"regelschwingung" in Closed loop Royer Converter

[cableer (Gast)]

Hallo zusammen,

ich spiele im Moment mit der Simulation eines Royerconverters herum. Mir 
war vorher nie so genau klar wie die Ausgangsspannung des 
Royerconverters überhaupt genau berechnet oder eingestellt werden kann. 
Sie ist ja sowohl von der Last als auch vom Übersetzungsverhältnis, den 
Basiswiderständen an den Transistoren uvm. abhängig.

Im Grunde ist das ziel ein geregeltes HV supply mit wenig Noise zur 
Versorgung von z.B MCP, Channeltrons etc.

Ich habe jetzt mal ein Design simuliert welches den Strom im Primärkreis 
steuern kann durch einen Transistor im Messezweig des Primärkreises. 
Feedback kommt von der gleichgerichteten Ausgangsspannung. Das 
Funktioniert soweit auch ganz gut, wie man aber im angehängten Bild zu 
erkennen gibt es eine Art Regelschwingung. Kann mir jemand erklären wie 
sie Zustandekommt?

Ist es ein Zusammenspiel aus der Schwingfrequenz des Primärkreises und 
der daraus resultierenden "diskreten" Regelbarkeit. Also immernur 
Schwingungspaketweisen steuerbarkeit? Oder wie habe ich mir dieses 
Verhalten zu erklären?

[IUnknown (Gast)]

Grausige Schaltung...

Den Strom so "analog" zu begrenzen erzeugt dir extreme Verluste in Q3.
Dazu kommt noch dass die Feedbackwiderstände sehr klein sind. Bei einer
des Wortes Hochspannung würdigen Spannung kommst du da auf ordentliche
Verluste. Geh mal eine Größenordnung höher.

Dass die Schaltung gerne dazu neigt nicht anzuschwingen, und in Folge
dessen Transistoren brät hast du vermutlich schon gemerkt ;)

Gucken wir uns die Schaltung mal genauer an. Du hast zwar nicht
geschrieben wo genau du gemessen hast, aber da du eine Referenzspannung
von 2V erzeugt hast und die grüne Trace um etwa 2V herumschwingt,
gehe ich mal davon aus dass dies die Spannung am negativen Eingang
des Opamps ist. Daraus folgt dass du eine Ausgangsspannung von ca
80V hast. Tun wir mal so als wäre der Wandler eine Stromgesteuerte
Stromquelle, und gönnen wir ihr mal 50% Wirkungsgrad, kommen wir auf
eine Stromverstärkung von etwa 0.075. Heißt für jedes Ampere welches
durch den Kollektor von Q3 fließt bekommst du etwa 75mA am Ausgang.

Ignorieren wir den Ausgangskondensator für eine Weile gibt das an
10kOhm eine Spannung von 750V bzw 18.75V am Eingang des Opamps.

(Beachte dass es sich dabei um eine Kleinsignalverstärkung
handelt. Heißt wir erhöhen den Kollektorstrom um einen sehr kleinen
Wert und gucken uns an was mit der Ausgangsspannung passiert, wobei
wir davon ausgehen dass alle nichtlinearen Effekte zu
ignorieren sind. Die Ausgangsspannung bleibt nahe bei 80V).

Mit diesem Wert bewaffnet gucken wir uns an was der Opamp damit macht.
Dieser hat selber erstmal eine sehr hohe Spannungsverstärkung, bis
in die Millionen hinein. Die Ausgangsspannung des Opamps zum
Basisstrom von Q3 hat nochmal eine hohe Verstärkung, da du quasi eine
Diode im Knick der Kennlinie betreibst, und dazu kommt noch die
Stromverstärkung von Q3 selber.

Wie du siehst, viel zu viel Gain. Selbst der Kondensator am Ausgang,
mit seiner Grenzfrequenz von etwa ~70Hz rettet dich da nicht mehr.
Das ganze schwingt.

Wie lösen wir das Problem?

Zuerst mal willst du den Opamp rückkoppeln. Das Feedback über die
ganze Schaltung gibt zuviel Phasendrehung, daher gib ihm erstmal
ein Resistives Feedback (Widerstand von Opamp-Ausgang zu negativem
Eingang).

Als nächstes bekommt Q3 einen Basisvorwiderstand, damit du nicht so
stark auf Bauteilparameter angewiesen bist.

Du kannst nun anfangen den Feedbackwiderstand des Opamps langsam zu
verändern bis die Schwingung aufhört. Etwas Ripple wirst du natürlich
am Ausgang haben.

Sobald das passiert ist wirst du merken dass die Ausgangsspannung nicht 
mehr stimmt. Das liegt daran dass du einen Regelfehler brauchst um
überhaupt ein Ausgangssignal zu erzeugen. Die übliche Lösung ist
ein Integrator, einfach umzusetzen mit einem Kondensator in
Reihe mit dem Opamp-Feedbackwiderstand. Das ist dann ein klassischer
PI-Regler.

Als Abschluss würde ich dir wirklich nahelegen die Schaltung zu ändern,
alleine schon der Anschwingsicherheit wegen. Was aktives mit einem
555er als Oszillator sollte ebenfalls gut funktionieren. Oder ein
guter alter TL494 mit komplementären Ausgang, perfekt für eine
Push-Pull-Schaltung.