[Rumgucker]

In diesem Beitrag will ich in Kurzform zusammenfassen, was wir bisher über magnetische Verstärker "MagAmps" zusammengetragen haben.

MagAmps basieren auf der unlinearen Hysteresekurve bestimmter Kerne (meist Ringkerne). Als MagAmp kann zum Beispiel eine billige stromkompensierte Schaffner-Drossel von rs-components verwendet werden:



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Zur Vermessung der Hysteresekurve dient folgende Messschaltung (Ferrograf), die mit einem 2-strahligen Scope verbunden werden muss:



Das RC-Glied dient als Integrator und muss der Messfrequenz angepasst werden. Zu kleine Zeitkonstanten führen zum Verdrehen der Hysteresekurve und verhindern Messungen. Zu große Zeitkonstanten vermindern die Anzeigespannung am Scope.

Der untere Widerstand dient der Spulenstrommessung.

Die Hysteresekurve beschreibt den nichtlinearen Zusammenhang zwischen Spulenstrom und Induktion (= "magnetische Flussdichte").

Grundsätzlich gibt es drei denkbare Grundformen von Kurven (die mittlere haben wir allerdings noch nie in der Realität gesehen) und natürlich allen Mischungen dazwischen:



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Aus der Hysteresekurve können die Spannungswerte für Bs, Br und Hc abgelesen werden (das Hc einiger Kerne ist von der Betriebsfrequenz abhängig):




Aus diesen Spannungswerten kann man auf einfache Weise ein Spice-Modell errechnen:

H(t) = n * i(t) / l
wobei sich i(t) aus dem Spannungsabfall am Strommesswiderstand errechnet und l die Länge des magnetischen Kreises ist. n ist die Anzahl der Windungen.

-B(t) = Uc(t) * R * C / (n * A)
wobei R und C den RC-Integrator meint und Uc(t) die Spannung an C. A ist ie Fläche

Quelle: http://include.php?path=forum/showthread...ntries=708

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Auf diese Weise haben wir viele Kerne vermessen, das Modell errechnet und mit dem Modell die reale Messung nachsimuliert um das Modell zu validieren:

Schaffner: Bs=0.3 Br=0.078 Hc=4.8 A=0.000025 lm= 0.041 lg=0 n=40 Rser=0.1
Lichtorgel: Bs=0.15 Br=0.07 Hc=14 A=0.00004 lm = 0.04 lg=0 n = 56 Rser=0.06
grau: Bs=0.33 Br=0.18 Hc=10.6 A = 0.000042 lm = 0.047 lg=0 n = 10 Rser=0.01
Dimmerdrossel: Bs=0.22 Br=0.15 Hc=20 A=0.00007 lm= 0.1 lg=0 n = 100 Rser=0.5
Ringtrafo: Bs=0.92 Br=0.46 Hc=57 A=0.0002 lm=0.126 lg=0 n = 180 Rser=1.7

Quelle: http://include.php?path=forum/showthread...ntries=875


grauer Kern: Bs = 0.31 Br = 0.11 Hc=4.8 A = 0.00009 Lm= 0.09 Lg=0 n = 9 Rser = 0.01
ungefähr wie Lichtorgel: Bs = 0.37 Br = 0.15 Hc = 6.5 A=0.000015 Lm=0.05 Lg=0 n = 13 Rser = 0.01
Kern von Volti: Bs=1.15 Br=0.24 Hc=2.13 A=0.000074 lm=0.141 Lg=0 n=20 Rser=0.1

Quelle: http://include.php?path=forum/showthread...ntries=879
und: http://include.php?path=forum/showthread...tries=1015


Speicherkern: Bs=1.17 Br=1.16 Hc=8.8 A=0.000024 Lm=0.0511 Lg=0 n=5 Rser=0.02

Quelle: http://include.php?path=forum/showthread...entries=37

Die in den Modellen angegebenen Windungsanzahlen und Serienwiderstände sind variabel und haben keinen Einfluss auf die geometrischen Werte und Bs, Br und Hc.

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Die zuvor gezeigten Hysteresekurve ist die Grundlage eines magnetischen Verstärkers.

Es ist mit einem Steuerstrom möglich, jeden Punkt auf der Hysteresekurve willkürlich "anzufahren". Mit -100mA befindet man sich im 3.Quadranten und mit +100mA oben rechts im ersten Quadranten. Ohne Steuerstrom befindet man sich am Punkt Br (oder auch am Punkt -Br). Bei diesem Kern sind bidirektionale Steuerströme möglich.

Ausgehend von dieser mit einem Steuerstrom voreingestellten Induktion wird der Kern mit einer Pumpspannung in die oben rechts beginnende Sättigung getrieben. Dieser Vorgang benötigt wenig Zeit, wenn zuvor +100mA Steuerstrom flossen. Und er benötigt viel Zeit, wenn zuvor -100mA Steuerstrom flossen, weil der rote Verfahrweg auf der Hysteresekurve bis hoch zur Sättigung dann sehr viel länger ist.

Während des Durchlaufs des roten Hysterese-Verfahrwegs fließt nur ein kleiner - induktivitätsgebremster - Lastkreisstrom. Sobald der Kern in die Sättigung eintritt, fließt ein sehr großer - widerstandsgebremster - Strom.

Man steuert also mit dem Steuerstrom die Zeit, die die Pumpspannung bis zum "Einschalten" des Kernes benötigt.

Nach Abschaltung der Pumpspannung fällt die Induktion auf den Remanenzwert Br zurück, von dem aus dann die nachfolgende Steuerperiode startet.

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Der "Speicherkern" zeigt eine gänzlich andere Hysteresekurve:



Durch die große Remanzenz (Br) ist man nach einer Sättigung gezwungen, den Kern mit einem negativen Steuerstrom zu "resetten". Lässt man keinen negativen Steuerstrom fließen, so verbleibt der Kern am Punkt Br und wird sich beim Einsetzen der Pumpspannung fast unverzüglich von alleine neu sättigen. Das bleibt auch so bis zu Steuerströmen von -95mA.

Lässt man jedoch einen Steuerstrom von über -95mA fließen, so entsättigt man den Kern fast schlagartig und vollständig und es wird eine lange Zeit dauern, bis der Kern von der Pumpspannung in die Sättigung getrieben wird.

Bei diesen Kernmaterialien sind also nur unipolare negative Steuerströme möglich. Je höher der negative Steuerstrom, desto später schaltet der Kern. Allerdings mit schlagartigem Übergang.


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Hier habe ich eine simple MagAmp-Grundschaltung verwendet, um das Steuerverhalten beider Kerne direkt vergleichen zu können:



Durch die Diode wird die Pumpspannung während der Hälfte der Periode abgeschaltet. Während dieser Zeit wirkt der bipolare Steuerstrom auf die Spule. Angezeigt wird die gemittelte Spannung am 8 Ohm Lastwiderstand, die maximal nur halb so hoch wie die Pumpspannung werden kann.

Man sieht beim unteren Speicherkern, dass er sich bei negativen Steuerströmen von mehr als -90mA schlagartig abschaltet. Das passt gut zu seiner Hysteresekurve.

Der obere Kern dagegen hat einen wesentlich lineareren und nullpunktsymmetrischen Steuerverlauf. Dieser Kern scheint gut für Audioverstärkungen geeignet.

Volti hat einen Weg gezeigt, wie man durch einen Nebenschlusswiderstand die "Sprunghaftigkeit" des unteren Speicherkerns mindern und sogar eine sehr gute Linearität erreichen kann. Der Widerstand R5 liegt (in dieser funktionsgleichen Toplogie) letztlich parallel zur Drossel.