Funktionsprinzip Royer Converter MOSFET

[Markus R. (Gast)]

Hallo zusammen,

kann mir jemand das Funktionsprinzip des Royer Converters in der 
MOSFET-Variante erklären?

http://www.mikrocontroller.net/articles/Royer_Converter

Es macht bei mit einfach nicht "klick"...

Vielen Dank im Voraus :-)
Gruß Markus

[Falk B. (falk)]

>kann mir jemand das Funktionsprinzip des Royer Converters in der
>MOSFET-Variante erklären?

Der funktioniert ähnlich wie die Bipolarvariante und ebenso ähnlich zum 
klassischen RC-Oszillator mit 2 Transistoren und über Kreuz Kopplung per 
Kondensatoren.
Der Trick liegt darin, wie bei vielen Oszillatoren, das sie durch einen 
"Tritt" beim schnellen Einschalten unsymetrisch einschalten. D.h. einer 
der beiden MOSFETs ist einen Tick schneller und stärker und schaltet.

Reden wir über diese Schaltung.

https://www.mikrocontroller.net/articles/Datei:Royer_MOSFET.png

Über D1 und D2 können sich die MOSFETs gegenseitig ausschalten, die 
Widerstände R1 und R2 können die Gates wieder hochziehen, wenn der 
gegenüberliegende MOSFET abschaltet.

Nehmen wir an, beim Einschalten ist Q1 ein klein wenig schneller und 
schaltet ein. Dadurch wird Q2 ausgeschaltet, weil dessen Gate über D2 
auf GND gezogen wird. Der linke Anschlu0 von L3 (Primärwicklung) liegt 
nun auf GND, der rechte ist auf "Tristate", weil Q2 sperrt. Damit wird 
die Stromversorgung über L2 kommen an die rechte Seite der 
Primärwicklung angelegt und der Strom beginnt zu steigen. L1 ist KEIN 
Kurzschluß für die Stromversorgung, aber auch dort steigt der Strom 
recht schnell an (Speicherdrossel wie im Step Up Wandler). Auf diesen 
Einschaltpuls reagiert der LC-Schwingkreis aus L2//(C2+C3) mit einer 
Schwingung, d.h. nach dem Ansteigen der Spannung an der rechten Seite 
von L3 sinkt diese wieder und geht bis nahe 0V, die Energie im 
Schwingkreis schwingt zurück. Dadurch wird aber auch das Gate von Q1 auf 
GND gezogen und der MOSFET dadurch ausgeschaltet. Für kurze Zeit sind 
beide MOSFETs ausgeschaltet. Nun kommt L1 ins Spiel. Die hat sich schon 
einige us mit Strom aufgeladen und Q1 unterbricht diesen Stromfluß nun. 
Die Reaktion darauf ist klar, die Gegeninduktionsspannung von L1 läßt 
die Spannung auf der linken Seite von L3 schnell ansteigen. Das widerum 
gibt das Gate von Q2 frei, welches nun über R2 hochgezogen werden kann. 
Damit ist nun Q2 am Zug und das Spiel beginnt von vorn, nur 
spiegelverkehrt.

Kann man dem folgen?

[Markus R. (Gast)]

Wahnsinn, vielen Dank!

Falk B. schrieb:
> Nehmen wir an, beim Einschalten ist Q1 ein klein wenig schneller und
> schaltet ein.


Das war glaube ich der Knackpunkt. Das heißt, Bauteiltoleranzen in den 
MOSFETs bestimmen quasi, welcher MOSFET als erstes durchschaltet, 
richtig?

Nochmals Danke für die ausführliche Erklärung, jetzt hab ich's drin! :-)

[Falk B. (falk)]

Ja. Das ist auch der Knackpunkt in Simulationen, dort sind die Bauteile 
EXAKT gleich und einige Oszillatorschaltungen schwingen nicht an. Da 
muss man gezielt Asymmetrie oder Startpulse einbauen. Die 
MOSFET-Variante ist auch deutlich kritischer bezüglich eines schnellen 
Einschaltens der Stromversorgung als die Bipolarvariante. Bei letzterer 
kann man die Versorgungsspannung fast langsam hochdrehen und das Ding 
schwingt trotzdem an.

[Markus R. (Gast)]

Dann habe ich jetzt alles verstanden. Vielen vielen Dank!!!

[Blödzillus (Gast)]

Danke auch für die Erläuterung.

Hier kann man den Elektronen ganz passabel beim Schwingen zusehen (wenn 
man die Simulationsgeschwindigkeit recht niedrig einstellt, und es mit 
dem Anschwingen klappt [Schalter zum Start öffnen]): 
http://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?cct=$+1+0.000005+0.01737739434504451+38+5+50%0Ag+640+576+640+592+0%0Ar+624+416+624+480+0+1000%0Ar+656+416+656+480+0+1000%0Ad+624+480+576+480+1+0.805904783%0Ad+656+480+704+480+1+0.805904783%0Ac+576+336+704+336+0+0.000001+10.519943543965772%0Al+576+304+704+304+0+0.00009999999999999999+0.7744453089794474%0Al+736+480+736+416+0+0.00019999999999999998+-0.16145308647021808%0Al+544+480+544+416+0+0.00019999999999999998+0.22576956801950643%0AR+544+416+544+368+0+0+40+5+0+0+0.5%0Af+656+528+704+528+0+1.5+0.02%0Af+624+528+576+528+0+1.5+0.02%0Aw+640+576+576+576+0%0Aw+576+576+576+544+0%0Aw+640+576+704+576+0%0Aw+704+576+704+544+0%0Aw+656+528+624+480+0%0Aw+624+528+656+480+0%0Aw+576+512+576+480+0%0Aw+704+512+704+480+0%0Aw+576+304+576+336+0%0Aw+704+304+704+336+0%0Aw+704+336+704+480+0%0Aw+576+336+576+480+0%0Aw+544+480+576+480+0%0Aw+704+480+736+480+0%0Aw+736+416+656+416+0%0Aw+656+416+624+416+0%0Aw+624+416+544+416+0%0As+656+528+640+576+0+1+false%0Ao+21+1+0+12291+13.651609101644794+1.2174850855983526+0+2+21+3%0A

Trotzdem habe ich ein paar Fragen:

1. Was, neben Versorgungsspannung, Verlusten und Frequenz, bestimmt den 
(Leerlauf-) Strom? Anders gefragt: wie lässt sich der Strom begrenzen 
(bei gegebener Frequenz)? Größere L1 und L2 (im Artikel "Entkopplung der 
Versorgungsspannung [wirkt als Konstantstromquelle]) reduzieren offenbar 
den Strom.

2. Könnte man den LC-Schwingkreis nicht "einfach" in eine H-Brücke 
setzen, z.B.

http://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?cct=$+1+0.000005+0.20306040966347483+38+5+50%0Ag+640+576+640+592+0%0Ac+576+480+704+480+0+0.000001+-1.5876615424814748%0Al+576+448+704+448+0+0.00009999999999999999+-0.5651698019761038%0AR+640+352+640+304+0+0+40+5+0+0+0.5%0Af+656+528+704+528+0+1.5+0.02%0Af+624+528+576+528+0+1.5+0.02%0Aw+640+576+576+576+0%0Aw+576+576+576+544+0%0Aw+640+576+704+576+0%0Aw+704+576+704+544+0%0Aw+656+528+576+480+0%0Aw+624+528+704+480+0%0Aw+576+512+576+480+0%0Aw+704+512+704+480+0%0Aw+576+448+576+480+0%0Aw+704+448+704+480+0%0As+656+528+640+576+0+1+false%0Af+624+400+576+400+1+1.5+0.02%0Af+656+400+704+400+1+1.5+0.02%0Aw+624+400+704+448+0%0Aw+656+400+576+448+0%0Aw+576+416+576+448+0%0Aw+704+416+704+448+0%0Aw+704+384+704+352+0%0Aw+704+352+640+352+0%0Aw+576+384+576+352+0%0Aw+576+352+640+352+0%0Ao+15+1+0+12291+14.737979028130692+1.3591980618773607+0+2+15+3%0A

Damit fielen auf den ersten Blick eine Reihe Bauteile weg (D,R,L), aber 
es wird wohl so einfach nicht sein..?

Falls doch, für diesen Fall fallen die o.g. Induktivitäten weg. Wie 
ließe sich dann der Strom einstellen/begrenzen?


3. Wie könnte man den Kurzschlussbetrieb vermeiden (wenn die Schaltung 
nicht anschwingt)?



Hintergrund: mein Versuch mit zwei NFET Typ "SI2302" (Vorsicht, via 
Aliexpress), L1=L2L=200 uH, normale Dioden, läuft bei 5 V und einem 
dicken 330nF MKP || ca. 42 uH (60 Windungen 0.3mm D=19, L15) bei 40 kHz, 
aber: 300 mA im Leerlauf!