Mein Sperrwandler und der magische Rauch

Sperrwandler braucht einen Luftspalt damit er ensprechend spät Sättigt. 
Sollte mann sich eher als Speicherdrossel mit 2 Wicklungen vorstellen. 
Ohne die Induktivität/Sättigungsstrom in etwa zu kennen wird das nichts.

MFG

> Nun vermute ich, dass das mit dem Übertrager so nicht wirklich
> brauchbar ist.

Der Gedanke ist schonmal nicht schlecht. :-)

> (gelb lackiert, falls das irgendwem etwas sagt und wichtig ist).

Mit der Farbe geben die Hersteller an aus welchem Material dein Kern
gefertigt ist.

http://www.micrometals.com/
http://www.electronics-tutorials.com/basics/toroids.htm
http://www.mag-inc.com/
http://www.mhw-intl.com/
ittp://www.arnoldmagnetics.com/products/powder/powder_catalogs.htm
ittp://users.catchnet.com.au/~rjandusimports/tut_2a.html
ittp://users.catchnet.com.au/~rjandusimports/index.html

Auf den genannten Seiten kannst du vielleicht herausfinden was
du fuer einen Kern hast. Es steht aber zu vermuten das er fuer deutlich
hoeher Frequenzen gedacht ist als dein armer NE555 sie erzeugen kann.

Und dann kannst du mit dem Wissen das du auf den angefuehrten Seiten 
erlangen kannst noch ausrechnen wieviel Energie du in deinem Kern 
speichern kannst. Es steht zu vermuten das dein Kern fuer deine 
Arbeitsfrequenz viel zu klein ist. Deshalb geht er in die Saettigung.

Olaf

> Und zwar habe ich nach dem Grundschema auf dieser Seite
> http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/spw_smps.html
> einen Sperrwandler gebaut.
> Für die Spule habe ich mich an folgende Seite gehalten:
> http://sound.westhost.com/project89.htm

Das ist doch Schwachsinn.

Die Spuelberechnung ist erkennbar für einen Flusswandler, und du 
berechnest einen Sperrwandler.

Deine Spule wir aus einem PC-Netzteil stammen (für Mainboard zu gross) 
und als Speicherdrossel hinter dem Trafo uzständig gewesen sein. Das ist 
ein Eisenpulverkern mit distributed air gap (verteiltem Luftspalt), also 
durchaus für einen Sperrwandler tauglich.

> Die primäre Wicklung besteht aus 4 Windungen Kupferlackdraht 1mm, die
> sekundäre aus 33 Windungen 0.6mm. Die Induktivität kann ich leider nicht
> messen, da ich kein entsprechendes Messgerät habe.

Das ist doch noch mehr Schwachsinn.

Wenn ich 3 Bierdeckel und einen Kinderstuhl zusammenschraube kommt auch 
auch kein Auto bei raus.

> Die 50kHz Rechteck wird von einem 555er zur Verfügung gestellt.
> Der MosFET ist der RSS90N03 (30V, 9A, RdsOn 15mOhm), 3 Stück parallel
> wegen dem Strom (auch aus der Bastelkiste).
> Kondensator am Eingang: 220uF, am Ausgang 40uF, 200Volt (weil auf die
> Schnelle der einzig, der über 50 Volt verträgt).
> Den Eingang füttere ich mit 6 Volt (Pb-Batterie) und erhoffe mir ca. 50
> Volt mit 700mA am Ausgang (mehrere Power-LEDs in Serie; Strombegrenzung
> mit einem LM317T).
> Nun läuft das ganze soweit wunderbar, solange keine Last dran hängt.
> Sobald ich aber ca. 200mA beziehen will, funktioniert das für etwa 2
> Sekunden, dann entweicht der magische Rauch aus den FETs = tot...

Die Prinzipschaltung von Schmidt-Walter enthält keine Snubber, darum 
passiert das.

Aber selbst wenn du das behoben hast, ist die Schaltung jenseits von gut 
und böse.

Ein 40uF Kondensator verträgt sicher nicht 0.7A Ripplestrom (eher 
230mA), ein 220uF Elko keine 8A (selbst als LowESR nur 0.6A), ein 90N03 
sollte eher 90A aushalten, aber 3 Stück parallel haben 7.5nF, sie du mit 
den 200mA des NE555 nicht so zügig umgeladen bekommst für 50kHz, und 4 
Windungen? Willst du die Leute veralbern? Nicht bei 50kHz, auch nicht 
bei 200kHz.


Du solltest erst mal Grundlagen an bereits fertigen 
Schaltreglerschaltungen erlernen, bevor zu aus Bierdeckeln und 
Kinderstühlen Autos bauen willst.

Damit, dass ich mich hier als totaler Noob bezüglich Netzteilen oute, 
habe ich gerechnet. Ich will ja auch keine Autos bauen – Eine 
Seifenkiste reicht mir schon.

Also: Der Kern, der momentan drin ist, hatte vorher 3 Wicklungen – muss 
also ein Uebertrager gewesen sein (oder koennen Drosseln auch mehrere 
Wicklungen haben? – bin mir da nicht 100% sicher, dachte aber dass eher 
nicht).

> Eisenpulverkern mit distributed air gap (verteiltem Luftspalt)
Eine habe ich noch gefunden (das Netzteil ist letztes Wochenende von uns 
gegangen. R.I.P.). Aussen 33mm, innen 20mm, Höhe etwa 12.5mm, in einer 
etwa 1mm dicken, weissen Plasikschale. Das Material sieht irgend wie 
„luftig“ aus (wie aufgeschäumt) und ist gelb angemalt. Das könnte 
passen.

> ein 90N03 sollte eher 90A aushalten
Die Dinger stammen von einem Notebook Mainboard und haben ein SOT8 
Gehäuse. Ich halte die 9A aus dem Datenblatt für vernünftig. ;-)

> wieso für alles dieser NE555 herhalten muß
Weil er grad da ist.
Weil er ihn auch verwendet: 
http://www.dos4ever.com/flyback/flyback.html, dachte ich, die Idee kann 
so dumm nicht sein.
Weil meine Bastelkiste die in den meisten Wandlern eingesetzten 
Bausteine (TL494, UC3842 etc.) momentan nicht hergibt.

> >Die primäre Wicklung besteht aus 4 Windungen Kupferlackdraht 1mm, die
> >sekundäre aus 33 Windungen 0.6mm. Die Induktivität kann ich leider nicht
> >messen, da ich kein entsprechendes Messgerät habe.
> Das ist doch noch mehr Schwachsinn.
Auf http://sound.westhost.com/project89.htm haben sie zwar eine Wicklung 
mit Mittelanzapfung, hängen aber 2 * 4 Windungen an 12 Volt und reden 
von 35kHz. Daher stammen meine 4 Windungen.

> Welche Spannung hast Du eigentlich ohne Belastung am Ausgang, wenn nicht 
unendlich?
Da kommen ziemlich genau die gewünschten 50 Volt raus.


Die Snubber-Geschichte habe ich verschlafen. Da kommt also das nächste 
Problem mit der Dimensionierung…


Also werde ich mich mal weiter in das Thema einlesen. Ein paar der 
angegebenen Links habe ich mal kurz überflogen und werde mich denen 
nochmals widmen.
Was ich bis anhin gefunden hatte war meist sowas wie „Ich habe das so 
gemacht“. Aber das „wieso“ als Erklärung war immer sehr mager oder hat 
komplett gefehlt. Vielleicht habe ich aber auch falsch gesucht ;-)

Natuerlich bin ich nach wie vor offen für jeglichen Input.

> Jaja, dicke Eier, ähhh, FETs aber keine Induktivitäten messen können.
Meine Eier interessieren sich auch nicht für Induktivitäten :-p
Aber gab es da nicht irgendwo im Netz mal eine Software zum… abschätzen 
von Induktivitäten mit der Soundkarte? Oder war das etwas mit COM-Port? 
Sowas mag zwar nicht das Gelbe vom Ei sein, aber als Anhaltspunkt eine 
kleine Hilfe sein.


Ein Einkauf (Messgerät, Komponenten) sollte im Moment wegen anderen, 
größeren Ausgaben etwas warten :-(

Vielen Dank für Eure Hilfen! Ein paar Lichtchen habt Ihr mir schon 
angeknipst ;-)

> Der Kern, der momentan drin ist, hatte vorher 3 Wicklungen – muss
> also ein Uebertrager gewesen sein

Nein, die 3 Wicklungen waren: +5V, +12V und negativ.
Ein PC-Schaltnetzteil glättet mit ihm alle 3 Spannungen gleichzeitig.

> Aussen 33mm, innen 20mm, Höhe etwa 12.5mm, in einer
> etwa 1mm dicken, weissen Plasikschale

Das war wahrscheinlich die primäre Gleichtaktdrossel, nein, die taugt 
nicht.

> Das Material sieht irgend wie „luftig“ aus (wie aufgeschäumt)
> und ist gelb angemalt

Äh, nein. Beim distributed air gap ist keine Luft drin, sondern der 
Kleber der die Eisenteilchen zusammenhält dient als nicht-magnetischer 
Werkstoff.


Wenn du wirklich einen 35W flyback LED Spannungswandler bauen willst:

Vergiss das nachregeln mit LM317.

Ein Kern enthält eine gewisse Energie, wenn der primäre Stromfluss einen 
bestimmte Maximalwert erreicht hat. Wenn man dann primär abschaltet, 
entlädt sich diese Energie in den sekundären Teil, in deine LEDs. Da 
LEDs spannungsbegrenzend wirken, brauchst du gar keine sekundäre 
Regelung, einfach genug Impulse primär mit dieser bekannten Enegie 
auslösen, und deine LEDs leuchten in definierter Helligkeit. Alle 
sekundären Bauteile entfallen, kein Elko, kein Widerstand, kein LM317. 
Die Diode würde ich drinlassen, weil die Sperrspannung der LEDs sich 
nicht gleichmässig auf die LEDs aufteilen wird, ansonsten (bei nur 1 LED 
sekundär) könntest du auch auf die Gleichrichterdiode verzichten.

Wicklung, Gleichrichterdiode, LEDs. Das war die sekundäre Seite.

Die primäre:

Wenn du den NE555 verwendet, bestimmt der über die AN-Zeit und über den 
Impulsabstand, wie viel Energie transportiert wird. Die Energie muss 
sekundärseitig auch abgenommen werden, sonst haut sie voll zurück auf 
den Schalttransistor!

Wie lang nun AN-Schaltzeit und Impulsabstand sein dürfen, musst du wegen 
unbekannter Bauteilwerte selbst ermitteln. Den Kern solltest du nicht in 
Sättigung treiben. Bei noch langem Impulsabstand (100Hz oder so..) 
machst du also die AN-Zeit langsam länger (von unter 1us auf 2us...) und 
betrachtest den Strom auf dem Oszilloskop. Er muss während der AN-Zeit 
langsam in einer Geraden ansteigen. Sobald die Gerade einen Bogen NACH 
OBEN beginnt zu machen, näherst du dich der Sättigung, der Impuls darf 
nicht länger werden, geh zurück in den sicheren Bereich. Übrigens darf 
auch die Betriebsspannung nun nicht höher werden, also mache das bei 
maximaler Betriebsspannung.

Nun entlädt sich die Spule nach jedem Impuls in die LEDs. Du machst nun 
den Impulsabstand dieser paar-us-Impulse immer kürzer, bis die LEDs 
anfangen deutlich zu leuchten, bis sie so hell leuchten wie sie sollen 
(du kannst auch sekundär den mittleren Strom nachmessen bis zum 
Sollwert). Achte aber währenddessen darauf, dass der Strom in der Spule 
nach jedem Impuls wieder komplett abklingt (diskontinuierlicher 
Betrieb).

So bald das nicht mehr möglich ist, deine LEDs aber immer noch nicht 
hell genug sind, ist dein Kern zu klein bzw. die Schaltung nicht 
optimal. Deine primitive Schaltung ist nicht für kontinuierlichen 
current mode Betrieb geeignet.

Wenn dir nun nicht die Betriebsspannung primär aus Versehen ansteigt und 
die Spule nicht wegen Wärmeableitproblemen zu heiss wird, brauchst du 
keine Regelung mehr, kommst also mit den manuell eingestellten NE555 
aus. Ich denke auch, daß du, trotz 9A, mit einem MOSFET auskommst, mehr 
wird die Spule (bei ausreichender Windungsanzahl) nicht vertragen und 
kann der NE555 eh nicht treiben, sogar bei diesem einen MOSFET würde ich 
hinter den NE555 eigentlich einen MOSFET-Treiber (aufgbaut aus 2 
bipolaren Kleinleistungstransistoren schalten, leider kostet das von 
deinen 6V viel zu viel Volt, selbst wenn der MOSFET ein LogicLevel Typ 
sein sollte (ich hab kein Datenblatt)).

Welches ist die ausreichende Windungsanzahl der Spule? Du tust dir mit 4 
Windungen keinen Gefallen, de Induktivität ist zu niedrig, du müsstest 
zu schnell schalten (in unter 1us Impulslänge) was einerseits dein NE555 
nicht schafft, der MOSFET nicht passend für angesteuert wird, und du 
handelst dir zu viele Schaltverluste ein die der Snubber wegdampfen 
müsste.

Du brauchst eine Windungszahl, bei der die Impulslämge mindestens 10us 
beträgt (100kHz), eher 20us. Wenn vorher im PC-Netzteil so 4 drauf 
waren, dann brauchst du nun eher 10. Dadurch sinkt der Strom den der 
Kern verträgt, im PC hat er noch für alle Ausgangsspannungen zugleich 
gereicht, aber 9A reicht dir ja, und 60W konnte das Netzeil sicher 
liefern.

@ MaWin (Gast)
Ein wirklich toller Beitrag! Vielen Dank für Deine Mühe!
Ich denke mal, dass dies mich wirklich weiter bringen wird.

Vielen Dank natürlich auch an alle anderen, die sich die Mühe gemacht 
haben, mir etwas beizubringen :-)

>Einfach hier rumfragen nach
>konkreten Bemessungen  erweitert kaum den Horizont.
Eine fertige Lösung habe ich hier auch nicht gesucht, sondern eine Hilfe 
zum Verständnis. Mein Aufbau ist auch als primär als Experiment eben 
dafür gedacht. Nur habe ich mehr Spass daran, wenn an einem Ende was 
leuchtet, als nur etwas Leistung auf irgend einem Lastwiderstand zu 
verbraten und ausschliesslich an Hand von Messwerten zu glauben, dass es 
funktioniert.
Messen kann ich ja auch, wenn es leuchtet ;-)
Ich bin nur nicht weiter gekommen, mit meinen Überlegungen, da es für 
mich wirklich Neuland ist.


Nun, mein Plan für die nächsten Abende, denke ich, wird etwa so 
aussehen:
Auf der Arbeit habe ich nochmal ein Netzteil zerlegt, das hat nochmal 
ganz andere Kerne drin. Die werde ich mir auch nochmal genauer ansehen.
Dann versuche ich, gemäss MaWins Post der Sache auf den Grund zu gehen 
und verschiedene Spulen mit Draht zu bestücken. FETs liegen auch noch 
einige rum (defekte Mainboards fallen auf der Arbeit täglich an). Anhand 
der Messungen sollte ich ja dan auch rausfinden können, welche Kerne 
besser geeignet sind und wie die Ansteuerung Sinn macht.
Jetzt woch ich ein paar Hinweise erhalten  habe, was ich sicher nicht 
machen soll, komme ich dem Verständnis mit kleinen Schritten näher.

> und verschiedene Spulen mit Draht zu bestücken.

Du findest nur 4 Kerne im Schaltnetzteil:

Der Ringkern direkt an 230V~, Gleichtaktdrossel, verheizt 
Funkstörimpulse, brauchst du nicht.

Die kleinen E-Kerne transformieren die Schaltimpulse der Transistoren. 
hochpermeables Zeug niedriger Leistung, ohne Luftspalt, brauchst du 
nicht.

Der dicke E-Kern, hochpermeables Zeug für Flusswandler, kein Luftspalt, 
brauchst du nicht.

Der gelbe Ringkern sekündär, glättet Ausgangsspannung, der taugt für 
Sperrwandler.

Es ist noch ein Kern drin, und der hat es in sich: der Kern für die 3,3 
Volt. Das ist eine magnetische Regelung.

Die 3,3V werden ebenfalls aus der 5-Volt-Wicklung erzeugt. Die 
Induktivität der 3,3V-Drossel wird über eine 
Gleichstromvormagnetisierung "dosiert".
Siehe
Beitrag "Der magnetische Verstärker"
oder
slup129.pdf "Magnetic Amplifier Control for Simple, Low-Cost, Secondary 
Regulation" by Bob Mammano  Topic 7 (7-1 - 7-9)
enthalten in http://www-s.ti.com/sc/techzip/slup222.zip


Sehr lesenswert: das magnetic handbook von Unitrode/TI:
http://focus.ti.com/docs/training/catalog/events/event.jhtml?sku=SEM401014
Übersicht über Artikel zum Thema:
http://focus.ti.com/lit/ml/slub007/slub007.pdf

> Besteht da nicht die Gefahr, daß die LEDs sehr kurze Stromimpulse
ziehen,

1:10, wie in jedem Multiplex.

> Eigentlich müßte es doch reichen, die Primärspannung zu messen und dann
> das Tastverhältnis entsprechend rechnerisch oder per Tabelle zu
> korrigieren.

Kann man machen da die Last ja konstant ist wenn mal wieder der 
allerextremste Geiz regiert, geht beim NE555 durch ziehen an CONTROL 
sogar recht einfach, aber ein MC34063 kostet auch nur 12 cent mehr.

> Das bedeutet aber, daß man einen Shunt im Lastkreis benötigt

Oh Gottchen, da ist sogar eine Diode drin an der 0.7V abfallen,
da müssen wir aber gleich eine Uhu Uhuhu gerechte Schaltung
bauen, damit er auch gar keinen Spannungsabfall mehr enstorgen
muss, und der Schalttransistor, dessen Spannungsabfall sogar
transormiert wird, und die primäre Strombegrenzung erzeugt auhc
noch Messverluste, da läuft die Taschenlampe sicher 1 Minute
weniger lange.

Das Neue Jahr geht ja gut los.....

> für in meinem Fall einen tragbaren, akkugetriebenen 30 W - LED-Scheinwerfer

In DEINEM Fall?

Wir wissen nicht, was DEIN Fall ist, oder der fremden Fall den du dir 
hier zu eiegn machen möchtest, hier geht es um Max seinen 
Sperrwandlerversuch.

Beim Stromschaltregler (auf Basis des MC34063 oder eines anderen 
Schaltregler-ICs) ist der Wirkungsgradverlust am Shunt die kleinere 
Verlustkomponente, so lange man sich nicht total dämlich anstellt.