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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Problem mit Sperrwandler


Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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Nabend,
ich weiss, sowas wurde hier schon oft diskutiert. Aber ich möchte doch 
einmal noch genauer darauf eingehen:

Ich habe einen Sperrwandle aufgebaut. Der funktioniert auch super; über 
den ganzen Eingangsspannungsbereich kann ich geregelte 
Ausgangsspannungen entnehmen. Die PWM-Steuerung ist mit einem LM3524 
realisiert und funtioniert.
Der Sperrwandler hat 3 Ausgangswicklungen: 15V, 3.3V und 100V. Bei den 
3.3V brauche ich ca. 100mA, bei den 15V ca. 600mA, bei den 100V ca. 
0.5A.
Die Eingangsspannung ist 24..60 V.
Das Problem ist jetzt:
Wenn ich die 100V (die geregelt sind) belaste, dann werden meine 15 und 
3.3 auch automatisch grösser. Macht ja aber nix, weil ich noch separate 
Linearregler hin gepappt habe. Das gibt super saubere 
Ausgangsspannungen.
Nun.
Jetzt habe ich das Problem, dass im Unteren Eingangsspannungsbereich ein 
Tastgrad von ca. 70% nötig ist, um genug Ausgangsstrom zu erhalten an 
allen 3 Ausgängen. Wenn ich nur 1 Wicklung belaste gehts natürlich ;-)
Also, der Tastgrad ist schon sehr gross im unteren Spannungsbereich. Die 
Regelung funktioniert dann nicht mehr zuverlässig und schwingt, was sich 
in einem heissen FET äussert.
Frage:
Was muss ich tun, um mit weniger Tastgrad die nötigen Spannungen und 
Ströme zu erhalten?
Weniger Windungen auf der Primärwicklung, oder grösseren Trafo bauen?
Oder wie könnte man das Problem lösen?

Ich hofffe ihr helft mir weiter,
viele Grüsse
    Tobias

Autor: Andreas R. (rebirama)
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Radio Eriwan sagt: Das kann man so pauschal nich sagen...

Ich würde versuchen den Regelkreis auf den Worst-Case abzustimmen, bevor 
ich am Trafo drehe. Je größer der Tastgrad, desto höher ist die 
Kleinsignalverstärkung der Strecke.
Eventuell liegt bei dir auch ein Übergang von diskontinuierlichen zum 
kontinuierlichen Betrieb vor, dabei ändern sich die Streckenparameter 
auch, was den Regler zum schwingen bringen kann. Geh zum testen mal mit 
der Verstärkung runter und seh ob´s was hilft...
... hab meine Glaskugel gerade verlegt...

Zum Verhalten deiner 2 ungeregelten Spannungen: Je geringer die 
Streuinduktivität des Trafos, desto weniger ändern sich die ungeregelten 
Spannungen bei Belastung.

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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Hi Andreas,
wie beeinflusse ich die Streuinduktivität denn?

Und: Was ist denn der Worst-case. Bei minimaler oder bei maximaler 
Eingangsspannung?

Und, soweit ich weiss, liegt ein Übergang vom kontinuierlichen zum 
diskontinuierlichen Betrieb dann vor, wenn der Strom in der 
Sekundärwicklung 0 wird. Richtig? Bei http://schmidt-walter.eit.h-da.de 
ist das als lückender Betrieb bezeichnet.
Sehe ich das richtig?

Autor: Fritz (Gast)
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>Radio Eriwan sagt: Das kann man so pauschal nich sagen...
Dem kann ich mich eigentlich nur anschließen, mehr Informationen wären 
nicht schlecht.

So kann man nur ein paar Vermutungen aufstellen.
Sind die Spannungsfestigkeiten der MOSFETs und Dioden auch ausreichend 
groß? Ist das Snubber Netztwerk richtig dimensioniert? Und falls der im 
Kontinuierlichen Betreib arbeitet, ist die Diode für die 100V auch 
schnell genug?

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Ein ähnliches Problem hat man in PC-Schaltnetzteilen (und generell allen 
SMPS mit mehreren Ausgangsspannungen die über einen gemeinsamen 
Wandlerkern erzeugt werden). Zwar ist das Prinzip heutiger PC-SMPS keine 
Sperrwandler, aber Du könntest Dir mal die dort eingesetzte 
Ausgangsdrossel anschauen:

Da werden alle Spannungen drübergeführt. Zweck ist neben der Glättung 
des Ripple eine Verkopplung der Spannungen, sodaß die übrigen (+12V, 
etc). leidoglich mitgeregelt werden zur Hauptspannung +5V (die gut 
geregelt wird dank Regelkreis).

Ebenso Deine Streuinduktivität: Da wäre die Bewicklung noch mal 
anzuschauen. Evtl. mußt Du die Wicklungne ineinander verschachtelt 
wickeln - wird dann aber recht komplex.
Der Ansatz über eine gemeinsame Drossel wäre der den ich angehen würde, 
müßte ich das Problem bearbeiten.


hth,
Andrew

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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Wie sieht denn so eine gemeinsame Drossel aus?
Wickle ich da ein paar Windungen Draht auf, durch den ich die Ströme der 
Ausgangsspannungen leite oder wie?
So ähnlich wie diese Ferrit-Dinger, die es an Kabeln oft dran hat?

Wie würden die verschachtelten Wicklungen des Trafos aussehen?

Gruss & danke

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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www.sprut.de zeigt da Abbildungen für die Drossel.

Thema: PC-Netzteil-Umbau.

Autor: Andi (Gast)
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Bezüglich Stabilität:
Worst case (maximale Streckenverstärkung) ist beim Sperrwandler bei 
hohem Tastgrad im kontinuierlichen Betrieb. Ich vermute, dass das 
Einsetzen der Schwingungen mit dem Übergang in den kontinuierlichen 
Betrieb einhergeht, da die Regelung dafür nicht ausgelegt ist.

Die Streuinduktivität beeinflusst du durch den Aufbau des Trafos. Für 
eine möglichst geringe Abweichung der Sekundärspannungen untereinander 
muss gut auf die Kopplung zwischen diesen Sekundärwicklungen geachtet 
werden.

Eine gute Kopplung zwischen Primär und Sekundärseite verringert die 
Verluste die im Abschaltmoment auf der Primärseite anfallen.

@Andrew Taylor
Die PC-Netzteile die du ansprichst sind Halbbrücken-Flusswandler. Die 
gemeinsame Ausgangsdrossel ist Teil der Topologie. Eine solche Spule an 
der gleichen Stelle bei einem Sperrwander TÖTET diesen!

Vom Wickungsaufbau, gängig ist, von innen nach außen:
Erste Hälfte der Primärwicklung
Sekundärwicklungen
Zweite Hälfte der Primärwicklungen

Aber wie schon gesagt: Wenn du dein Design nicht vollständig offen 
legtst kann dir keiner wirklich helfen!!!
Welcher Kern, wie gewickelt, welche Kapazitäten, Frequenz?
Hast du mal eine Kleinsignalanalyse gemacht?

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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Hi Andi,
ich verwende einen ETD49-Kern mit 2 mm Luftspalt.
Der Kern selber hat einen AL-Wert von 3500, aber mit dem Luftspalt wird 
der natürlich geringer, ich weiss den Wert aber nicht mehr auswendig.
Windungszahlen werde ich noch nachreichen, weil ich sie auch nicht 
auswendig weiss.
Als Schaltfrequenz verwende ich jetzt 50 kHz. Möglich wären aber auch 
mehr (oder weniger), testweise bin ich runter bis 10 kHz gefahren 
(Autsch, das Pfeifen tut weh in den Ohren :-))) und hoch bis 250 kHz 
(hat keine grosse Verbesserung gebracht).
Der FET schaltet auch einwandfrei ein und aus, das Gate-Signal weist 
saubere Flanken auf (Anstiegs/Abfallzeit ca. 100 ns).

Wie sollen die Wicklungen aufgebaut sein? Einlagig, dazwischen 
Isolationsmaterial, oder kann ich direkt mehrlagig übereinander wickeln?
Ich habe es so gemacht, dass ich normalen Kupferdraht verwendet habe, 
den ich Windung dicht an Windung gewickelt habe. Erst habe ich alle 
Sekundärwicklungen gemacht, anschliessend eine Isolationsschicht aus 
Iso-Band, danach  die Sekundärwicklung.

Wie kann ich messtechnisch feststellen, ob der Wandler kontinuierlich 
oder diskontinuierlich arbeitet? Da stehe ich im Moment auf dem 
Schlauch.

Noch eine Frage bezüglich der Regelung:
Da ich die 100V sehr genau benötige, habe ich die Regelung mit diesen 
100V gekoppelt. Die 15V und die 3.3V laufen dann ja mit.
Leider tritt nun aber folgendes Problem auf:
Wenn ich die 100V nicht belaste, dann braucht der Sperrwandler ja nur 
einen kleinen Tastgrad. Sprich - auf der 3.3V und 15V-Seite bricht die 
Spannung ein, wenn ich ein bisschen Strom beziehe. Wenn ich an die 100V 
eine Last anschliesse, die ca. 100 mA bezieht, dann werden auch meine 
3.3 und 15V sehr stabil. Dummerweise schwankt die 100V-Last aber!
Wie kann man das lösen?

Viele Grüsse
    Tobias

Autor: G_dal (Gast)
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> Erst habe ich alle
>Sekundärwicklungen gemacht, anschliessend eine Isolationsschicht aus
>Iso-Band, danach  die Sekundärwicklung.

so geht das also

>(Anstiegs/Abfallzeit ca. 100 ns).

ist zwar nicht allzu schnell, dürfte aber an und für sich reichen

Das Problem mit dem Einbruch der nicht geregelten Spannungen kannst du 
an und für sich nur durch eine Grundlast an den 100V oder erhöhtem 
Serienwiderstand an dem Kondensator an den 100V lösen.

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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@G_dal

wie, so geht das also?
Ist das nicht okay so?

Was soll ein Seriewiderstand im 100V-Kreis denn bringen?

Gruss & danke

    Tobias

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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Tobias Plüss wrote:
> @G_dal
>
> wie, so geht das also?

In solchen Fällen wirst Du nicht darum herum kommen, mehrere oder alle 
Ausgangsspannungen zu regeln. Der Sperrwandler kann vom Prinzip her nur 
eine stabile Ausgangsspannung liefern. In solchen Fällen erzeugt man nur 
eine Spannung, z.B. 15 V bzw. die Spannung mit der größten Belastung und 
wandelt diese mit Step-Up- oder Step-Down-Wandlern in die anderen 
benötigten Spannungen um. Das hat auch den Vorteil, dass Du auf 
preiswerte Standardnetzteile zurückgreifen kannst und Dich nicht so sehr 
um VDE und EMV kümmern mußt. Für die sekundärseitigen Wandler kannst Du 
auf eine große Auswahl von Schaltregler-ICs zurückgreifen

> Was soll ein Seriewiderstand im 100V-Kreis denn bringen?

Das ist eher ein Parallelwiderstand (parallel zur Ausgangsspannung). 
Dieser sorgt dafür, dass die geregelte Spannung immer ausreichend stark 
belastet ist, damit auch die ungeregelten Spannungen einigermaßen stabil 
sind. Nachteil ist, dass Du permanent bis zu einige Watt verheizen mußt.

Jörg

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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@Jörg
vielen Dank für deine Erläuterungen.
Wie wird das denn in PC-Netzteilen gelöst, dass dort mit einem Trafo 
alle Ausgangsspannungen stabil erzeugt werden können?
Wird das tatsächlich so gemacht, dass man den Trafo auf 6V, 8V und 15V 
Ausgangsspannung dimensioniert und dann mit Linearreglern aus den 6V 
3.3V macht, 8V -> 5V und 15V -> 12V?
Wie wird denn dort die grosse Strombelastbarkeit erreicht? Oft kann man 
ja auf den 5V bis zu 20A beziehen. Das wird ja schwierig mit einem 
Linearregler.

Autor: G_dal (Gast)
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Der Serienwiderstand zum  Kondensator an der geregelten Spannung bringt 
eine stailisierugn der nicht geregelten Spannungen bei wenig Last auf 
der geregelten.

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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Hi G_dal,
okay, also wirklich ein SERIEwiderstand, und nciht PARALLELwiderstand?

noch eine Frage:
Was ist denn nun besser für im Dauerbetrieb. Lückender oder 
kontinuierlicher Betrieb? Da liest man immer unterschiedliche Sachen.

Autor: Andi (Gast)
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Ob dein Wandler im lückenden Betrieb ist, kannst du am Verlauf der 
Drainspannung ablesen:

Während der On-Phase ist sie (fast) null (Id * Rdson), unabhängig von 
der Betriebsart.

Zu Beginn der Off-Phase springt sie auf Uin + ü*Uout. (mit 
Überschwinger, bedingt durch die Streuinduktivität). Falls du im 
diskontinuierlichen (lückend) Betrieb bist, so fällt die Drainspannung 
auf Uin BEVOR die nächste On-Phase beginnt.(Dieser Abfall ist meistens 
von ner heftigen Schwingung überlagert, dein Trafo und verschiedenste 
Streukapazitäten bilden nen prima Schwingkreis).
Wenn also Uds relativ "rechteckig" mit nur zwei zuständen ist 
->kontinuierlich. Falls drei Zustände, von denen der letzte mit 
Schwingungen überlagert ist -> diskontinuierlich



Jeder Sperrwandler läuft bei geringer Last erst mal diskontinuierlich. 
Wenn die übetragene Leistung groß genug ist, geht er in den 
kontinuierlichen Betrieb über. Je nach Dimensionierung muss dieser 
Übergangspunkt nicht zwingend auch erreicht werden.

Beide Betriebsmodi haben Vor- und Nachteile, die auch sehr vom konkreten 
Fall abhängen.

Ich würde dir empfehlen - außer du hast triftige Gründe - dein Netzteil 
vom Trafo her so zu dimensionieren, dass es auch bei Maximallast und 
minimaler Eingangsspannung noch diskontinuierlich bleibt. Ist von der 
Regelung - vor allem mit einem Voltage-Mode-IC, wie du es verwendest 
einfacher regelbar.

http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/spw_gfx2.png

Wenn du noch die Wickeldaten postest, kann ich mal schaun, bei welcher 
Leistung der Übergang ist. Ich verwett a Dragerl Bier, dass das der 
Punkt ist, ab dem bei dir die Schwingungen einsetzen ;-)

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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Hi Andi,
Okay dann werde ich mal versuchen das Teil bisschen umzudimensionieren.
Meine Wickeldaten werde ich dir morgen schicken, den Trafo habe ich 
nicht hier.
Was ich schon mal sagen kann ist: Kern ETD59, Material N87, Luftspalt 2 
mm.
Primärwicklung hat, wenn ich mich Recht erinnere, 100 Wicklungen, und 
sekundär 25 (?), bin mir aber nicht mehr ganz sicher.

Gruss

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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Tobias Plüss wrote:

> okay, also wirklich ein SERIEwiderstand, und nciht PARALLELwiderstand?

Ziemlich eindeutig parallel (zur Ausgangsspannung)

> noch eine Frage:
> Was ist denn nun besser für im Dauerbetrieb. Lückender oder
> kontinuierlicher Betrieb? Da liest man immer unterschiedliche Sachen.

Lückender Betrieb hat auf jeden Fall immer den Vorteil, dass die 
Gleichrichterdioden stromlos sind, wenn der Schalttransistor wieder 
einschaltet. Das erhöht den Wirkungsgrad, weil das verlustreiche 
Schalten gegen die Sperrverzugsladung vermieden wird. Bei Verwendung von 
Schottky-Gleichrichtern ist das weniger problematisch.

> Wie wird das denn in PC-Netzteilen gelöst, dass dort mit einem Trafo
> alle Ausgangsspannungen stabil erzeugt werden können?

Zunächst mal sind PC-Netzteile üblicherweise keine Sperrwandler sondern 
Flußwandler. Bei Leistungen über 100W werden Sperrwandler kaum noch 
eingesetzt.
Bei üblichen PC-Netzteilen werden nur 5V und 3,3V stabil geregelt. Die 
5V werden primärseitig über die Einschaltdauer der Transistoren 
geregelt. Die 3,3V-Regelung setzt auf die 5-V-Regelung auf und 
funktioniert nur, wenn die 5V mit einer minimalen Last belastet wird und 
primärseitig eine ausreichende Pulsbreite eingestellt ist. Über eine 
"Schaltdrossel" wird die Pulsdauer der Trafospannung aus dem 5-V-Zweig 
für den 3,3-V-Zweig in Abhängigkeit einer steuerbaren Vormagnetisierung 
so verkürzt, dass am Ende genau 3,3 V rauskommen. Die restlichen 
Spannungen sind i.d.R. ungeregelt und können ihren Sollwert nur dann 
einigermaßen einhalten, wenn die 5-V-Schiene gut belastet ist. Die 
gemeinsame Drossel für mehrere Ausgangsspannungen verbessert nur die 
Stabilität bzw. Kopplung an den 5-V-Zweig, ersetzt aber nicht die 
Regelung der Ausgangsspannung.
Manchmal werden auch die negativen Spannungen mit einem Linearregler 
stabilisiert. Die sind dann aber mit kaum mehr als 0,5A belastbar.

> Wird das tatsächlich so gemacht, dass man den Trafo auf 6V, 8V und 15V
> Ausgangsspannung dimensioniert und dann mit Linearreglern aus den 6V
> 3.3V macht, 8V -> 5V und 15V -> 12V?

Natürlich nicht, damit würde man ja auf einen wesentlichen Vorteil des 
Schaltnetzteiles hinsichtlich Wirkungsgrad verzichten.

> Wie wird denn dort die grosse Strombelastbarkeit erreicht? Oft kann man
> ja auf den 5V bis zu 20A beziehen. Das wird ja schwierig mit einem
> Linearregler.

Schwierig ist das nicht, aber sehr unwirtschaftlich. In Zeiten, als 
Linearnetzteile noch hoch im Kurs standen, gab es durchaus auch 
Linearnetzteile (keine Labornetzteile), die bei 5 V weit mehr als 20 A 
liefern konnten. Auch die ersten "PC-Netzteile", z.B. für den guten 
alten C64, waren Linearnetzteile, wenn auch mit deutlich niedrigerer 
Leistung.

Jörg

Autor: Miro (Gast)
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Hallo,

ETD59, aus N87 und einem Luftspalt von 2mm ergibt einen AL-Wert von 311 
nH und ein µe von 94.
Aber Achtung, der AL-Wert ist davon abhängig, inwieweit deine Spule 
ausgewickelt ist, bzw wo im Kern sich deine Spule befindet.

Gruß

Miro

Autor: GB (Gast)
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----  Andi (Gast) wrote:
> Ob dein Wandler im lückenden Betrieb ist, kannst du am Verlauf der
> Drainspannung ablesen:

Einfacher ist es, sich den Verlauf des Primärstroms anzusehen (einfach 
über dem Shunt messen)

Dreiecksförmig: Discontinuous Conduction Mode (lückend) oder Critical 
Conduction Mode (an der Lückgrenze)

Trapezförmig: Continuous Conduction Mode (nichtlückend)

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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Hi Leute,
so ich habs aufgegeben - der Sperrwandler ist wohl mit solchen 
Leistungsdaten nicht wirklich gut aufzubauen.
Ich krieg's nicht hin, dass ich stabile Ausgangsspannungen bekomme!

So, nun habe ich mir das Buch "Schaltnetzteile und ihre Peripherie" 
besorgt.
Dort ist der Eintakt-Flusswandler genau erklärt, und es heisst dort, 
dass der gerne Eingesetzt wird für grössere Leistungen.
Also dachte ich mir, dass das vielleicht was sein könnte.
Der Aufbau sieht auch recht ähnlich aus wie der Sperrwandler.
Nur gibts noch ne Wicklung mehr, und am Ausgang sitzt ne Drossel.

So, nun wollte ich mal mit Schmidt-Walter so ein Teil dimensionieren. 
Dort heisst es aber, dass der Flusswandler nur eine Ausgangsspannung 
habe.
Meine Frage:
Stimmt das? Kann ich nicht einfach 2, 3 oder gar 4 Sekundärwicklungen 
mit wickeln? und wenn nicht, weshalb?
Weiter oben heisst es ja, dass PC-Netzteile üblicherweise Flusswandler 
sind.
Die haben ja auch viele Ausgangsspannungen.

Weiter wurmt mich die Dimensionierung etwas.
Ich will nicht einfach nach System Schmidt-Walter Werte in ein Formular 
eingeben und das richtige Resultat ablesen, sondern ich will wissen was 
da gerechnet wird. In "Schaltnetzteile und ihre Peripherie" heisst es:

L = (T  Ua  (ü * Ue - Ua)) / (2  Iag  ü * Ue),

wobei

L = Primärinduktivität,
T = Periodendauer der Taktfrequenz,
Ua = Ausgangsspannung,
ü = Verhältnis der Windungszahlen,
Ue = Eingangsspannung,
Ua = Ausgangsspannung,
Iag = minimaler Ausgangsstrom

ist.
Nun stelle ich mir natürlich die Frage, welches Ue man da einsetzen 
soll, wenn Ue zwischen 24..60 V betragen kann. Das Minimum oder das 
Maximum?
Der Rest ist klar, und die Herleitung des ganzen leuchtet mir auch so 
halbwegs ein.

Ich hoffe ihr könnt mir einen Tipp geben,
vielen Dank schon im Voraus!

Grüsse
 Tobias

Autor: Miro (Gast)
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Hallo Tobias,

irgendwie fehlt mir in deiner Formel der maximale Dutycycle, auch ist 
die Primärinduktivität relativ wurscht. In der Regel werden für 
Durchflußwandler immer Luftspaltlose Kerne verwendet, somit ist die 
Primärinduktivität eher etwas höher (als bei Sperrwandlern) aber auch 
extrem Toleranzbehaftet, (+/- 30-40%).
Für die Berechnungen nimmt man in aller Regel eigentlich immer die 
minimale Eingangsspannung, diese kombiniert mit dem maximalen Dutycycle 
geben dir dann das Übersetzungsverhältnis, dann mußt du nur noch über 
die Spannungs-Zeit-Fläche die minimale Windungszahl berechnen, damit 
dein Ferritkern nicht in die Sättigung geht.
Dann solltest du dir noch Gedanken machen, ob die entstehende 
Verlustleistung im Kern und in der Wicklung den Trafo nicht zu heiß 
werden lassen.

Die zusätzliche Wicklung ist dazu da, den Kern nach dem Abschalten des 
Transistors wieder zu entmagnetisieren, sonst hast du einen Gleichstrom 
überlagert, den der Trafo mit abkönnen muß, ohne in Sättigung zu gehen.


Gruß

Miro

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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@Miro
vielen Dank erst mal für deine Erläuterungen.
Wie kann ich denn das Übersetzungsverhältnis sinnvoll bestimmen, damit 
der Tastgrad in einem gut regelbaren Bereich bleibt?
Und wie dimensioniere ich die Primärinduktivität denn dann? die darf ja 
wohl nicht beliebig klein sein.
Und, was ich auch noch nicht weiss: funktioniert das mit mehreren 
Sekundärwicklungen? z.B. eine Wicklung für 5 V, eine für 12 V.
Geht das?

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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Tobias Plüss wrote:
> Wie kann ich denn das Übersetzungsverhältnis sinnvoll bestimmen, damit
> der Tastgrad in einem gut regelbaren Bereich bleibt?

Beim Flußwandler wird das direkt durch das Produkt aus 
Windungsverhältnis und mittlerer Einschaltdauer bestimmt. Bei 
Eintaktwandlern sollte die Einschaltdauer kleiner als 50% bleiben, damit 
die Entmagnetisierungsspannung nicht zu hoch wird.

> Und wie dimensioniere ich die Primärinduktivität denn dann? die darf ja
> wohl nicht beliebig klein sein.

Die Trafoinduktivitäten sind beim Flußwandler völlig irrelevant, sofern 
Du einen Kern ohne oder mit sehr kleinem Luftspalt verwendest. Wichtig 
ist der max. magn. Fluß, der sich aus dem Kernquerschnitt und der 
Sättigungsinduktion des Materiales ergibt (0,2-0,3 Tesla bei Ferrit). 
Setzt Du die Fläche in mm² ein, erhälst Du einen Wert in der Einheit µVs 
bzw. Vµs. Bei mittleren Kernen liegt dieser Wert in der Größenordnung 
von 40 µVs. Der Wert von 40 µVs besagt, dass Du auf einer Windung um den 
entmagnetisierten Kern eine Spannung von 1 V max. 40 µs oder auch 40 V 
für 1 µs eingeschaltet lassen darfst, bevor der Kern in die Sättigung 
geht. Bei Gegentaktwandlern verdoppelt sich die zulässige Einschaltdauer 
nochmal, weil ja in die erste Hälfte der Einschaltzeit noch die 
Entmagnetisierung des vorausgegangenen Gegentaktes fällt.
Unabhängig davon würde ich mich an Deiner Stelle ohne ausreichende 
Erfahrungen nicht am Flußwandler versuchen. Der ist wesentlich 
empfindlicher gegen Überlastung und erfordert eine ausgefeilte 
Schutzschaltung.

> Und, was ich auch noch nicht weiss: funktioniert das mit mehreren
> Sekundärwicklungen? z.B. eine Wicklung für 5 V, eine für 12 V.
> Geht das?

Es wurde ja bereits beschrieben, wie das beim PC-Netzteil geht.

Jörg

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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Hi Jörg,
Danke für deine Erläuterungen.

Dass der Flusswandler nicht so einfach ist, ist mir klar, 
Schaltnetzteile sind ja allgemein nicht wirklich simpel. Aber da ich ja 
vorher schon einige gebaut habe, die auch noch laufen, denke ich kann 
ich es durchaus versuchen. Die Regelung ist kein Problem, auch die 
FET-Ansteuerung etc. hab ich im Griff. Das einzige, was nicht ganz klar 
war, ist die Trafo-Dimensionierung, aber ich denke das sollte auch zu 
schaffen sein.
Von den umfangreichen nötigen Schutzschaltungen habe ich, ehrlich 
gesagt, keinen blassen Schimmer. Aber ich denke mal, man muss gegen 
einen zu hohen Ausgangsstrom schützen, oder? Weil der Flusswandler die 
Energie in der Leitphase des Transistors überträgt, kommt am Ausgang 
wohl prinzipiell beliebig viel Strom raus.

Wie das beim PC-Netzteil geht wurde nicht erklärt, sondern lediglich, 
wie die Regelung da gelöst ist. Die Frage ist jetzt, ob das wirklich 
nötig ist. Ich denke mal, wenn ich am Ausgang 12 V anliegen habe auf 
einer Wicklung mit 10 Windungen, dann müsste ich ja an einer Wicklung 
mit 5 Windungen automatisch immer 6 V haben, unabhängig davon, wie stark 
die 12 V oder die 6 V belastet sind. Ich denke beim Flusswandler laufen 
die Spannungen besser mit als beim Sperrwandler?

Gruss
    Tobias

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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Tobias Plüss wrote:

> Von den umfangreichen nötigen Schutzschaltungen habe ich, ehrlich
> gesagt, keinen blassen Schimmer. Aber ich denke mal, man muss gegen
> einen zu hohen Ausgangsstrom schützen, oder? Weil der Flusswandler die
> Energie in der Leitphase des Transistors überträgt, kommt am Ausgang
> wohl prinzipiell beliebig viel Strom raus.

Das reicht nicht. Eine Überlastung kann schon stattfinden, wenn die 
Elkos zu schnell aufgeladen werden oder der Kern in die Sättigung gerät, 
warum auch immer.

> Wie das beim PC-Netzteil geht wurde nicht erklärt, sondern lediglich,
> wie die Regelung da gelöst ist.

In den ersten Antworten wurde u.A. auf die Technik mit den gekoppelten 
Drosseln hingewiesen. Damit Du mal siehst, wie das gemacht wird und was 
auf Dich zukommt:
http://www.smpspowersupply.com/ATX_power_supply_sc...

> Die Frage ist jetzt, ob das wirklich
> nötig ist. Ich denke mal, wenn ich am Ausgang 12 V anliegen habe auf
> einer Wicklung mit 10 Windungen, dann müsste ich ja an einer Wicklung
> mit 5 Windungen automatisch immer 6 V haben, unabhängig davon, wie stark
> die 12 V oder die 6 V belastet sind.

Theoretisch ja, wenn da nicht die Streuinduktivität wäre.

> Ich denke beim Flusswandler laufen
> die Spannungen besser mit als beim Sperrwandler?

Der Flußwandlertrafo hat genauso eine Streuinduktivität wie ein 
Sperrwandlertrafo. Von daher ist die Kopplung zwischen den 
Ausgangsspannungen prinzipiell nicht besser.

Jörg

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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@Jörg
aber wenn man den Kern ausreichend dimensioniert, wird der ja wohl nicht 
in die Sättigung gehen. Dafür sollte ja die Entmagnetisierungswicklung 
dienen.
Und - warum sollte der Wandler überlastet werden, wenn die Elkos zu 
schnell geladen werden? Ich denke, wenn ich den Wandler auf 2 A 
Ausgangsstrom dimensioniere (die ich ja auch brauchen werde), dann 
kratzt das den doch nicht, wenn da paar Elkos sind, die geladen werden. 
Oder doch? Ich weiss es eben nicht. Aber ich werde morgen mal einen 
kleinen Testaufbau machen.


> Damit Du mal siehst, wie das gemacht wird und was auf Dich zukommt:

Das Schema sieht zugegebenermassen kompliziert aus. Aber so viele Trafos 
wie da drauf sind werde ich ja auch kaum brauchen. Einer reicht - ich 
brauche z.B. kein isoliertes Feedback. Wenn es geht, möchte ich 
nämlichgerne eine Hilfswicklung auf dem Trafo machen, die zugleich den 
Steuerteil versorgt und als Feedback dient. Bei meinem Sperrwandler wird 
das so gemacht, und es funktioniert ja auch. Warum der Wandler nicht 
richtig regelt und schwingt, habe ich mittlerweile rausgefunden*. Und 
dass die Spannungen da auseinander laufen, liegt wohl einfach daran, 
dass der Trafo nicht so doll gewickelt ist. Der Sperrwandler soll da ja 
wirklich heikler sein als andere Wandler.
Ich denke, durch einen ordentlichen Kern wird sich die Kpllung bei einem 
Flusswandlertrafo deutlich verbessern lassen, meinst du nicht? Es 
braucht ja einen ohne Luftspalt. Ich würde da einen PM-Kern nehmen. Das 
sollte passen denke ich. Der ist noch bisschen massiver als der ETD.

Gruss
 Tobias


* warum die Sperrwandler-Regelung zu schwingen angefangen hat: Der 
Gate-Treiber, den ich einsetze, überwacht den MOSFET auf Überlastung. In 
meinem Fall war der MOSFET etwas zu knapp dimensioniert (ich hatte grade 
keinen grösseren), sodass der Treiber 'bemerkt' hat, dass der MOSFET 
überlastet ist. Dadurch schaltete er den MOSFET ab, die Spannung am 
Ausgang ist eingebrochen, wodurch der Regler versucht hat, dies 
auszuregeln, usw. Ich hab jetzt 2 FETs parallel, damit geht es 
einwandfrei - aber die Spannungen laufen immer noch auseinander, wenn 
man sie belastet ;-) In "Schaltnetzteile und ihre Peripherie" beschreibt 
der Autor einen Testaufbau, den er angeblich selber gemacht hat, mit 
einem Sperrwandler. Die Spannungen sind da nie mehr als +/- 0.5 V 
auseinander gelaufen.

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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Tobias Plüss wrote:
> aber wenn man den Kern ausreichend dimensioniert, wird der ja wohl nicht
> in die Sättigung gehen. Dafür sollte ja die Entmagnetisierungswicklung
> dienen.

Auch ein ausreichend dimensionierter Kern kann im Fehlerfall in die 
Sättigung gehen. Die Entmagnetisierungsspule kann die Sättigung nicht 
verhindern. Sie dient nur dem Recyclen der Magnetisierungsenergie.

> Und - warum sollte der Wandler überlastet werden, wenn die Elkos zu
> schnell geladen werden? Ich denke, wenn ich den Wandler auf 2 A
> Ausgangsstrom dimensioniere (die ich ja auch brauchen werde), dann
> kratzt das den doch nicht, wenn da paar Elkos sind, die geladen werden.
> Oder doch? Ich weiss es eben nicht. Aber ich werde morgen mal einen
> kleinen Testaufbau machen.

Kommt darauf an, wie groß die Elkos sind. bei zu schneller Ladung geht 
zuerst die Speicherdrossel in die Sättigung und dann wird der Ladestrom 
nur noch durch die idealerweise sehr geringe Streuinduktivität des 
Trafos begrenzt. Dazu kann noch kommen, dass die überlasteten 
Gleichrichter nicht genügend schnell sperren und dadurch die 
Entmagnetisierungsphase zu kurz ausfällt und dann geht auch der Trafo in 
die Sättigung. Ein Primärschalter kann bei Überlastung innerhalb von 
Mikrodekunden zerstört werden.

>> Damit Du mal siehst, wie das gemacht wird und was auf Dich zukommt:
>
> Das Schema sieht zugegebenermassen kompliziert aus.

Die Teile werden in riesigen Stückzahlen zu niedrigsten Preisen 
produziert. Du kannst davon ausgehen, dass dort kein Teil eingebaut ist, 
auf das man verzichten könnte.

> Aber so viele Trafos
> wie da drauf sind werde ich ja auch kaum brauchen. Einer reicht - ich
> brauche z.B. kein isoliertes Feedback. Wenn es geht, möchte ich
> nämlichgerne eine Hilfswicklung auf dem Trafo machen, die zugleich den
> Steuerteil versorgt und als Feedback dient. Bei meinem Sperrwandler wird
> das so gemacht, und es funktioniert ja auch.

Beim Flußwandler funktioniert das aber nicht so einfach.

> Warum der Wandler nicht
> richtig regelt und schwingt, habe ich mittlerweile rausgefunden*. Und
> dass die Spannungen da auseinander laufen, liegt wohl einfach daran,
> dass der Trafo nicht so doll gewickelt ist. Der Sperrwandler soll da ja
> wirklich heikler sein als andere Wandler.
> Ich denke, durch einen ordentlichen Kern wird sich die Kpllung bei einem
> Flusswandlertrafo deutlich verbessern lassen, meinst du nicht? Es
> braucht ja einen ohne Luftspalt. Ich würde da einen PM-Kern nehmen. Das
> sollte passen denke ich. Der ist noch bisschen massiver als der ETD.

Die Kopplung ist in erster Linie eine Frage der Wickeltechnik.
Besorge Dir doch einfach mal einen oder mehrere alte CRT-Monitore. Dort 
sind i.d.R. Sperrwandlertrafos mit mehreren Ausgangsspannungen zwischen 
5 V und 200 V verbaut. Vielleicht findest Du ja zufällig einen 
passenden. Dann kannst Du ja auch gleich die Schaltung und die Bauteile 
übernehmen ;-)

Jörg

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