Royer Converter - Spannungsspitzen

[B. S. (bestucki)]

Hallo zusammen

Ich habe mir einen Royer Converter gemäss Schema im Anhang aufgebaut, 
funktioniert auch wie gewünscht. Hinter dem Converter sitzt noch ein 
Schaltregler, der mit paar Widerständen Leistung verheizt (nur zum 
testen). Leider noch nicht genug, bei ca. 12 W am Ausgang des 
Schaltreglers ist Schluss (15W benötige ich). Die Ausgangsspannung des 
Converters bricht zusammen, die Frequenz des Primärschwinkreises 
verdoppelt sich, der Eingangsstrom steigt an und die Transistoren werden 
heiss.

Nun wollte ich die Basiswiderstände der Transistoren etwas verkleinern 
und bemerkte, dass an der Basis Überschwinger und Spannungsspitzen 
auftreten, diese reichen bis -6.6V (siehe Bild im Anhang). Bis jetzt für 
den Transistor kein Problem, der verträgt an der Basis bis zu -9V. Wenn 
ich nun die Basiswiderstände verkleinere, wird die Negativspannung an 
der Basis weiter steigen, somit auch die Spannungsspitzen.

Nun zur Frage:
Muss ich mir um die Spannungsspitzen Sorgen machen? Wenn ja, wie bekomme 
ich die weg? Oder gibt bessere Lösungen, um noch ein bisschen mehr 
Leistung aus dem Royer rauszukitzeln?

Danke bereits im Voraus für eure Hilfe! Falls noch Daten fehlen, bitte 
melden.


Oszi-Bild im Anhang:
1V/div, 2us/div, 0V auf der zweitobersten Linie

Daten zum Converter:
Primärwicklung: 2x10 Windungen, 1mm Draht, ca. 2x35uH
Steuerwicklung: 1x1 Windungen, 1mm Draht
Sekundärwicklung: 1x10 Windungen, 1mm Draht, ca. 35uH

Schaltregler:
LMR16030PDDA von TI
Ausgangsspannung: 5V
Schaltfrequenz: 200kHz

[MiWi (Gast)]

B. S. schrieb:

> Nun zur Frage:
> Muss ich mir um die Spannungsspitzen Sorgen machen? Wenn ja, wie bekomme
> ich die weg? Oder gibt bessere Lösungen, um noch ein bisschen mehr
> Leistung aus dem Royer rauszukitzeln?

Zeig mal ein Foto vom Meßaufbau... ich vermute die üblichen 
Wurstigkeiten  wie zB.:

Steckbrett, Massekabel vom Oszi verwendet und auch sonst lauter schöne 
große Schleifen aller Art...

[B. S. (bestucki)]

Ich hab jetzt mal die Sekundärseite entfernt und die Primärseite im 
Leerlauf laufen lassen: gleiches Ergebnis.

Im Anhang der Messaufbau sowie Vorder- und Rückseite der Schaltung. 
Netzteil sowie Oszi sind gegen Erde isoliert, ich benutze ein 
10:1-Tastkopf (10MOhm, 11pF).

MiWi schrieb:
> Massekabel vom Oszi verwendet

Meinst du damit das kurze Massekabel am Tastkopf, das ich verwendet 
habe?.

[Falk B. (falk)]

B. S. schrieb:
> Ich hab jetzt mal die Sekundärseite entfernt und die Primärseite im
> Leerlauf laufen lassen: gleiches Ergebnis.

Na immerhin ein reproduzierbares Problem.

> Im Anhang der Messaufbau sowie Vorder- und Rückseite der Schaltung.
> Netzteil sowie Oszi sind gegen Erde isoliert,

Wirklich? Die meisten Oszis sind das nicht. Ist hier aber gar nicht 
wichtig.

> ich benutze ein
> 10:1-Tastkopf (10MOhm, 11pF).

Mit einem ellenlangen Rattenschwanz als Masseleitung. MÖÖÖÖÖP!!!

https://www.mikrocontroller.net/articles/Oszilloskop#Tastk.C3.B6pfe_richtig_benutzen

> Meinst du damit das kurze Massekabel am Tastkopf, das ich verwendet
> habe?.

"Kurz" ist sehr subjektiv.

[Falk B. (falk)]

B. S. schrieb:

> Nun wollte ich die Basiswiderstände der Transistoren etwas verkleinern
> und bemerkte, dass an der Basis Überschwinger und Spannungsspitzen
> auftreten, diese reichen bis -6.6V (siehe Bild im Anhang). Bis jetzt für
> den Transistor kein Problem, der verträgt an der Basis bis zu -9V.

Viel hilft nicht immer viel. Du brauchst keine 6V Basisspannung! So ein 
NPN schaltet mit 1V SATT!!! Sieh zu, daß deine Steuerspannung bei 1-2Vpp 
liegt, das reicht! Ich vermute, daß das wilde Klingeln auch dadurch 
verursacht wird, daß deine Transistoren kurz vor dem Durchbruch an der 
Basis stehen.
Ok, die 6,6V sind nur die Überschwinger, die Grundschwingung ist bei ca. 
3,5V.

> Wenn
> ich nun die Basiswiderstände verkleinere, wird die Negativspannung an
> der Basis weiter steigen, somit auch die Spannungsspitzen.

Nö. Du hast zuviele Windungen auf der Steuerwicklung.

> Nun zur Frage:
> Muss ich mir um die Spannungsspitzen Sorgen machen?

Sieht häßlich aus und ist normalerweise nicht so.

> Wenn ja, wie bekomme
> ich die weg?

Besser dimensionieren, besser messen, ggf. besserer, HF-gerechter 
Aufbau.

> Oszi-Bild im Anhang:
> 1V/div, 2us/div, 0V auf der zweitobersten Linie

D.h. du hast 3V Sperrspannung an der Basis. Naja, geht so.
D.h. aber, du hast ~30V an der Primärwicklung. Warum nimmst du dann 400V 
HV-Transistoren? Die haben nicht nur Vorteile.

> Daten zum Converter:
> Primärwicklung: 2x10 Windungen, 1mm Draht, ca. 2x35uH
> Steuerwicklung: 1x1 Windungen, 1mm Draht
> Sekundärwicklung: 1x10 Windungen, 1mm Draht, ca. 35uH

Hmm, bei 1 Windung kann man kaum was verringern, wenn gleich 1mm 
Drahtstärke unnötig sind. Ist aber nebensächlich.

Schau dir auch mal dein Bild von DEINEM Aufbau an. Schau dir die Lage 
und Größe deiner Masseschleife am Tastkopf und deiner Primärwicklung an. 
Na, dämmert's?

[B. S. (bestucki)]

Falk B. schrieb:
> Wirklich? Die meisten Oszis sind das nicht. Ist hier aber gar nicht
> wichtig.

Hat ein zweipoliges Kabel dran.

Falk B. schrieb:
> Mit einem ellenlangen Rattenschwanz als Masseleitung. MÖÖÖÖÖP!!!

Ist behoben. Masseleitung ist jetzt nur noch 1cm lang. Die 
Spannungsspitze ist auf -4.6V gesunken, Spannungsform ist die gleiche. 
Habe noch die Frequenz der zusätzlichen Schwingung (die mit der 
Spannungsspitze) gemessen: 9.1MHz. Der Converter selbst schwingt bei 
109kHz.

Falk B. schrieb:
> Ok, die 6,6V sind nur die Überschwinger, die Grundschwingung ist bei ca.
> 3,5V.

3.5V ist die Sperrspannung. Die Vorwärtsspannung beträgt 0.6V.

Falk B. schrieb:
> Nö. Du hast zuviele Windungen auf der Steuerwicklung.

Hab nur eine :(

Falk B. schrieb:
> Besser dimensionieren, besser messen, ggf. besserer, HF-gerechter
> Aufbau.

Bin ich dran. Hab vorhin die Zuleitung der Steuerspule ein bisschen 
eingekürzt, weil diese einen Bogen machte. Die Spitze sank ein wenig. 
Weil ich es gerade nicht besser machen kann, machte ich es halt 
schlechter: Isolierter Schaltdraht mit Klebeband an der Primärwicklung 
befestigt => Die Spannungsspitze mit der dazugehörigen Schwingung stieg 
auf -13V. Es scheint wohl einen direkten Zusammenhang zwischen der 
Qualität der Steuerwicklung und dieser Störung zu geben.

HF-gerechter Aufbau: Da fehlt noch die Erfahrung, aber ich arbeite 
daran.

Falk B. schrieb:
> D.h. aber, du hast ~30V an der Primärwicklung. Warum nimmst du dann 400V
> HV-Transistoren? Die haben nicht nur Vorteile.

Ich messe hier 76V Spitzenspannung von Emitter zu Masse. Und die 
Transistoren lagen halt hier noch so rum.

Falk B. schrieb:
> Schau dir auch mal dein Bild von DEINEM Aufbau an. Schau dir die Lage
> und Größe deiner Masseschleife am Tastkopf und deiner Primärwicklung an.
> Na, dämmert's?

Jupp, dämmert. Danke!

[Falk B. (falk)]

B. S. schrieb:
> Falk B. schrieb:
>> Wirklich? Die meisten Oszis sind das nicht. Ist hier aber gar nicht
>> wichtig.
>
> Hat ein zweipoliges Kabel dran.

Ohne Schutzleiter? Kaum zu glauben.

> Bin ich dran. Hab vorhin die Zuleitung der Steuerspule ein bisschen
> eingekürzt, weil diese einen Bogen machte. Die Spitze sank ein wenig.
> Weil ich es gerade nicht besser machen kann, machte ich es halt
> schlechter: Isolierter Schaltdraht mit Klebeband an der Primärwicklung
> befestigt

Man könnte die Steuerwicklung mit weniger Fläche als die Primärwicklung 
auslegen, denn gibt es auch weniger Spannung. Aber auch einen Draht, der 
mitten durch die Primärwicklung geht ist auch doof, rein mechanisch 
gesehen.

 => Die Spannungsspitze mit der dazugehörigen Schwingung stieg
> auf -13V.

Hmm, wie es scheint gibt es da auch kapazitive Rückkopplung, welche das 
Klingeln begünstigt. Versuch mal, die Steuerwicklung mit ca. 1-5cm 
Abstand zur Primärwicklung durch die Luft zu legen, nur zum Test.

> Es scheint wohl einen direkten Zusammenhang zwischen der
> Qualität der Steuerwicklung und dieser Störung zu geben.
>
> HF-gerechter Aufbau: Da fehlt noch die Erfahrung, aber ich arbeite
> daran.
>
> Falk B. schrieb:
>> D.h. aber, du hast ~30V an der Primärwicklung. Warum nimmst du dann 400V
>> HV-Transistoren? Die haben nicht nur Vorteile.
>
> Ich messe hier 76V Spitzenspannung von Emitter zu Masse. Und die
> Transistoren lagen halt hier noch so rum.

Klingt nach 12V Betriebsspannung.

So ein Problem hatte ich bei meinen Aufbauten noch nicht.

[Falk B. (falk)]

Noch ne Idee. Ich sehe keinen Entkoppelkondensator am 
Versorgungseingang. Möglicherweise gibt das ein paar ungünstige 
Rückwirkungen auf den Basisstrom. Pack da mal wenigstens 100nF dran, 
ggf. auch einen Elko mit 10-47uF. Es reicht übrigens ein 
Basiswiderstand, der kann beide Transistoren speisen. Aber für 15W sind 
3k3 etwas hochohmig, denn das sind nur ~4mA Basisstrom, welche für 
reichlich 1A Kollektorstrom zu wenig sind. Da will man eher mit 20mA 
arbeiten. Also eher 0,5-1k Basiswiderstand.

Schau dir auch mal die Schaltzeiten im Datenblatt an. Deine FJP13007 
haben nur 4 MHz Verstärkungsbandbreitenprodukt (GBP, gain bandwidth 
product). Turn on time 1,7us, storage time 3us! Ich hab verschiedene 
Aufbauten mit dem BD911 gemacht. Der ist zwar mit 3 MHz GBP laut 
Datenblatt auch eher lahm, funktionierte aber bei um die 100kHz recht 
gut und ohne Auffälligkeiten.

[B. S. (bestucki)]

Falk B. schrieb:
> Ohne Schutzleiter? Kaum zu glauben.

Das Ding ist jetzt auch schon 40 Jahre alt.

Falk B. schrieb:
> Versuch mal, die Steuerwicklung mit ca. 1-5cm
> Abstand zur Primärwicklung durch die Luft zu legen, nur zum Test.

Eine Wicklung mit ca. 1cm Abstand: Eingangsstrom steigt immens. Störung 
vergrössert sich auf -7V bei 12V Eingangsspannung. Auf 24V hab ich jetzt 
nicht aufgedreht.

Falk B. schrieb:
> Klingt nach 12V Betriebsspannung.

24V

Falk B. schrieb:
> Ich sehe keinen Entkoppelkondensator am
> Versorgungseingang. Möglicherweise gibt das ein paar ungünstige
> Rückwirkungen auf den Basisstrom. Pack da mal wenigstens 100nF dran,
> ggf. auch einen Elko mit 10-47uF.

Hatte ich bereits versucht, einmal 100n Kerko, einmal 100u Elko, einmal 
beides. Hat zwar die Störungen, die auf die Eingangsspannung gekoppelt 
wurden, verkleinert, nicht aber die an der Basis.

Falk B. schrieb:
> Aber für 15W sind
> 3k3 etwas hochohmig, denn das sind nur ~4mA Basisstrom, welche für
> reichlich 1A Kollektorstrom zu wenig sind. Da will man eher mit 20mA
> arbeiten. Also eher 0,5-1k Basiswiderstand.

Jupp, deswegen will ich den Basiswiderstand ja verkleinern, befürchte 
aber, dass mir diese Spannungsspitze (die sich ja dann vergrössern 
müsste) auf die Dauer die Transistoren abschiesst (siehe Eingangspost).

Falk B. schrieb:
> Schau dir auch mal die Schaltzeiten im Datenblatt an. Deine FJP13007
> haben nur 4 MHz Verstärkungsbandbreitenprodukt (GBP, gain bandwidth
> product). Turn on time 1,7us, storage time 3us!

Oh, das könnte was sein. Das ist ein bisschen lange für meine 109kHz. 
Ich habe diesen Transistor verbaut, weil es der einzige ist, den ich 
hier habe, der eine so hohe Emitter-Kollektor-Spannung verträgt. Da muss 
wohl etwas bestellt werden.

Falk B. schrieb:
> BD911

Den schau ich mir mal an, 100V scheint der ja zu vertragen.

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Das kann auch ein Einfluss von L5 sein.
https://www.mikrocontroller.net/articles/Royer_Converter
Es fehlt der Elko vor der Drossel.

[Günter Lenz (Gast)]

Schalte mal Dioden parallel zu Basis und Emitter,
so daß die dioden negative Spannungen an Basis
kurzschlißen, dann hast du keine Überspannung an
Basis mehr zu befüchten. Der Ansteuerstrom wird
daduch auch stärker. Falls er zu stark wird,
schalte einen Widerstand zu L3 in Reihe. Schalte
noch Dioden in Sperrrichtung Parallel zu Kollektor
Emitter, die übernehmen dann den Blindstrom, falls
das Ding mal ohne Last betrieben wird.

[Falk B. (falk)]

B. S. schrieb:
> Falk B. schrieb:
>> Ohne Schutzleiter? Kaum zu glauben.
>
> Das Ding ist jetzt auch schon 40 Jahre alt.

Glaub uch trotzdem nicht so recht. Zeig mal ein Bild vom Stecker.
Oder das Ding hat einen extra Erdanschluß. Den sollte man nutzen. Im 
Extremfall hat du ein HF-Problem wegen fehlender Erdung und du siehst 
Störungen vom Schaltnetzteil, falls das Oszi eins hat.

> Falk B. schrieb:
>> Versuch mal, die Steuerwicklung mit ca. 1-5cm
>> Abstand zur Primärwicklung durch die Luft zu legen, nur zum Test.
>
> Eine Wicklung mit ca. 1cm Abstand: Eingangsstrom steigt immens. Störung
> vergrössert sich auf -7V bei 12V Eingangsspannung.

Und was macht die Amplitude der Grundschwingung? Und wie ändert sich die 
Frequenz? Wie testest du? Erstmal sollte das im Leerlauf stabil und 
sauber laufen.

>> Klingt nach 12V Betriebsspannung.
>
> 24V

Hmm, stimmt, war wohl gestern zu spät.

>> Ich sehe keinen Entkoppelkondensator am
>> Versorgungseingang. Möglicherweise gibt das ein paar ungünstige
>> Rückwirkungen auf den Basisstrom. Pack da mal wenigstens 100nF dran,
>> ggf. auch einen Elko mit 10-47uF.
>
> Hatte ich bereits versucht, einmal 100n Kerko, einmal 100u Elko, einmal
> beides. Hat zwar die Störungen, die auf die Eingangsspannung gekoppelt
> wurden, verkleinert, nicht aber die an der Basis.

Was sind das denn schon wieder für Störungen?

>> arbeiten. Also eher 0,5-1k Basiswiderstand.
>
> Jupp, deswegen will ich den Basiswiderstand ja verkleinern, befürchte
> aber, dass mir diese Spannungsspitze (die sich ja dann vergrössern
> müsste) auf die Dauer die Transistoren abschiesst (siehe Eingangspost).

Irgendwas ist in deinem Aufbau grundlegend falsch.

[Falk B. (falk)]

Günter Lenz schrieb:
> Schalte mal Dioden parallel zu Basis und Emitter,
> so daß die dioden negative Spannungen an Basis
> kurzschlißen, dann hast du keine Überspannung an
> Basis mehr zu befüchten. Der Ansteuerstrom wird
> daduch auch stärker. Falls er zu stark wird,
> schalte einen Widerstand zu L3 in Reihe. Schalte
> noch Dioden in Sperrrichtung Parallel zu Kollektor
> Emitter, die übernehmen dann den Blindstrom, falls
> das Ding mal ohne Last betrieben wird.

Jaja, immer schön planlos rummurksen, irgendwann wird es schon irgendwie 
gehen. OMG! Die Schaltung funktioniert in ihrer einfachen Grundform sehr 
gut! Das Problem des OP hat andere Ursachen!

[B. S. (bestucki)]

Dieter D. schrieb:
> Es fehlt der Elko vor der Drossel.

Habe mal ein 100u Elko hinzugefügt: Keine Veränderung an der Basis der 
Transistoren.

Günter Lenz schrieb:
> Schalte mal Dioden parallel zu Basis und Emitter,
> so daß die dioden negative Spannungen an Basis
> kurzschlißen, dann hast du keine Überspannung an
> Basis mehr zu befüchten.

Das halte ich für nicht sinnvoll. Dadurch wird doch die Steuerwicklung 
kastriert.

Falk B. schrieb:
> Glaub uch trotzdem nicht so recht. Zeig mal ein Bild vom Stecker.
> Oder das Ding hat einen extra Erdanschluß. Den sollte man nutzen. Im
> Extremfall hat du ein HF-Problem wegen fehlender Erdung und du siehst
> Störungen vom Schaltnetzteil, falls das Oszi eins hat.

Das Oszi hat ein fest angeschlossenes zweipoliges Kabel (ohne Buchse am 
Gerät). Laut Handbuch hat das Oszi Schutzklasse II mit Metallgehäuse. Es 
wird auch mehrfach darauf hingewiesen, keine gefährliche Spannung auf 
Masse zu legen. Vorne am Oszi hat es eine Erdungsbuchse für ein 
Bananenkabel. Hab die Buchse mal geerdet und das Kabel parallel zum 
Netzkabel verlegt: Ändert nichts an meiner Messung. Das interne Netzteil 
arbeitet laut Handbuch bei 18kHz.

Falk B. schrieb:
> Und was macht die Amplitude der Grundschwingung? Und wie ändert sich die
> Frequenz? Wie testest du? Erstmal sollte das im Leerlauf stabil und
> sauber laufen.

Das habe ich alles nicht gemessen. Da der Eingangsstrom stark 
angestiegen ist, habe ich den Versuch abgebrochen.

Falk B. schrieb:
> Was sind das denn schon wieder für Störungen?

Ich hatte mich unklar ausgedrückt: Die Schwingung, die an der Basis zu 
sehen ist, ist auch auf der Versorgungsspannung zu sehen, nur viel 
schwächer (ca. 50mV). Zusätzlich dazu entsteht ein Ripple von 300mV in 
der Frequenz der Schwingfrequenz (109kHz). Mit Elko wird dies ein 
bisschen geglättet.

Falk B. schrieb:
> Irgendwas ist in deinem Aufbau grundlegend falsch.

Das glaube ich auch. Ich habe die beiden Transistoren im Verdacht. 
Simuliere ich die Schaltung mit LTspice, so erhalte ich ähnliche 
Spannungskurven, wenn ich einen eher langsames Modell verwende (2N3055). 
Verwende ich ein schnelleres Modell (2N5550. Ja ja ich weiss, der 
verträgt keinen so hohen Kollektorstrom), sehen die Kurven besser aus.

Erhöhe ich in der Simulation den Kopplungsfaktor zwischen Primär- uns 
Steuerspule auf 1, so funktioniert die Sache ohne Spannungsspitzen auch 
mit dem 2N3055. Setze ich den Kopplungsfaktor schon nur auf 0.99, so 
sind die Spitzen bereits, wenn auch nur schwach, zu sehen.

Edit: In der Simulation der angehängten Kurven, wird ein Kopplungsfaktor 
von 0.8 zwischen allen Wicklungen verwendet.

[Falk B. (falk)]

Die Simulation hilft hier nicht weiter, es gibt ein reales Problem im 
Aufbau. Wie man sieht, liegt die Störung immer am Ende und Anfang der 
Sinushalbwelle, also dann, wenn die Transistoren schalten. Dort passiert 
was. Entweder sind deine Transistoren zu giftig, und erzeugen diese 
parasitären Schwingungen oder es ist was anderes. Bei gerade mal 4 MHz 
GBP kann ich das aber nicht so ganz glauben. Das klingt eher nach einem 
Wackelkontakt oder einer kalten Löstelle in deinem Steuerkreis. Man 
könnte alles mal nachlöten.

[Falk B. (falk)]

Wie sieht denn die Kollektorspannung aus? Vielleicht hat auch den 
Tastkopf oder dein Oszi ne Macke?

[B. S. (bestucki)]

Falk B. schrieb:
> Die Simulation hilft hier nicht weiter

Ich dachte, ich spiel mal ein bisschen rum.

Falk B. schrieb:
> Man könnte alles mal nachlöten.

Erledigt, keine Veränderung.

Falk B. schrieb:
> Vielleicht hat auch den Tastkopf oder dein Oszi ne Macke?

Kann ich nicht ausschliessen. Die Spannungskurve meines 
Funktionsgenerators (Sinus + Rechteck) sieht gut aus, ebenso der 
Kalibrierpin am Oszi.


Ich habe die Transistoren testweise durch 2N5551 ersetzt. Ich habe die 
Spitze zwar immernoch, aber ohne die darauffolgende Schwingung. 
Messungen siehe Anhang.

2N5551_Basis_100mV_1us.JPG:    Spannung an der Basis. 1V/div, 1us/div
2N5551_Kollektor_2V_100ns.JPG: Spannung am Kollektor. 2V/div, 100ns/div
2N5551_Kollektor_10V_2us.JPG:  Spannung am Kolloktor. 10V/div, 2us/div

Edit: Bildname der Basismessung falsch: 1V/div, nicht 100mV

[Der schreckliche Sven (Gast)]

Ich finde es erstaunlich, wie diese indiskutable Konstruktion hier 
durchgekaut wird. Der TO benötigt eine Leistung von 15W, das ist ein 
Fliegenschiss, und berechtigt auf keinen Fall einen riesigen "Lufttrafo" 
mit einem riesigen Wechselmagnetfeld. Dieser "Lufttrafo" erspart 
vielleicht die Verluste, die ein passender Ferritkern mit sich bringen 
würde, macht aber Alles durch seine Nachteile zunichte: Zwischen den 
Wicklungen herrscht zwar minimale magnetische Kopplung, aber dafür 
maximale kapazitive Kopplung, also genau das Gegenteil von dem, was man 
bräuchte.
Das Wechselmagnetfeld verursacht in der näheren Umgebung Verluste und in 
der weiteren elektromagnetische Störungen.

@TO:
Baue etwas gescheites, z.B. mit SG2535 und E25 Ferritkern, und Du hast 
Deine Freude daran.

[Falk B. (falk)]

Der schreckliche Sven schrieb:
> Ich finde es erstaunlich, wie diese indiskutable Konstruktion hier
> durchgekaut wird.

Ich finde es nicht erstaunlich, daß bei jedem Thema die nervigen 
Besserwisser und Schlaumeier angerannt kommen und meinen, auch nur 
ansatzweise was zu sagen zu haben.

[Der schreckliche Sven (Gast)]

Falk B. schrieb:
> die nervigen
> Besserwisser und Schlaumeier

Du gehörst leider dazu

[Falk B. (falk)]

B. S. schrieb:

> Ich habe die Transistoren testweise durch 2N5551 ersetzt. Ich habe die
> Spitze zwar immernoch, aber ohne die darauffolgende Schwingung.
> Messungen siehe Anhang.

Die kollektorsignale sehen gut aus, auch der kleine Puls mit negativer 
Spannung ist OK.

Ich würde mal vermuten, daß deine Transistoren ein wenig zu langsam 
schalten und deshalb die Kollektorspannung kurzzeitig negativ wird, weil 
ja der Schwingkreis weiter schwingt. Dadurch zieht es aber auch die 
Basis über die Basis-Kollektordiode kurz ins Negative, getrieben durch 
die Primärwicklung, nicht die Steuerwicklung. Wenn dann die Transistoren 
schalten, ist dieser Schaltvorgang schnell beendet. Solange es nur ein 
kurzer Puls ist und nicht wild klingelt könnte man damit leben.

Bau das Ding mal mit anderen Tansistoren auf, z.B. BC337 oder so. Es 
reicht da auch erstmal ein Betrieb an 12V mit Vergleichsmessungen. Ich 
vermute, mit deutlich schnelleren Transistoren ist der kurze Puls weg 
und die negative Spannung am Kollektor auch.

[B. S. (bestucki)]

Der schreckliche Sven schrieb:
> Ich finde es erstaunlich, wie diese indiskutable Konstruktion hier
> durchgekaut wird. Der TO benötigt eine Leistung von 15W, das ist ein
> Fliegenschiss, und berechtigt auf keinen Fall einen riesigen "Lufttrafo"
> mit einem riesigen Wechselmagnetfeld. Dieser "Lufttrafo" erspart
> vielleicht die Verluste, die ein passender Ferritkern mit sich bringen
> würde, macht aber Alles durch seine Nachteile zunichte: Zwischen den
> Wicklungen herrscht zwar minimale magnetische Kopplung, aber dafür
> maximale kapazitive Kopplung, also genau das Gegenteil von dem, was man
> bräuchte.

Die Schaltung ist durchaus diskutabel, ich bin offen für alles. Wenns 
fertig ist, ergibt das das zig-tausendste Propellerdisplay und irgendwie 
muss ich Energie auf den drehenden Teil bringen (ich bin kein Fan von 
Schleifringen). Ich fand diese einfache Schaltung und nun liegt sie bei 
mir auf dem Tisch. Ob ein Trafo mit der Primärwicklung auf dem einen 
Ferritkern, die Sekundärwicklung auf dem anderen Kern (mit Luftspalt 
dazwischen) funktioniert, keine Ahnung. Um das abschätzen zu können, 
weiss ich definitiv zu wenig.

Der schreckliche Sven schrieb:
> Das Wechselmagnetfeld verursacht in der näheren Umgebung Verluste und in
> der weiteren elektromagnetische Störungen.

Was heisst "in der näheren Umgebung"? mm, cm, m, km? Wie stark sind die 
Störungen?

Falk B. schrieb:
> Ich würde mal vermuten, daß deine Transistoren ein wenig zu langsam
> schalten und deshalb die Kollektorspannung kurzzeitig negativ wird, weil
> ja der Schwingkreis weiter schwingt.

Das wirds wohl sein.


Vielen Dank für die rege Hilfe! Ich bestell mal ein paar Transistoren 
und melde mich anschliessend wieder, was dabei rausgekommen ist.

[Falk B. (falk)]

B. S. schrieb:

> Die Schaltung ist durchaus diskutabel, ich bin offen für alles. Wenns
> fertig ist, ergibt das das zig-tausendste Propellerdisplay und irgendwie
> muss ich Energie auf den drehenden Teil bringen (ich bin kein Fan von
> Schleifringen). Ich fand diese einfache Schaltung und nun liegt sie bei
> mir auf dem Tisch.

Sie funktioniert auch gut.

> Ob ein Trafo mit der Primärwicklung auf dem einen
> Ferritkern, die Sekundärwicklung auf dem anderen Kern (mit Luftspalt
> dazwischen) funktioniert, keine Ahnung. Um das abschätzen zu können,
> weiss ich definitiv zu wenig.

Geht auch, dann muss aber deine Achse der Propelleruhr durch den Kern 
gehen.

> Der schreckliche Sven schrieb:
>> Das Wechselmagnetfeld verursacht in der näheren Umgebung Verluste und in
>> der weiteren elektromagnetische Störungen.
>
> Was heisst "in der näheren Umgebung"? mm, cm, m, km? Wie stark sind die
> Störungen?

Bestenfalls ein paar Meter, wenn man mit empfindlicher Techick mißt. Der 
Vorteil der Schaltung ist die sehe saubere, sinusförmige Schwingung und 
das Schalten der Transistoren im Spannungsnulldurchgang, wodurch sehr 
wenig Störungen erzeugt werden. Außerdem ist es ein sehr schmalbandinger 
Oszillator, der stört nicht das gesamte KW oder UKW-Band, bei einer 
Frequenz bestenfalls Langelle, die keine nennenswerte Bedeutung mehr hat 
(Jaja, jetzt kommen gleich die Amateurfunker und jammern rum)

Ein nicht entstörter Staubsaugermotor macht deutlich mehr und schlimmere 
Störungen!

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Während des Umschaltens können parasitäre schwingungen auftreten, wie 
diese auch bei folgendem Link (udok postete den vor kurzem)  im anderen 
Zusammenhang erklärt werden, auftreten kann:
https://www.eevblog.com/forum/chat/dynaco-sca-80-design-discussion/?action=dlattach;attach=733467

[Christian S. (roehrenvorheizer)]

Sein Oszilloskop ist ein Vertreter aus der Philips-Serie, die doppelt 
isoliert ist und auch Batteriebetrieb ermöglichen durch den eingebauten 
Schaltwandler, der gerne mal den Betrieb aufgibt. Sehr sparsam im 
Stromverbrauch.

Mfg

[Ober/Förster (Gast)]

Der schreckliche Sven schrieb:
> Zwischen den Wicklungen herrscht zwar minimale magnetische Kopplung

Minimal? Nanana. Und ansonsten ist das ein Resonanzwandler - diese
sind als sogenannte "Nützlinge" bekannt (Vernichtung inh. Parasiten).

B. S. schrieb:
> Ob ein Trafo mit der Primärwicklung auf dem einen
> Ferritkern, die Sekundärwicklung auf dem anderen Kern (mit Luftspalt
> dazwischen) funktioniert, keine Ahnung. Um das abschätzen zu können,
> weiss ich definitiv zu wenig.

Dazu passenden Lesestoff solltest Du hier zur Genüge finden:

https://www.google.com/search?client=opera&q=pot+core+rotating+transformer&sourceid=opera&ie=UTF-8&oe=UTF-8

Du mußt Dir das circa so denken: "Wieso sollte das auch nicht gehen?
Immerhin geht doch auch ein Trafo ganz_ohne_Magnetkern ganz gut..."

[B. S. (bestucki)]

Falk B. schrieb:
> Geht auch, dann muss aber deine Achse der Propelleruhr durch den Kern
> gehen.

Das wäre nicht das Problem. Angedacht ist ein Rohr mit 1 - 2cm 
Durchmesser, je nach dem was noch so rumliegt. Über die Befestigung der 
Kerne müsste man sich natürlich Gedanken machen. Zum Auswuchten wären 
kleinere Kerne natürlich komfortabler als eine selbst gewickelte 
Luftspule mit 8cm Durchmesser.

Falk B. schrieb:
> Bestenfalls ein paar Meter, wenn man mit empfindlicher Techick mißt. [...]
> Ein nicht entstörter Staubsaugermotor macht deutlich mehr und schlimmere
> Störungen!

Dann ist das ja nicht weiter tragisch.

Dieter D. schrieb:
> Während des Umschaltens können parasitäre schwingungen auftreten, wie
> diese auch bei folgendem Link (udok postete den vor kurzem)  im anderen
> Zusammenhang erklärt werden, auftreten kann:

Klingt spannend, das werde ich mir mal im Hinterkopf behalten.

Christian S. schrieb:
> den eingebauten Schaltwandler, der gerne mal den Betrieb aufgibt.

Oh, ich hoffe der hält noch ein Weilchen. Ansonsten kann ich den 
hoffentlich mit dem beigelegten Schema, Bestückungsplan und Stückliste 
reparieren. Mittlerweile könnte ich mir sonst auch was neues leisten, 
aber solange es noch tut...

Ober/Förster schrieb:
> Dazu passenden Lesestoff solltest Du hier zur Genüge finden:

Danke, werde mich mal einlesen.

Ober/Förster schrieb:
> Du mußt Dir das circa so denken: "Wieso sollte das auch nicht gehen?
> Immerhin geht doch auch ein Trafo ganz_ohne_Magnetkern ganz gut..."

Stimmt auch wieder.

[Christian S. (roehrenvorheizer)]

Mein Philips-Oszi bekam seinerzeit einen Windungsschluß in der 
Hochspannungswicklung. Ich habe es nie repariert bekommen.

Mfg

[Der Zahn der Zeit (🦷⏳) (Gast)]

Schöner Zufall: Heute früh habe ich, noch im Bett, über einen 
Royer-Converter mit einem "Royer Gleichrichter" (Mittelanzapfung der 
Sekundärwicklung über eine Drossel an Ausgang Masse sowie ein 2-Weg 
Gleichrichter an Ausgang Plus) nachgedacht. Der Sinn: Nicht nur im 
Spannungsmaximum soll Strom fließen.

Dabei ging mir durch den Kopf: "Was macht man denn dagegen, dass auf der 
Primärseite im Umschaltmoment beide Transistoren leiten?". Also bin ich 
bei der Suche nach einer Royer-Schaltung auf diesen Thread gestoßen, und 
siehe da: Nichts macht man dagegen, zumindest hier nicht. Beide 
Transistoren leiten in diesem Moment, und nur die Streuinduktivität 
verhindert einen perfekten Kurzschluss, erzeugt aber heftige 
Spannungsspitzen im Umschaltmoment.

[Falk B. (falk)]

Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb:
> Dabei ging mir durch den Kopf: "Was macht man denn dagegen, dass auf der
> Primärseite im Umschaltmoment beide Transistoren leiten?".

Warum sollte man dad tun?

> Also bin ich
> bei der Suche nach einer Royer-Schaltung auf diesen Thread gestoßen, und
> siehe da: Nichts macht man dagegen, zumindest hier nicht.

Auch der Rest der Welt tut nix. Das ist ein Nicht-Problem.

> Beide
> Transistoren leiten in diesem Moment, und nur die Streuinduktivität
> verhindert einen perfekten Kurzschluss, erzeugt aber heftige
> Spannungsspitzen im Umschaltmoment.

Unsinn. Der Royer Converter, sei es als Bipolar oder MOSFET Version 
arbeitet nach dem Prinzip Zero Voltage Switching (ZVS). D.h. die 
Transistoren schalten im (sehr nah) Nullpunkt der Spannung des 
Schwingkreises und erzeugen damit sehr wenig Schaltstörungen. Das kann 
man auch nachmessen.

Bei der Bipolarvariante teilen sich die Transistoren den Basisstrom, 
d.h. auch beim Umschalten, wo beide tatsächlich kurze Zeit gleichzeitig 
leiten, ist der Gesamtstrombasisstrom und damit der Gesamtkollektorstrom 
konstant. Deshalb funktioniert der auch mit nur einem Basiswiderstand. 
Allerdings ist in dem Moment auch der Drosselstrom der Einspeisung Null! 
What a nice surprise!

Bei der MOSFET-Variante sind im Umschaltmoment beide Transistoren 
GESPERRT! Klingt komisch, ist aber so! Erst wenn der Schwingkreis wieder 
ein paar V aufgebaut hat, wird der entsprechende Transistor 
eingeschaltet.

Die Ursache der Störungen beim OP ist bis jetzt unklar, auch wenn wir 
eine These haben (zu langsame Transistoren). Aus unklaren Diagnosen 
sollte man tunlichst KEINERLEI allgemeingültige Aussagen ableiten, siehe 
Tagespolitk "mit oder an Corona verstorben". Das ist 
unwissenschaftlich^3 und reine Ideologie!

Die Einspeisung der Versorgung in den Primärkreis erfolgt immer über 
eine Drossel, deren AC-Widerstand bei der Arbeitsfrequenz der Schaltung 
relativ hoch ist. Und das erst recht, weil diese Drossel die doppelte 
Arbeitsfrequnz sieht. Die allein verhindert schon mal, daß der Strom in 
sehr kurzer Zeit exorbitant ansteigen kann (aka Kurzschluß). Sie 
arbeitet als AC-Konstantstromquelle bzw. Längsdrossel. Außerem ist der 
Drosselstrom beim Umschalten Null. Das kann man alles nachmessen, z.B. 
mit einer Stromzange in Reihe zur Drossel. Man kann es auch simulieren, 
wenn gleich man mit Simulationen IMMER vorsichtig sein sollte, denn 
diese erzeugen nur allzuoft entweder zu schöne oder zu häßliche 
Ergebnisse, denn die Algorithmen und Modelle sind nicht perfekt. Am Ende 
das Tages zählt die Realität!

Siehe Anhang. Das ist die Basisspannung in einer Simulation mit Q2N2222 
Transistoren. Das KANN eine reale Störung sein oder aber auch ein 
Simulationsartefakt. In mehreren Aufbauten mit BC337 sowie BD911 hab ich 
das so noch nicht gesehen, gebe aber zu, das nicht sonderlich genau 
untersucht zu haben. Also sollte man das genauer untersuchen um dann 
vielleicht ein paar allgemeingültige Aussagen treffen zu können.

Die Schaltung ist zwar äußerlich sehr einfach aufgebaut, funktiniert 
aber dennoch sehr trickreich und ist nicht so leicht zu durchschauen!

[Falk B. (falk)]

Hmm, ich hab nochmal über die Simulation gegrübelt. Wie es scheint, ist 
der Umschaltpunkt doch kritischer als man denkt, vor allem bei 
Bipolartransistoren. Als schnellen Test würde ich mal antiparallele 
Dioden zwischen Emitter und Kollektor der Transistoren vorsehen und 
nochmal messen. GGf. sogar Schottkys. Denn merkwürdigerweise fließt in 
der Simulation ein negativer Kollektorstrom, was in der Realität 
eigentlich nicht geht. Außerdem wird das Kollektorpotential beim 
Umschalten von Sperren auf Durchschalten kurz durch den Schwingkreis ins 
Negative gedrückt, das mögen Bipolartransistoren auch eher nicht, zumal 
dann auch die Basis über die BC-Diode in Flußrichtung nach unten gezogen 
wird, was den EINschaltvorgang nicht verbessert!

[Der Zahn der Zeit (🦷⏳) (Gast)]

Du hast Recht. Ich habe mich in die Irre führen lassen, es ist nicht die 
Kollektor-, sondern die Basisspannung die da oszillographiert wurde.

Ich habe auch mal simuliert. Eine Simulation ist immer nur eine 
theoretische Verhaltensweise, und je besser man die tatsächlichen 
Verhältnisse abbildet, desto besser wird sie - aber nie perfekt.

Ich bekomme in der Simulation erst dann genau solche Spikes, wenn ich 
die Sekundärwicklung (die an den Basen) mit einer Streuinduktivität 
versehe. Die gleichzeitig leitenden Transistoren halten für einen Moment 
die Spannung fest, aber der Strom beginnt zu fließen. Dann sperrt ein 
Transistor und die Spannung spring an der Induktivität.

Negative Kollektorströme habe ich nicht, aber weil ich (Töffel) zuerst 
die Probe statt am Kollektor an der Trafowicklung angelegt hatte, sah es 
so aus, als ob es ein schöner Sinusstrom um die 0 herum wäre.

Dafür habe ich eine merkwürdige 2. Oberwelle im Kollektorstrom. Und es 
scheint, weil die nicht im Nulldurchgang unterbrochen wird, ist das 
vielleicht der Hauptgrund für das Nachschwingen. Wirklich komplex.

Zu FETs: Bei denen kann der Basisstrom ja nicht so genau von selber in 
das eine oder andere Gate wechseln, so dass nur eine geringe 
Differenzspannung reicht. Ist die Gatespannung zu hoch, leiten beide im 
Nulldurchgang, ist sie zu niedrig, schwingt der Wandler nicht an. 
Abhilfe, die ich irgendwo sah: Über zwei Dioden über Kreuz wir das eine 
Gate vom jeweils anderen FET auf Masse gezogen. Hmmm... Klappt das 
tatsächlich? Ich bin skeptisch.

[Ober/Förster (Gast)]

https://www.joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap13_2/Kapitel13_2.html#13.2.2
Dioden unter den Emittern von HV-BJTs

https://www.joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap11_2/Kapitel11_2.html#11.2

https://www.joretronik.de/Oszillatoren/Oszillatoren.html