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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Leerlaufverluste bei Flußwandler


Autor: Peter (Gast)
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Hallo
Ich habe mir mal zum Akku laden einen Flußwandler gebaut von 12 auf 24 
V.
Zur Ansteuerung verwende ich einen Chip bei dem ich Frequenz und PWM 
ändern kann.
Als Grundschaltung habe ich den Halbbrücken Duchflußwandler
wie bei http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/hdw_hilfe.html verwendet.
Als Kern hatte ich noch einen Amidon Ringkern FT240-77 (etwas groß aber 
vorhanden )
Da=61mm
Di=35mm
Dicke=12mm
ur=2000
N1=20
N2=50 ( wegen der normalen Verluste )
Frequenz und PWM kann ich Regeln bis es paßt.
Die Schaltung braucht bei 12V im Leerlauf schon ca. 0,5 A .
Ist das normal ?


Das ganze ungeregelt da immer der gleiche Akku geladen wird.

Danke
Peter

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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Dünkt mich ein bisschen viel, ist aber nicht ganz einfach da ne 
"Ferndiagnose" zu machen. So Pi mal Daumen würde ich sagen, passt das, 
wenn nichts warm wird.
Wie sieht dein Trafo aus? Wie steuerst du die MOSFET an?
Ich könnte mir auch gut vorstellen, dass der Stromverbrauch ziemlich 
gross wird, wenn du zu langsame Dioden einsetzt. Was hast du für welche 
verbaut?
Wenn sie allerdings zu langsam wären, dann müssten sie warm werden. Prüf 
das doch mal.
Da du eh nur 12 V Eingangsspannung hast, könnte man bereits darüber 
anchdenken, Schottky-Dioden zu verwenden, die wären von der 
Geschwindigkeit her sicher ausreichend.

PS: ungeregelt wird das m.E. kaum funktionieren - Während der Akku 
geladen wird, zieht er ordentlich Strom; wir er immer weiter geladen, 
sinkt auch der Strom. Wenn du den Tastgrad deiner PWM da nicht 
nachführst, dann wird einfach die Spannung steigen.
Meistens ist bei DC-Wandlern die Ausgangsspannung nur im oberen 
Lastbereich nur noch vom Tastgrad abhängig; Bei kleiner oder gar keiner 
Last musst du den Tastgrad dann aber drastisch zurück fahren, da dir 
ansonsten die Ausgangsspannung hoch läuft.

Autor: MaWin (Gast)
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> Ist das normal ?

Bei einem 1kW Wandler mag das passen, aber du schweigst dich natürlich 
über alles Wichtige aus, von realer Frequenz, realer Schaltzeit des 
Transistors (I- und U- Kurve per Oszilloskop), realen 
Transistorkenndaten, realen Drahtdurchmesser.... Dein Schaltplan wird 
militärisches Geheimwissen sein, und selbst mal nachgerechnet, welche 
Verluste in so einer Diode, im Transistor, im Kern auftreten, und dann 
per Teperaturkontrolle überprüft, hast du auch noch nicht. Was fragst du 
also hier so ohne Angaben?

Autor: Peter (Gast)
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Hallo
Danke für die Antwort
Also geheim ist nichts der Chip ist der TL494CN mit dem ich mit zwei 
Potis
PWM (0-100) und Frequenz (bis ca. 25KHz) ändern kann, Standartschaltung 
aus dem Netz.

Ansonsten für den Halbbrücken Duchflußwandler
 http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/hdw_hilfe.html
Die beiden Mosfets sind IRF840.
Die Dioden sind Schottky LT340 Dioden.
Eigentlich zum probieren recht einfach.
Ja stimmt ich komme wahrscheinlich nicht um Regeln rum.

Leider weiß ich nicht so genau ob diese Schaltungen in dieser Form OK 
sind.
Ziel ist es zuerst mal eine oder mehrere Birnen zum Leuchten zu bringen.
( Wenn das geht mache ich weiter mit der Reglung und dem Akku. )

Im Prinzip müsste bei einer oder mehreren Birnen gehen, da die Last 
konstant ist.

Ich vermute das Problem liegt am Ringkern kann das sein ?
( Zu groß der Falsches Material )

Sorry leider fehlt mir zur Zeit noch der Durchblick, bin aber noch am 
lesen komme aber nicht richtig weiter.
Vielleicht könnt ihr mir ja etwas helfen das richtige Material für den 
Ferritring auszuwählen.
( Leistung von ca. 30-50W will ich übertragen )


Danke
Peter

Autor: MaWin (Gast)
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> Standartschaltung aus dem Netz.

Na wenn du schon aus dem Netz hast, was du für die Standardschaltung 
hältst, warum verschweigst du dann den Link ? Du willst bloss keine 
Arbeit deinerseits in deine Frage stecken ?

6W Leerlauf bei 30-50W Nenn ist schon sehr heftig, da hast du also 
irgendwas ungünstig gemacht.

Ein IRF840 für 500V ist sicher die falsche Wahl, die SB340 primär 
unterdimensioniert, 25KHz wohl nicht das Problem, ein FT240-77 nicht für 
Power-Transformers gedacht aber gnadenlos überdimenioniert, aber selbst 
alles zusammen reicht nicht für 6W. Ich schaetze, die Ansteuerung der 
MOSFETs ist schuld.

Autor: Fralla (Gast)
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>Ich vermute das Problem liegt am Ringkern kann das sein ?
Woraus besteht der kern?
Wenns ein Pulverkern ist, kann es durchaus an einem hohen 
magnetisierungsstrom liegen.

Nimm einen Ferittkern, EFD Bauform würde sich anbieten. Und wieso 
ungeregelt? TL494CN, da gibts zwar bessere aber der kanns auch.

MFG

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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Wie ich bereits gesagt habe, wird es ohne Regelung nicht so doll 
funktionieren.
Der TL494 ist ein gängiger IC für diese Anwendung; ich habe den zwar 
noch nie eingesetzt, weil ich eher den LM3524 präferiere, aber das ist 
wohl Geschmackssache. Es geht mit beiden.
Wie viele Windungen hast du denn auf deinem Kern?
25 kHz finde ich auch ein bisschen wenig. Ich würde eher so in Richtung 
50 kHz gehen, es darf gerne auch mehr sein, aber das wird dann nicht 
mehr so einfach zum Aufbauen. Aber je höher die Frequenz, desto kleiner 
wird natürlich dein Trafo (und ebenso die Drossel).
Was hast du für einen Kern?
Ich würde auch, wie Fralla schon sagte, einen EFD oder ETD-Kern 
verwenden, aus N87-Material und bei einer Frequenz von ~50 kHz.

Autor: Fralla (Gast)
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>Amidon Ringkern FT240-77
Eisenpulver, also ein Kern mit vielen kleinen Luftspalten....
Hoffe mit dem hast  nicht einen Transformator gebaut sondern für die 
Filterdrossel eingeseztz.
Trotzdem sind diese Amidon Ringkerne das Letzte von den Verlusten her.

Lies dich mal da rein: 
http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/etd_hilfe.html
http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/trafo_hilfe.html

Für 30W-50W würde ich aber nie einen 2-Switch-forward einsetzten, aber 
jeder wie er meint.
Die restlichge Bauteile sind auch nicht optimal gewählt? Und wie 
steuerst du den High-Side-Fet?

MFG

Autor: Peter (Gast)
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Hallo
Danke für die schnelle Antwort.
Der Kern war ein  Amidon Ringkern FT240-77 (etwas groß aber
vorhanden )

Ich habe die Mosfets direkt an den Ausgang des TL494CN angeschlossen.
Ich glaube da sollten noch Wiederstände dazwischen.

Die 6W kamen mir auch zu hoch vor.

Könnte an der Ansteuerung der Mosfets liegen, die werden richtig heiß.
allerdings sieht das Signal recht steil aus.

Was haltet ihr davon aus einem alten PC Netzteil einen Ferrittafo zu 
verwenden ?
Ich habe noch ein par defekte Netzteile.

Oder besser einen Ringkern aus N87 Material ?


Habe gerade bei Amidon mal nachgeschaut dort wird zum FT240-77 folgenden 
geschrieben:

(Permeabilität 2000) Ein Mangan-Zink-Material mit großer 
Sättigungsflußdichte bei hohen Temperaturen. Niedrige Kernverluste im 
Bereich von 1 kHz bis 1 MHz. Ideal für Transformatoren und 
Breitbandübertrager bis 30 MHz sowie zur Nebenwellendämpfung zwischen 2 
und 40 MHz.

Das wäre doch vom Material her OK oder ?


Danke
Peter

Autor: Fralla (Gast)
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Ich habe die Mosfets direkt an den Ausgang des TL494CN angeschlossen.
Ich glaube da sollten noch Wiederstände dazwischen.

Jetzt überleg welche GS Spannung der obere Mosfet sieht.....


>(Permeabilität 2000) Ein Mangan-Zink-Material mit großer
>Sättigungsflußdichte bei hohen Temperaturen. Niedrige Kernverluste im
>Bereich von 1 kHz bis 1 MHz. Ideal für Transformatoren und
>Breitbandübertrager bis 30 MHz sowie zur Nebenwellendämpfung zwischen 2
>und 40 MHz.

Das wäre doch vom Material her OK oder ?
Theoretisch ja, ist doch kein klassischer Eisenpulverkern.
Aber warum nicht zu bewährten Ferritmaterialien greifen? Diesen Amidon 
Angaben würde ich nicht vertrauen, klingt schon wie von einer 
Ebay-Endstufe...

Und der ist recht groß, bedenke dass die Verluste von VOLUMEN, Frequenz 
und Induktionshub abhängen.

Und 25kHz ist unnötig niedrig für die geringe Leistung znd Spannung.

Ich wüde deinen Spannungs und Leistungsberech mit ca 200kHz Betreiben.
Der wäre was für dich 
http://www.spulen.com/shop/product_info.php?products_id=613 und kostet 
im Prinzip nichts. Mit 10 primärwindungen und 200kHz wird der mit 100mT 
ausgefahren was ok, ist.
Wenn du die Frequenz trotzdem niedriger willst, dann nimm einfach ein, 
zwei Nummern größern.


Welche Filterrossel setzt du ein?

IRF840? weg damit! Veraltete Technik, hoher Widerstand. Schau dich bei 
Infineon nacht MOSFETs der Optimos Serie um...

MFG

Autor: MaWin (Gast)
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> Ich habe die Mosfets direkt an den Ausgang des TL494CN angeschlossen.

Von welchen Ausgaengen redest du ?
Der TL494 hat unangeschlossene (uncommitted) Transistoren.

> Was haltet ihr davon aus einem alten PC Netzteil einen Ferrittafo zu
> verwenden ?

Ein PC Netzteil schafft mehrere hundert Watt. Ausreichen wird er also, 
selbst wenn er bei 25 statt 100 oder 250 KHz betrieben wird. Aber sie 
brechen beim Abwicklen oft auseinander. Kauf doch einen neuen 
Kernbausatz. da könnte man sogar einen passenden nehmen, müsste ihn aber 
vorher AUSRECHNEN (bzw. mal im Datenblatt nach 
Ummagnetisierungsverlusten bei erwünschten Betroebsbedingungen gucken).

> Ich habe noch ein par defekte Netzteile.

Ich habe eher den Eindruck, du trollst, so ganz ohne Plan mal eben ein 
paar Bauteile aus der Bastelkiste zusammenzuwerfen, und sich dann 
wundern, warum es nicht funktioniert, ist nicht mehr der Weg für 
Elektronik im Schaltnetzteilbereich.

Wenigstens Grundlagen in der Gate-Ansteuerung von MOSFETs sollte man 
kennen, wenn man MOSFETs verwendet, wenigstens Grundlagen in 
Elektromagnetismus, wenn man Trafos bauen will.

Kein Wunder, dass Deutschland gegenüber China von Tag zu Tag verliert.

> allerdings sieht das Signal recht steil aus.

Schön, du hast Strom und Spannung also oszillographieren können, falls 
du also irgendwelche Hinweise haben willst, wäre es vielleicht nicht 
verkehrt, den Leuten diese Diagramme zu präsentieren, statt sie für dich 
zu behalten.

Autor: Peter (Gast)
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Hallo

Zum Kernmaterial auf den meisten Seiten im Netz habe ich gelesen
Ferrit wäre für den Kern besser als Eisen.
Da ich aber einen Durchfußwandler bauen will darf keine Luftspalt, auch 
nicht im Material vorhanden sein.

Der Luftspalt im Material ist ( bei Amidon ) nicht angegeben.
Wenn ich einen Kern wähle, mit großem ur ist doch der Luftspalt Anteil
geringer oder kann man das so nicht sehen.



Danke
Peter

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Peter (Gast)

>Da ich aber einen Durchfußwandler bauen will darf keine Luftspalt, auch
>nicht im Material vorhanden sein.

Stimmt so nicht. Es MUSS keiner sein, weil der Kern kaum Energie 
speichern muss.Wenn er aber doch einen hat und dennoch genügend 
Induktivität aufweist, dann ist es egal.

>Der Luftspalt im Material ist ( bei Amidon ) nicht angegeben.

Ist auch nebensächlich. Der Knackpunkt ist die Pemeabilität und die max. 
Flussdichte bzw. Durchflutung. Das sollte im Datenblatt stehen.

>Wenn ich einen Kern wähle, mit großem ur ist doch der Luftspalt Anteil
>geringer oder kann man das so nicht sehen.

Nicht ganz.

MFg
Falk

Autor: MaWin (Gast)
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> Der Luftspalt im Material ist ( bei Amidon ) nicht angegeben.

Doch, Ferrit, also kein Luftspalt.
Eisenpulver hat (distributed air gap) Zwischenräume.

Ferrit ist für Flusswandler als Koppeltrafo schon die richtige Wahl, nur 
sollte man halt einen Power Transformer nehmen, da hat der Hersteller 
dann auch gleich Diagramme mit der übertragbaren Leistung je nach 
Frequenz und Schaltwandlermethode und den zu erwartenden 
Ummagnetisierungsverlusten.

Wenn du einen geregelten Flusswandler baust, brauchst du noch eine 
weitere Drossel am Ausgang um den Strom zu glätten, das ist dann ein 
Eisenpulerkern. Der gelbe Ringkern im PC-Schaltnetzteil :-)

http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.33 schreibt:

The maximum magnetic field you can build up in the magnetic path is
independent of the gap - it is limited by the saturation flux for the
core material. The number of ampere-turns of current through the
winding required to generate that flux depends on the magnetic path
length. The magnetic path length through the core itself is divided by
the relative permeability of the core (about 1000 times air for
ferrites, and 10,000 times air for iron) so even a small air-gap can
dramatically increase the magnetic path length.

A ten-fold increase in magnetic path length allows a ten fold increase
in current through the winding before you hit stuaration, and reduces
the inductance of the assembly by a factor of ten, thus allowing a
factor of ten increase in the energy stored in the inductance (LI^2)
before saturation sets in.

A gap in a transformer core increases the leakage inductance, which is
usually undesirable.
Moreoever, a transformer isn't usually used as an energy storage
device, so increasing the energy storage capacity is rarely a design
priority.

Autor: Fralla (Gast)
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>Der gelbe Ringkern im PC-Schaltnetzteil :-)

Dass der immer gelb ist lol

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