präsentiere euch mein aktuelles Projekt :umform:

Konkret geht es um eine Zeilentrafo-Ansteuerung mit Audiomodulation direkt ab Kopfhörerausgang :awesome:

Das ganze ist noch in der Entwicklungsphase und die mögliche Leistung der Komponenten noch lange nicht ausgereizt...
Am Ende soll es ne Box werden mit Subwoofer für den Bass und Lichtbogen obendrauf als Hochtöner.
Was mir noch ein wenig Kopfzerbrechen bereitet ist das "Flackern" des Lichtbogens, was die Audioqualität mindert. Für etwaige Tipps hierzu bin ich offen und dankbar.

Aber nun will ich nicht mehr länger um den heissen Brei herumreden, hier ist das Video:

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TecVictor
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Re: Audio modulierte DST Ansteuerung

#2 Beitrag von TecVictor »

Bei den Leistungen habe ich die Erfahrung gemacht, dass der Bogen gut stabil brennt, wenn er senkrecht zwischen einer Spitze unten und einer Platte oben brennt.
durch die Platte hat man weniger starke Auftriebswinde durch die Thermikl.
Man kann das perfekt mit einer Jakobsleiter kombinieren, dass der Bogen unten zündet, nach oben steigt und dann zwischen Spitze und Platte stehen bleibt, sollte er verlöschen zündet er unten neu.
Fertig, vollautomatisch ;)

Grüße Victor
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Re: Audio modulierte DST Ansteuerung

#3 Beitrag von Tesla-Fan »

Danke für den Tipp! Die Wolframelektroden hatte ich schonmal vertikal aufgestellt aber dann wurde es leiser, mit einer Platte habe ich es noch nicht versucht..
Werde es gleich mal umsetzen.
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herrlito
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Re: Audio modulierte DST Ansteuerung

#4 Beitrag von herrlito »

Hallo Tesla-Fan,

sehr interessantes Projekt gute Arbeit!
Ich bin überrascht, dass das ganze so gut Klingt. Von Teslaspulen kennt man solche Videos ja eher aber diese klingen beim Musik Spielen nicht sonderlich klar. Sind ziemlich verzerrt und mit vielen Nebengeräuschen verbunden.
Wenn Du noch einen Subwoofer dazu schaltest müsste es nochmal um einiges besser klingen wobei dann wahrscheinlich die tieferen Mitten fehlen werden. (Also Tieftöner, Mitteltöner)
Evtl. könntest Du den Lichtbogen in einem einseitig geöffneten Gehäuse "musikspielen" lassen. Dadurch hast du einen besseren Resonanzkörper und kannst den Ton in eine bestimmte Richtung lenken (am sinnvollsten natürlich nach vorne).

Bin auf jeden Fall schon gespannt was die Anlage drauf haben wird wenn sie fertig ist ;)

Grüße Herrlito

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Re: Audio modulierte DST Ansteuerung

#5 Beitrag von Tesla-Fan »

Danke für den Lob, ich erzähle mal lieber nicht,
wieviele Transistoren, MOSFETs, IGBTs und Frequenzgeneratoren dafür ihren Dienst quittiert haben :hammer:

Nun denn, ich habe das Ganze mal nach TecVictor's Tipp vertikal aufgebaut und siehe da, kein Flackern mehr :headbang:
Der vertikale Aufbau
Der vertikale Aufbau
Das einzige was ich nun manchmal zu hören glaube ist eine Resonanz bei gewissen Frequenzen oder Teilen eines Musikstücks mit schneller Wiederholung von Tiefen Frequenzen.
Da diese am Ende sowieso an denn Subwoofer geleitet und beim "Lichtbogen-Kanal" herausgefiltert werden, ist dies nicht weiter schlimm.

Bezüglich des Resonanzkörpers habe ich mir auch schon Gedanken gemacht und würde wahrscheinlich einfach ein Kunststoffrohr nehmen, dieses zurechtschneiden und um den Lichtbogen montieren.
Zusätzlich werde ich wohl ein dunkel gefärbtes Stück Plexiglas oder einen Einsatz für Schweissermasken davorstellen, da der Lichtbogen ziemlich schädigend ist für die Augen..

Ich habe noch eine Slowmotion-Aufnahme gemacht bei 50Hz Sinus Audiomodulation, man kann relativ gut erkennen wie der Lichtbogen pulsiert und so den Schall erzeugt.
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Re: Audio modulierte DST Ansteuerung

#6 Beitrag von Tesla-Fan »

@Herrlito: danke für den Tipp mit dem Resonanzkörper, die Lautstärke ist deutlich höher in Öffnungsrichtung.
@TecVictor: die "halbe" Jakobsleiter funktioniert wunderbar zum Zünden!

Was den Bass betrifft, werde ich wohl keinen Membranlautsprecher dazuschalten, schliesslich ist die Volumenschwingung vom Lichtbogen deutlich grösser als z.B. die eines Smartphone Lautsprechers.
Die tiefen Töne und Bässe sind zwar nicht so stark betont wie bei einer kombinierten Anlage, aber dafür dass es nur ein Plasma ist doch sehr deutlich hörbar.
Für klassische Musik reicht es jedenfalls:

Zuletzt geändert von Tesla-Fan am Sa 14. Mär 2020, 11:24, insgesamt 1-mal geändert.
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Paul
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Re: Audio modulierte DST Ansteuerung

#7 Beitrag von Paul »

Moin Tesla-Fan,

willkommen zurück! :awesome:

Geiles Teil hast du da gebaut, die Leistung spricht für sich.
Und es ist spannend zu sehen, wie du das Design hier gemeinsam mit uns weiter verfeinerst! :)

Viele Grüße
Paul!
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TecVictor
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Re: Audio modulierte DST Ansteuerung

#8 Beitrag von TecVictor »

Hi Tesla-Fan, super Aufbau! :)
Würde ich mir direkt so als Nachttischlampe nebens Bett stellen :D
Freut mich dass die Elektrodenanordnung so gut funzt, schöne Lösung mit dem Bogen von oben um die kleinere Zündstrecke zu bilden.
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Re: Audio modulierte DST Ansteuerung

#9 Beitrag von kilovolt »

Hallo Tesla-Fan

mir gefällt der Lichtbogensound auch ;-) Hab ich auch mal gemacht mit nem DST und einem TL494. Beim TL494 den DTC-Eingang mit Audiosignal moduliert. Nun fehlt Dir nur noch ein zweiter, identischer Aufbau für Stereobetrieb ;-)

Beste Grüsse
kilovolt
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Re: Audio modulierte DST Ansteuerung

#10 Beitrag von Tesla-Fan »

Hallo Zusammen und vielen Dank! Ich habe auch gleich ein paar Fragen...

Ich habe mittlerweile einen Ringkern-Trafo der mit 230V / 30V angegeben ist, für ein eigenes Netzteil genommen. Der Trafo war in einem Labornetzteil verbaut welches für 30V & 5A ausgelegt war, er ist jedoch ziemlich überdimensioniert.
Die etwas mehr als 30V hab ich an einen Brückengleichrichter angeschlossen und den + Ausgang durch die in Serie geschalteten Sekundärwicklungen, eines kleineren 230V / 2 x 15V je 80VA Ringkerntrafo geleitet, um vorzuglätten. Anschliessend habe ich Kondensatoren mit einer Gesamtkapazität von 30000uF parallel dazu geschaltet. Zur Entladung ist ein 3.3kOhm Widerstand angelötet. Die Glättung funktioniert eigentlich relativ gut, aber ich habe vor allem bei Bässen Resonanzen die sich nach 100Hz anhören.. Ich habe mal in verschiedenen Foren nachgelesen aber die Meinungen gehen stark auseinander was die Grösse, Anzahl und Position der Spulen und Kondensatoren betrifft, manche empfehlen natürlich auch gleich ein Schaltnetzteil.

Ich habe mir vorgestellt die beiden Wicklungen jeweils vor und nach den Kondensatoren in Serie zu schalten und die Wickelrichtungen vielleicht entgegengesetzt anzuschliessen, macht das Sinn?

Das ganze hat auch praktisch keine Strombegrenzung, die Gleichspannung fällt im Betrieb auf 30V und der AC Strom vor dem Gleichrichter beträgt knapp 15A, was zur Folge hat, dass sich alle Spulen stark erwärmen und letztendlich zu heiss werden (Lötstellen lösen sich). Ich habe bereits versucht mit einem kurzgeschlossenem 300VA Ringkerntrafo auf der 230V Seite in Serie zum Netzteil-Trafo zu drosseln. Das hat aber keine wirkliche Verbesserung gebracht. Ich habe auch versucht den IGBT Treiber mit einer tieferen Spannung zu versorgen um so den Strom zu begrenzen, dabei wurden jedoch die IGBTs zerstört.

Was würdet ihr für eine möglichst Wärmeverlust freie Strombegrenzung vorschlagen?

Ein weiteres Problem ist, dass die IGBTs teilweise sehr empfindlich auf Frequenz- oder Wellenformänderungen reagieren und dabei draufgehen. MOSFETs geben entweder auch innerhalb kürzester Zeit auf oder haben enorme Wärmeverluste und übertragen viel weniger Leistung in den DST.
Mit dem Oszilloskop habe ich festgestellt, dass das push-pull Transistoren-Paar das Sinussignal des Funktionsgenerators schon gar nicht als solches wiedergibt sondern eher als Rechtecksignal und die Audiomodulation als Pulsweitenänderung auftritt. Das ist durch den fehlenden Basis Vorwiderstand bedingt, deshalb habe ich mal versucht mit einem Poti den Widerstand so einzustellen, dass tatsächlich nur die Sinusfunktion verstärkt wird, die Quittung kam prompt mit zerstörten IGBTs. Seither nutze ich direkt das Rechtecksignal vom FG.

Ich habe mich mal über Schaltverluste und Möglichkeiten diese zu minimieren informiert, einen Kondensator parallel zu den Transistoren habe ich bereits, nun gibt es ja verschiedene Snubber- Schaltungen bzw. Entlastungsnetzwerke, um die Einschalt- und Ausschaltverluste zu minimieren.

Würde es bei meiner Anwendung überhaupt Sinn machen ein Snubber- bzw. Entlastungsnetzwerk zu zu berechnen und aufzubauen oder wäre vielleicht eine andere Art Ansteuerung der IGBTs wie z.B. ZVS sinnvoller?

Ich habe mal den aktuellen Schaltplan aufgezeichnet, morgen kommen noch neue IGBT's mit kürzeren Ein- und Ausschaltzeiten sowie höheren Wärmeverlustgrenzen.
Die 5-10A an der Endstufe habe ich als Grenzwert für eine akzeptable Wärmeentwicklung an der Primärwicklung am DST gedacht.
audiomodulation.jpg
Zuletzt geändert von Tesla-Fan am Mi 25. Mär 2020, 21:43, insgesamt 1-mal geändert.
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Thunderbolt
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Re: Audio modulierte DST Ansteuerung

#11 Beitrag von Thunderbolt »

Tesla-Fan hat geschrieben:Hallo Zusammen und vielen Dank! Ich habe auch gleich

Ich habe mittlerweile einen Ringkern-Trafo der mit 230V / 30V angegeben ist, für ein eigenes Netzteil genommen. Der Trafo war in einem Labornetzteil verbaut welches für 30V & 5A ausgelegt war, er ist jedoch ziemlich überdimensioniert.
Die etwas mehr als 30V hab ich an einen Brückengleichrichter angeschlossen und den + Ausgang durch die in Serie geschalteten Sekundärwicklungen, eines kleineren 230V / 2 x 15V je 80VA Ringkerntrafo geleitet, um vorzuglätten. Anschliessend habe ich Kondensatoren mit einer Gesamtkapazität von 30000uF parallel dazu geschaltet. Zur Entladung ist ein 3.3kOhm Widerstand angelötet. Die Glättung funktioniert eigentlich relativ gut, aber ich habe vor allem bei Bässen Resonanzen die sich nach 100Hz anhören.. Ich habe mal in verschiedenen Foren nachgelesen aber die Meinungen gehen stark auseinander was die Grösse, Anzahl und Position der Spulen und Kondensatoren betrifft, manche empfehlen natürlich auch gleich ein Schaltnetzteil.

Ich habe mir vorgestellt die beiden Wicklungen jeweils vor und nach den Kondensatoren in Serie zu schalten und die Wickelrichtungen vielleicht entgegengesetzt anzuschliessen, macht das Sinn?

Das ganze hat auch praktisch keine Strombegrenzung, die Gleichspannung fällt im Betrieb auf 30V und der AC Strom vor dem Gleichrichter beträgt knapp 15A, was zur Folge hat, dass sich alle Spulen stark erwärmen und letztendlich zu heiss werden (Lötstellen lösen sich). Ich habe bereits versucht mit einem kurzgeschlossenem 300VA Ringkerntrafo auf der 230V Seite in Serie zum Netzteil-Trafo zu drosseln. Das hat aber keine wirkliche Verbesserung gebracht. Ich habe auch versucht den IGBT Treiber mit einer tieferen Spannung zu versorgen um so den Strom zu begrenzen, dabei wurden jedoch die IGBTs zerstört.

Was würdet ihr für eine möglichst Wärmeverlust freie Strombegrenzung vorschlagen?

Ein weiteres Problem ist, dass die IGBTs teilweise sehr empfindlich auf Frequenz- oder Wellenformänderungen reagieren und dabei draufgehen. MOSFETs geben entweder auch innerhalb kürzester Zeit auf oder haben enorme Wärmeverluste und übertragen viel weniger Leistung in den DST.
Mit dem Oszilloskop habe ich festgestellt, dass das push-pull Transistoren-Paar das Sinussignal des Funktionsgenerators schon gar nicht als solches wiedergibt sondern eher als Rechtecksignal und die Audiomodulation als Pulsweitenänderung auftritt. Das ist durch den fehlenden Basis Vorwiderstand bedingt, deshalb habe ich mal versucht mit einem Poti den Widerstand so einzustellen, dass tatsächlich nur die Sinusfunktion verstärkt wird, die Quittung kam prompt mit zerstörten IGBTs. Seither nutze ich direkt das Rechtecksignal vom FG.

Ich habe mich mal über Schaltverluste und Möglichkeiten diese zu minimieren informiert, einen Kondensator parallel zu den Transistoren habe ich bereits, nun gibt es ja verschiedene Snubber- Schaltungen bzw. Entlastungsnetzwerke, um die Einschalt- und Ausschaltverluste zu minimieren.

Würde es bei meiner Anwendung überhaupt Sinn machen ein Snubber- bzw. Entlastungsnetzwerk zu zu berechnen und aufzubauen oder wäre vielleicht eine andere Art Ansteuerung der IGBTs wie z.B. ZVS sinnvoller?

Ich habe mal den aktuellen Schaltplan aufgezeichnet, morgen kommen noch neue IGBT's mit kürzeren Ein- und Ausschaltzeiten sowie höheren Wärmeverlustgrenzen.
Die 5-10A an der Endstufe habe ich als Grenzwert für eine akzeptable Wärmeentwicklung an der Primärwicklung am DST gedacht.
audiomodulation.jpg

Der schaltplan sieht... interessant aus...

Um die Verlustleistung zu begrenzen, würde ich eher einen PWM-Controller benutzen (z.B. TL494), und die IGBTs in die Masseleitung statt der + leitung einschleifen (lowside-switch)
so z.B. http://www.smbaker.com/wordpress/wp-con ... ematic.jpg

die stromaufnahme kannst du dann über die maximale pulsbreite einstellen.

Bei spannungen unter ca. 200V sind MOSFETs glaube ich auch die bessere wahl

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Re: Audio modulierte DST Ansteuerung

#12 Beitrag von Tesla-Fan »

Thunderbolt hat geschrieben:
Der schaltplan sieht... interessant aus...

Um die Verlustleistung zu begrenzen, würde ich eher einen PWM-Controller benutzen (z.B. TL494), und die IGBTs in die Masseleitung statt der + leitung einschleifen (lowside-switch)
so z.B. http://www.smbaker.com/wordpress/wp-con ... ematic.jpg

die stromaufnahme kannst du dann über die maximale pulsbreite einstellen.

Bei spannungen unter ca. 200V sind MOSFETs glaube ich auch die bessere wahl
Hallo Thunderbolt, danke für den Input!

Die ganze Schaltung ist in den letzten 40 Tagen entstanden, solange beschäftige ich mich auch aktiv mit Halbleiterelektronik.. Daher kann ich es nachvollziehen wenn der Schaltplan für Fachkundige eher etwas speziell ist :ugly:
Bis auf die aktuellen IGBT's sind eigentlich alle Teile vom Schrottplatz (Alte TV-Geräte, Halbleiter Mikrowellenofen, Audio Endstufe, Induktionsherd, etc.)
Es ist eher Glück dass der Aufbau so funktioniert und die richtigen Teile gerade rumlagen :oops:

Ich wäre daher auch froh um Feedback, welche Teile des Schaltplans atypisch sind und Verbesserungspotenzial haben, wenn es nicht ein gänzlich hoffnungsloser Fall ist und die TL494 Variante die meisten Probleme Lösen würde.
Die Pulsweite könnte ich bei meinem Funktionsgenerator auch einstellen.

Grüsse
Tesla Fan
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Thunderbolt
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Re: Audio modulierte DST Ansteuerung

#13 Beitrag von Thunderbolt »

Was mir als erstes auffällt ist der C5698 am eingang

Ich nehme an, dass der das Rechtecksignal in der Stärke verändern soll?
das wird sicher funktionieren, aber die Transistoren in der zwischenstufe werden dann nur halb eingeschaltet, dadurch wird auch der IGBT nur halb eingeschaltet, das bringt dann zwar weniger ausgangsleistung, aber auch mehr verluste, weil der IGBT als widerstand arbeitet.
Dem könntest du wie erwähnt mit einem richtigen PWM controller entgegenwirken.

außerdem solltest du eventuell die Massführung überdenken
sowohl GND vom audiosignal, als auch GND vom Rechtecksignal hängen in der luft, das kann ganz böse kurzschlüsse geben (angenommen du speist audio vom PC ein, und das rechtecksignal vom funktionsgenerator, und beide GND liegen auf erdpotential)


die Zwischenstufe aus NPN und PNP transistoren sieht soweit gut aus, besser wäre allerdings ein "richtiger" datetreiber (z.B. MCP1407, gibts bei reichelt)
auch hier wieder das masseproblem.

den IGBT würde ich eher in die Masseleitung zum DST einschleifen also:

+24V -> [DST Spule] - [Collector IGBT - Emmiter IGBT] - GND

damit verhinderst du auch, dass dir das Gate "wegfliegt" wenn du den IGBT einschaltest
Angenommen der IGBT ist aus, Emmiter über die Spule auf GND
Du gibst 12V Spannung aufs Gate
IGBT schaltet ein
Spannung liegt über der Spule an
Emmiter liegt nichtmehr auf GND, weil ja jetzt zwischen GND und dem Emmiter der Spannungsabfall der Spule ist
Damit nimmt auch die Spannungsdifferenz zwischen Gate und Emmiter ab (Gate liegt auf 12V, Emmiter liegt sagen wir mal auf 10V, dann liegen zwischen gate und emmiter effektiv noch 2V an)

https://uzzors2k.4hv.org/projectfiles/f ... MKII.1.gif

hier sieht man die von mit angesprochenen Themen bzw. der Masseführung und der Verschaltung des MOSFTEs nochmal.

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Re: Audio modulierte DST Ansteuerung

#14 Beitrag von Tesla-Fan »

Der C9698 moduliert nur das Audiosignal auf das Rechtecksignal. Da die Spannung des Audioausgangs am Smartphone nur ca. 0.5V beträgt erzeuge ich mit dem Funktionsgenerator nur ein Rechtecksignal mit ca. 3-4V Wechselspannung damit die Audiomodulation stark genug ist, das modulierte Signal wird dann über das Transistorenpaar auf +/-12V verstärkt, die anfängliche Amplitudenmodulation wird dann als Pulsweitenänderung wiedergegeben.
Alle 3 Transistoren im Treiber haben UB-S max. +5V bzw. -5V. Die Flanke zwischen 0 und +12V nach der Zwischenstufe ist auf dem Oszilloskop mit ca. 0.5us ersichtlich, was mir bei ca. 28us pro Zyklus nicht sehr hoch erscheint, die Umschaltzeit von +12 zu -12V beträgt auch nur 1us. Die IGBTs werden nicht wirklich warm, nur mit MOSFETs ist die Schaltung ineffizient.

Ich habe die Massen bewusst nicht verbunden, einerseits um mein Handy möglichst von den höheren Spannungen und Strömen auszuklammern, andererseits ist das Signal des Funktionsgenerators Erdfrei, somit würde es hier keinen Unterschied machen, so sind jedenfalls meine Überlegungen.
Die Massenverbindung vom Transistorenpaar zum Leistungsnetzteil kann ich nicht machen, weil ich aus den +24V die +/-12V erzeuge, über die Verbindung vom IGBT Emmiter zwischen die beiden Elkos, die zwischen +24V und GND angeschlossen sind. Der Sinn dahinter ist, dass ich die Gateladung nicht nach GND "abfliessen" lasse sondern mit den -12V "herausziehe" um ein schnelleres Ausschalten der IGBTs zu bewirken. Die Idee hierzu hatte ich, weil bei den IGBT Datenblättern die maximale Gatespannung immer mit +/- angegeben wird. Ich hoffe das macht soweit Sinn, lasse mich aber gerne eines Besseren belehren.

Die neuen IGBTs sind mittlerweile angekommen, ich werde jetzt auf jeden Fall die lowside-switch Variante nehmen und versuchen die Leistung über die Pulsweite so zu drosseln, dass mir die Spulen nicht mehr zu heiss werden.

Ich werde die Möglichkeiten mit dem Gatetreiber und TL494 in Betracht ziehen, aber erst wenn ich soweit bin, das Ganze als Einheit und unabhängig von Laborgeräten aufzubauen.

Vielen Dank für deinen Input! Ich bin froh um die Tipps, auch wenn ich nicht alle gleich umsetzen kann bzw. werde.
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Re: Audio modulierte DST Ansteuerung

#15 Beitrag von Tesla-Fan »

Irgendwie verhält sich das Ganze sehr komisch..

Wenn ich ein Rechtecksignal generiere, dann wird das Audiosignal nur sehr schwach aufmoduliert, bei Reduktion der der Pulsweite seitens des Funktionsgenerators, wird die Musik lauter, hört sich jedoch auch sehr "hohl" an und der Lichtbogen reisst ständig ab, bis letztendlich die IGBTs aufgeben, beim erhöhen der Pulsweite wird die Musik zunächst leiser, dann werden auch in diesem Fall die IGBTs zerstört .
Rechtecksignal.mp4
(25.52 MiB) 8-mal heruntergeladen
Wenn ich jedoch ein Sinussignal erzeuge, wird daraus in der Zwischenstufe zwar ein komisches Rechtecksignal, dafür wird aber das Audiosignal viel stärker als Pulsweitenmodulation übertragen.
Sinussignal.mp4
(26.22 MiB) 7-mal heruntergeladen
Ausserdem vertragen die IGBTs das abgestumpfte Rechtecksignal, das aus dem Sinussignal entsteht, viel besser.
Es ist auch ein 50Hz "hüpfen" sichtbar, dass schwächer wird, sobald ich mein Handy anschliesse und wiederum bei Sinus Eingangssignal weniger stark ausgeprägt ist.

Ich bin langsam aber sicher am ende meines Lateins und überlege doch die Variante mit dem TL494 zu versuchen, ich frage mich aber auf welche Weise und wie stark das schwache Audiosignal hierbei aufmoduliert wird.
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