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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik mini-Schaltnetzteil über pwm


Autor: Marc (Gast)
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Hallo, ich habe mal eine Frage zu Datentypen von Mosfets deren
Beschaltung und schnellen Dioden, da ich mit diesen Bauteilen noch
keine Erfahrung habe und nicht weiß welchen Typ ich hier kaufen soll.

Ich habe vor, mit einem ATMEL eine kleine DCF77-Uhr zu bauen. Die
Dekodierung des Zeitzeichens klappt schon. Die Zeitinfo will ich auf
kleinen NIXI-Röhren auszugeben. Diese Röhren benötigen eine
Versorgungspannung von ca. 160 V haben jedoch einen geringen
Stromverbrauch, nur wenige mA, so dass ich mit einer Spannungsquelle,
die ein Leistung von ca. 2 W hat, auskommen sollte. Möchte hier aber
keinen Trafo etc. verwenden. Nun habe ich mir gedacht, im Chip ist doch
noch ein PWM drin und ich könnte damit eine Induktivität aufpumpen und
die Selbstinduktionsspannung beim Abschalten der L über eine schnelle
Diode in einen Kondensator leiten. Wenn ich das häufig und schnell
wiederhole, kann ich aus meinem C die Gleichspannung mit geringem Strom
abnehmen. (Schaltplan zur Illustration als Anlage) Die Spannung am C
kann ich dann noch über einen hochomigen Spannungsteiler auf einen AD
Eingang des Chip zurückkoppeln, so ließe sich noch ein kleiner
Regelkreis aufbauen, der die Spannung nachregelt, wenn sich die
Belastung oder andere Rahmenbedingungen ändern. Es gibt fertige ICs die
das machen, weiß ich. Was mir fehlt sind infos über Mosfets die eine
solche Sperrspannung aushalten die den nötigen Strom vertragen.
Gleiches gilt für die Diode, die sollte schnell genug arbeiten und
Spannungsfest sein. Wie steuert man die Mosfets an und wie arbeiten
die?

Autor: Sven Müller (Gast)
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Hallo,

schau das mal an: http://henry.fbe.fh-darmstadt.de/smps/aww_smps.html

Als Mosfet kannst du den IRLR2905 nehmen..

Achtung, dein schaltplan ist nicht ganz richtig. die Spule entläd sich
gegen Masse!!

Autor: Marc (Gast)
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Der Plan war falsch, in der Anlage eine Korrektur. Danke Sven. Mit
deinem Link werde ich mal weitersehen. Wenn noch jemand Infos zur
Beschaltung von Mosfets hat z.B. Welche Vorwiederstände braucht man
schalten die bei 0V oder bei +5V etc. wäre toll

Autor: Sven Müller (Gast)
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Das wichtigste ist ein Widerstand vom Gate zur Masse (10k) damit stellst
du sicher das keine undefinierten Zustände auftreten können.

mit dem Vorwiderstand machst du den Mosfet langsamer (flanke flacher)
was aber meiner Meinung nach bei nem Schaltnetzteil unerwünscht ist
(größere Verluste)

also habe ich den weggelassen:-)

Wenn du allerdings EMV Probleme bekommst musst du was einsetzen.

Autor: Matthias (Gast)
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Hi

ob der IRLR2905 bei 180V Sperrspannung so eine gute Idee ist wo er doch
max. 55V aushält? Ich weiß nicht :-)

Matthias

Autor: Sven Müller (Gast)
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Oha...sorry..kommando zurück..
klar..das geht nicht.. habe das mal für 40 V aus 4 realisiert. nimm
lieber was höherbelastbares..z.B. irfr220.. brauchst da allerdings
einen Mosfet treiber.

Autor: stift (Gast)
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Hallo Marc,

ein Sperrwandler könnte eventuell besser geeignet sein und man hat bei
Bedarf eine galvanische Trennung der 180 V.

Autor: Sven Müller (Gast)
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...allerdings auch erheblich mehr aufwand..

Autor: crazy horse (Gast)
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Praxisbezogene Hilfe über DC/DC-Wandler findest du hier:
http://henry.fbe.fh-darmstadt.de/smps/
Ansonsten sage ich mal: einfach mit PWM ansteuern dürfte schiefgehen,
ohne Hardwareregler(IC) wird das nichts. Die Spannung wird sonst extrem
lastabhängig, ohne Last (Nixies noch kalt!) wird sie verdammt hoch.
Spendier also einen Reglerschaltkreis (UC3842, TL494 o.ä).

Autor: Peter Dannegger (peda)
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"einfach mit PWM ansteuern dürfte schiefgehen"

Warum ?

Eine Ziffer pro Röhre leuchtet ja immer, die Last ist also konstant.
Um ganz sicher zu gehen könnte man auch noch eine Z-Diode parallel
schalten.


"Nixies noch kalt!"

Die sind immer kalt (Glimmentladung) außer, man überlastet sie.


Peter

Autor: Jörg Wunsch (Gast)
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Ich halt's trotzdem für ziemlich illusorisch, mit nur einer
Induktivität aus 5 V mehr als 100 V zu generieren.  Letztlich ist das
Ganze ja ein Sperrwandler, bei dem Primärwicklung gleich
Sekundärwicklung sind, und viel mehr als eine Spannungsüberhöhung von
1:5 ist mir für einen Sperrwandler nicht bekannt, erst recht nicht,
wenn er eine Last speist.  Selbst wenn er 1:10 bringen würde, wäre es
ja noch weit unter dem Gewünschten.  (Daß man nicht beliebige
Spannungsüberhöhungen erzeugen kann, auch wenn dies theoretisch
möglich erscheint, hat sowohl was mit den realen Verlusten als auch
mit den parasitären Kapazitäten der Spule zu tun.)

Das Aufwandsargument gegen den vollständigen Sperrwandler mit Trafo
kann ich auch nicht nachvollziehen, da man ja ohnehin bereits
wenigstens eine recht große Induktivität braucht (d. h. in der steckt
bereits der Aufwand), da kommt's doch auf die viel kleinere
Primärwicklung auf der gleichen Spule dann auch nicht mehr an.

Im Übrigen ist, obwohl immer eine Ziffer pro Stelle leuchtet (so man
keine Vornullenunterdrückung hat!) der Stromverbrauch pro Stelle
dennoch nicht konstant: die 1 verbraucht deutlich weniger als die 8.
Wenn die Stromergiebigkeit nicht ausreicht, dann hat man eine zu
geringe Glimmbedeckung, d. h. es wird nicht die komplette Ziffer
angezeigt, was sicher als recht unschön empfunden werden dürfte.
Insofern muß der Wandler also schon ein wenig Reserve bieten.

Z-Diode als Überspannungsschutz ist sicher 'ne gute Idee.

Autor: Marc (Gast)
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[...] Die Spannung wird sonst extrem
lastabhängig [...]
Ja das ist sie, daher werde ich die Spannung ja über einen
Spannungsteiler an den AD in den uP zurückführen und so einen
Regelkreis aufbauen. Warscheinlich einen PI-Regler, sonst schwingt mir
das System warscheinlich schnell auf.

[...] glavanische Trennung - Sperrwandler [...]
nee, ein Trennung brache ich hier nicht, da die nachgeschalteten
Treiber-ICs der Röhren die gleiche Masse haben müssen

Das mit der Regelung ist der zweite Schritt und nur schnöde SW, mehr
kopfzerbrechen macht mir die Bauteilauswahl für den MOSFET die DIODE
und wie man die Ansteuerung also Beschaltung des FET macht, damit
dieser Sauber schaltet.  Kennt sich da jemand aus?

Autor: Peter Dannegger (peda)
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"Ich halt's trotzdem für ziemlich illusorisch, mit nur einer
Induktivität aus 5 V mehr als 100 V zu generieren."

Stimmt, mehr als 1:5 habe ich auch noch nicht praktisch gesehen.
Da aber hier nicht hohe Leistung und Wirkungsgrad gefordert werden,
könnte man es mal versuchen.

Soweit ich weiß, hat eine Glimmentladung eine relativ konstante
Brennspannung, die wurden früher sogar statt Z-Dioden benutzt.
Daher dürfte der Stromunterschied zwischen "1" und "8" nur so 1:1,2
sein. Deshalb ist auch ein Vorwiderstand zur Stromeinstellung nötig
(wie bei LEDs).

Aber ne 180V/5W Z-Diode, die den überzähligen Strom aufnimmt ist ja
heutzutage nicht mehr teuer. Ich würde daher mit einem konstanten
Tastverhältnis ohne Regelung arbeiten. Außer, die 12V Eingang sind
nicht stabilisiert.


Falls es eine Drossel nicht schafft, kann man die Schaltung auch
kaskadieren (2 Drosseln, 2 MOSFETs usw.)


Peter

Autor: Sven Müller (Gast)
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also zum thema mehr als 1:5 geht nicht: Aus 12V mache ich auf diesem weg
120V/30mA. Das ganze speist ein LED Array.

Einen Mosfet vorschlag habe ich oben schon gemacht, als Mosfettreiber
gibts von LT oder maxim was (wenn du es nicht findest schaue ich nach)
wenn du noch eine zweite Spannung zur Verfügung hast nimm den TC4427
von Mikrochip (gibts auch von maxim)
Die Diode sollte möglichst schnell sein (Schottky? auf
Spannungsfestigkeit achten!)
Die Spule einen möglichst kleinen Innenwiderstand haben.
Als Kondensator nimmst du am besten Low ESR Typen. Das sind alles Tips
die den Wirkungsgrad erhöhen.

Autor: Marc (Gast)
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Danke für die Vielen Infos. Zu den Abmessungen, ich habe sowas mal
gesehen der FET (denke das es einer war?) war in flachem Gehäuse und
wurde gekühlt und die Spule ca. 5 mm Durchmesser und ca. 15 mm Länge.
Das ganze soll ja nur 2 W Leistung bringen.

@sven:
Mm, hier liegt genau mein Problem, von Mosfetts weiß ich nicht viel
mehr als das sie wie Transistoren aussehen und gute
Schalteigenschafften bei hoher Sperrspannung haben. Wie die Ansteuerung
funktioniert, weiß ich einfach nicht. Ich habe 5V Stabilisiert und eben
12 V ohne Stabilisiertung zur Verfügung. (gemeinsamme Masse) schon mal
danke für die Infos, ich sehe mal nach was es da an Bauteilen so bei
Reichelt gibt.

Autor: Sven Müller (Gast)
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einen Mosfet anzusteuern ist fast einfacher als einen Transistor.

Nimm einen N-Kanal Mosfet. 0V am Gate -> Sperrt, 10V am Gate ->leitet

(Source an Masse)

Autor: Jörg Wunsch (Gast)
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@Peter:

> Soweit ich weiß, hat eine Glimmentladung eine relativ konstante
> Brennspannung, die wurden früher sogar statt Z-Dioden benutzt.

Das ist richtig.

> Daher dürfte der Stromunterschied zwischen "1" und "8" nur so
1:1,2
> sein.

Das ist allerdings der Trugschluß: die Spannung bleibt nämlich nur
dann konstant, wenn man eine partielle Glimmbedeckung hat, je nach
Strom ändert sich dann der Bedeckungsgrad, ohne daß sich die Spannung
groß ändert.  Das heißt aber, daß unterschiedliche
Elektrodenoberflächen bei jeweils vollständiger Bedeckung (die man ja
hier haben will) auch zu unterschiedlichen Strömen führen.

Ganz früher gab's sogar mal Glimmanzeigeröhren, die in einem
länglichen Gehäuse mit einer unterschiedlich langen Glimmbedeckung
letztlich eine Art Strom-Indikator aufgebaut haben, in etwa
vergleichbar mit einem ,,magischen Balken''.  Die müssen mal kurze
Zeit als Abstimmanzeiger benutzt worden sein, hab' irgendwo noch eine
rumliegen.

Eine Nixie habe ich gerade nicht rumliegen, um das mal zu testen.

Autor: stift (Gast)
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Aufwand für Aufwärtswandler ist ähnlich zum Sperrwandler.

Sperrwandler benötigt zusätzlich:
Beschaltung der Primärwindung (Dioden/Z-Dioden oder
Diode/RC-Kombination)
Zwei Wichlungen auf einen Spulenkern.

Dafür kommt man beim Schalttransitor in einen günstigeren
Spannungsbereich.

Autor: stift (Gast)
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Vielleicht die Schaltung auch erstmal bei http://henry.... durchrechnen
lassen. Die Pulse werden beim Aufwärtswandler ziemlich kurz und der
Strom dafür kurzzeitig relativ hoch. Bei vergleichbarer Wandlerleistung
scheint auch der benötigte Kern beim Sperrwandler etwas kleiner zu
sein, als beim Aufwärtswandler

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