SEPIC Speicherdrosseln

Max_der_Bastler schrieb:
> Hier kommt meine erste Frage:
> Der Querschnitt der Litze beträgt ca. 0,9mm², ist aufgrund des
> Skin-Effekts trotz dem Aufbau mit einzeln isolierten Litzen lediglich
> ein Strom von 3,36A machbar, so wie es vom Hersteller angegeben wird?
> Bei diesem Querschnitt hätte ich eine max. Belastung von 7-8A vermutet.

Hier kommt meine erste Frage: Wieso und wie eigentlich willst du den 
Draht mit 7-8A belasten, wenn dein Ausgangsstrom nur 1,5A ist.

Hier kommt meine zweite Frage: Was ist denn deine zweite Frage?

kleiner Tip schrieb:
> Hier kommt meine erste Frage: Wieso und wie eigentlich willst du den
> Draht mit 7-8A belasten, wenn dein Ausgangsstrom nur 1,5A ist.

Okay, habe mich da etwas schlecht ausgedrückt. Also mein Ausgangsstrom 
ist bei 1,5A, das heißt ich erwarte Pulsströme in den Spulen von 2-3A. 
Ich hätte jetzt einen kleineren Aderquerschnitt zum wickeln genommen, 
der Hersteller gibt für 3A aber bereits 0,9mm² vor.

Meine Frage ist nun, ob ich wirklich diesen großen Querschnitt verwenden 
sollte?

Aus dem Bauchgefühl hätte ich für 7-8A einen Querschnitt von 0,9-1mm² 
verwendet, wäre bei meinen Andorderungen also bei einem viel kleineren 
Querschnitt und bin mir momentan unsicher, was jetzt besser wäre.

Eine so pauschale Angabe der Strombelastbarkeit ist sinnlos. Es kommt 
sehr stark auf Aufbau und Wärmeabfuhr der Wicklung an. Dass Litze 
weniger belastbar ist als Massivdraht liegt am schlechteren 
Wärmetransport aus dem Inneren des Seils.

Nachdem Eisenpulverkerne meistens für Drosseln zur Filterung in 
Konvertern verwendet werden, und Ferritkerne für die Wandlerinduktivität 
würde ich nochmal nachsehen.

Mike B. schrieb:
> ~1,3mm Querschnitt ~ 1,3mm² für die 12V-Schiene bzw.
> ~1,5mm Querschnitt ~ 1,8mm² für die 5A-Schiene

Massivdraht und Gebläsekühlung machts möglich.

ACK, weit geringere Stromdichte und einen Ferritkern wählen.
Weniger Windungen dank höherem A_L-Wert, mehr Platz für den
größeren Querschnitt, weniger Verluste in Kern und Kupfer.

fk schrieb:
> ACK, weit geringere Stromdichte und einen Ferritkern wählen.

Zunächst richtig berechnen. Ein Micrometals T94-18 ist für den Wandler 
jedenfalls mehr als reichlich groß.

Wow super vielen Dank für die vielen Antworten.

Mit dem Querschnitt des Leiters werde ich wohl nichts falsch machen, so 
wie ich das verstanden habe. Das Beispiel mit den Spulen im PC-Netzteil 
und der entsprechenden Kühlung war da auch sehr hilfreich.

fk schrieb:
> ACK, weit geringere Stromdichte und einen Ferritkern wählen.

Jetzt würde ich zur oben implizierten zweiten Frage kommen :)
Den von mir vorgeschlagenen T94-18 Ringkern hatte ich ausgewählt, da er 
vom Hersteller speziell für Speicherdrosseln in Wandlern angegeben wird.
Frage bei mir ist noch, wann man jetzt genau Ferritkerne und wann 
Eisenpulverkerne einsetzt. Ferrite hatte ich besonders für Übertrager im 
Audio- und HF-Bereich sowie für Wandler-Transformatoren ohne DC-Anteil 
abgespeichert. Beim SEPIC hat man ja immer einen DC-Anteil auf den 
Spulen, weshalb hier Eisenpulverkerne besser sind, oder?

z.B. WE-DD von Würth?

Christian S. schrieb:
> Einen
> Luftspalt sollte der Kern immer haben, um Energie speichern zu können.
> Beim Eisenpulverkern ist dieser nur verteilt in der gesamten Masse.

Ah okay, der hauptsächliche Unterschied ist also der Luftspalt, welcher 
beim Eisenpulverkern bauartbedingt bereits vorhanden ist. Das macht 
Sinn.

Max_der_Bastler schrieb:
> Als Kern hatte ich an einen T94-18 von Reichelt gedacht:

Kannst du mir mal plausibel erklären, wozu du einen derartigen Kern 
verwenden willst?

Also erstens: für den SEPIC können die zwei Drosseln zwar auf dem 
gleichen Kern gewickelt sein, sie müssen dies jedoch nicht. Wichtig 
ist lediglich, daß du einen ordentlichen Kondensator zwischen beiden 
Drosseln verwendest, denn genau der kriegt die Wechselbeanspruchung ab.

Ansonsten schau dich nach einem Wandler um, der mehr als nur 30 kHz 
Wandlerfrequenz kann. Heutzutage ist mehr als das Zehnfache üblich. Dann 
sinken auch die erforderlichen Induktivitäten und du kommst mit zwei 
handelsüblichen Speicherdrosseln im Bereich 4.7 bis 22 µH aus. 
Alternativ guck bei Würth nach bifilar gewickelten Drosseln für SEPIC 
Wandler. So eine für 1.5 A ist etwa so klein wie ein halber 
Zuckerwürfel.

W.S.

Für die Induktivität gilt:
L ~ N²
f ~ 1/N²
I_sat ~ 1/N
f/I_sat ~ 1/N

Zum Beispiel eine Spule habe mit Luftspalt 1/4 der relativen 
Permeabilität-

Ohne Spalt: N=1 I_sat=2 L=0,2 f=80
Mit Spalt:  N=4 I_sat=2 L=0,8 f=20

Für den gleichen AusgangsStrom des Wandlers gitl:
Ohne Spalt: Weniger Windungen, aber höhere Wandlerfrequenz
Mit Spalt: Mehr Windungen, aber niedrigere Wandlerfrequenz

Für hohes I_sat soll die Induktivität klein gehalten werden bei der 
Wandlerdrossel. Ohne Spalt muss jedoch die Wandlerfrequenz deutliche 
erhöht werden. Drahtverluste werden weniger (solange der Einfluss des 
Skin-Effektes nicht überwiegen sollte), aber die frequenzabhängigen 
Eisenverluste steigen. Aus diesem Grunde werden Kerne mit Spalt meistens 
verwendet.

W.S. schrieb:
>> Als Kern hatte ich an einen T94-18 von Reichelt gedacht:
>
> Kannst du mir mal plausibel erklären, wozu du einen derartigen Kern
> verwenden willst?

Der Kern ist für Schaltwandler deklariert und passt bei mir noch ins 
Gehäuse. Was spricht denn gegen den Kern? Da ich bisher nur kleinere 
Wandler aufgebaut habe, fehlt mir bei der Auswahl von Ringkernen und dem 
Selbstwickeln noch Erfahrung, deshalb frage ich ja hier im Forum :)

W.S. schrieb:
> Ansonsten schau dich nach einem Wandler um, der mehr als nur 30 kHz
> Wandlerfrequenz kann.

Bereits im ersten Post steht, dass ich mit 150kHz arbeite...

Max_der_Bastler schrieb:
> Was spricht denn gegen den Kern?

Was sollte dagegen sprechen? Die Litze passt drauf und alles zusammen 
passt ins Gehäuse. Etwas überdimensioniert vielleicht, aber was solls?

Max_der_Bastler schrieb:
> Der Kern ist für Schaltwandler deklariert...

Das glaube ich dir ja, aber du solltest nicht jede olle Deklaration 
glauben.

> Bereits im ersten Post steht, dass ich mit 150kHz arbeite...

Auch das glaube ich dir. Aber das Geschäft mit ollen Ringkernen für 
Schaltwandler war zu Zeiten, wo man tatsächlich nur grad so kurz über 
dem Audiobereich gearbeitet hat.

Also laß den Ringkern bleiben, vielleicht kannst du den mal noch für was 
anderes nehmen. Ich geb dir mal ein Beispiel:
Würth 744871330
ist geschirmt, bifilar gewickelt (für SEPIC), 2.4 Ampere, 33 µH, 12x12x6 
mm groß und kostet bei Farnell netto 3.46€, ab 3 á 3.69€

reicht dir das jetzt?

W.S.

quatsch, 2.69€
W.S.

Prinzipiell kannst Du den Kern benutzen. Insoweit hat Sven recht.

Gerade unter diesen Voraussetzungen (*) wäre jedoch eine 1:1 Übersetzung 
bestens geeignet. Und die meisten verfügbaren gekoppelten L gibt es mit 
gerade diesem 1:1 Verhältnis - siehe z.B. die genannten WE-DD.

[(*): V_in nur wenig geringer bis höher als V_out]

Außerdem lassen sich mit Ferrit als Kernmaterial niedrigere Kern- und 
sogar Kupferverluste erreichen. Auch mit 12 x 12mm Footprint - das 
reichte hier nämlich locker.

Vermutlich auch dafür, trotzdem noch besseren Wirkungsgrad erreichen zu 
können, als mit dem Eisenpulver-Ringkern - falls Du dachtest, die Größe 
würde Dir dahingehend "in die Hände spielen". (Auch das wissen wir nicht 
- ob der Wirkungsgrad Dich mehr als nur am Rande interessiert.)

"Potentiell rentabel" - vor allem wegen der höheren 
Sättigungsflußdichte, welche dann häufig zu einem kleineren Bauteil 
führt - ist Eisenpulver meines Wissens vor allem für Filterspulen bei 
hohen Strömen, und im Speziellen noch vorteilhafter für solche, bei 
denen hauptsächlich relativ hohe Gleichstrom-Vormagnetisierung eine 
tragende Rolle spielt.

Trotzdem sind solche Pauschalisierungen "nicht viel wert". Nützlicher 
als Entscheidungsgrundlage ist die Durchführung einiger 
Beispielberechnungen und/oder Simulationen. Dann sieht man die konkreten 
Ergebnisse selbst.

(Weshalb hinz dies auch ansprach. Da von Dir keine Reaktion kam, nehme 
ich an, daß Dir Berechnungsmethoden bekannt sind, oder Du es vielleicht 
sogar durch einige Wickelversuche herausfinden willst - bis Du etwas 
anderes sagst, zumindest.)

Allerdings sprechen hier halt sowohl Größen- als auch 
Wirkungsgradargumente gegen den Kern von Reichelt. (Ganz ohne Grund 
kamen diese Hinweise nicht.) Machbar ist es natürlich trotzdem - "zu 
groß" wäre nur ein Ausschlußkriterium, wenn "zu groß für den 
angestrebten Einbauort".

Wenn Du selbst wickeln willst, oder den Kern schon hast (bzw. nur 
Reichelt als Quelle in Frage kommt - wo es meines Wissens keine solchen 
WE-DD o. ä. gibt), oder sonstiges... dann mach, wie Du willst.

Ich denke, es ging den Verfassern der Beiträge oben einfach nur darum, 
die beste Lösung zu präsentieren. "Vorschriften" will Dir wohl keiner 
machen.

Er will selber wickeln und seine Erfahrungen machen.

Als grobe Schätzung (Fehler kleiner einer Zehnerpotenz):
Bei 42nH/N^2
L~U/I*1/f=11/3*1/150k = 25uH
N~25 (sqrt(25u/42n))

Eine solche Zahl an Windungen sollte sich wickeln lassen. Zum 
Experimentieren, würde ich noch eine Abgriff/Anzapfung vorsehen, um das 
Windungsverhältnis und die Induktivität einfach zu ändern.

Entschuldigt meine späte Antwort, war noch anderweitig beschäftigt 
gewesen.

Mike B. schrieb:
> @Max, mit welchem Treiber willst du den SEPIC aufbauen?>
> Kannst du die Schaltung veröffentlichen, bitte?

Bitte nicht hauen :) Als Treiber nehme ich eine einfache 
NE555-Schaltung. Die t_off-Zeit ist bei der Schaltung konstant und die 
t_on-Zeit lässt sich über den Referenzeingang Pin 5 vom 
Operationsverstärker anpassen. Der Operationsverstärker arbeitet als 
PI-Regler und schaut auf den LED-Strom.
Habe diese Schaltung nun schon in mehreren kleineren Boost-Wandlern 
verbaut und damit auch Wirkungsgrade >93% erreicht. Läuft bisher sehr 
zuverlässig.

fk schrieb:
> Nützlicher als Entscheidungsgrundlage ist die Durchführung einiger
> Beispielberechnungen und/oder Simulationen. Dann sieht man die konkreten
> Ergebnisse selbst.
> (Weshalb hinz dies auch ansprach. Da von Dir keine Reaktion kam, nehme
> ich an, daß Dir Berechnungsmethoden bekannt sind, oder Du es vielleicht
> sogar durch einige Wickelversuche herausfinden willst - bis Du etwas
> anderes sagst, zumindest.)

Berechnungen habe ich ein paar Durchgeführt, hauptsächlich zum 
Tastverhältnis und natürlich zur Dimensionierung des Treibers.
Bei den Spulen kann man mit Annahmen wie
- I_out für L2
- I_in für L1
- Delta I_L über Tastverhältnis und Taktfrequenz
die maximal zu erwartenden Spulenströme abschätzen. Hier muss ich 
gestehen, habe ich auch eher grob geschätzt.
Als Kondensator müssen natürlich low-ESR-Typen eingesetzt werden, wobei 
die Kapazität nicht zu klein sein darf. Die mindeste Kapazität sollte 
sich mit der zu übertragenden Energie pro Taktzyklus abschätzen lassen, 
ich habe der Einfachheit (lag gerade rum) einen 330µF lowESR verwendet 
(sollte eigentlich überdimensioniert sein).

Einen Prototypen mit zwei separaten 33µH-Spulen und dem 
330µF-Kondensator kommt bei mir auf einen Wirkungsgrad von 87%. Der 
Kondensator bleibt eiskalt, die Spulen sind relativ warm, was aber auch 
daran liegen mag, dass sie bezüglich max. DC-Strom hart an der oberen 
Grenze laufen.

Optimierungsbedarf des Wandlers sehe ich deshalb vorallem an den Spulen. 
Eigene Wickelversuche sind für mich natürlich interessant, da ich damit 
für mich Neuland betrete und meine Erfahrungen noch machen muss und 
möchte.

Der häufig gemachte Vorschlag einer fertigen Doppelspule ist an mir 
nicht vorbeigegangen, im Gegenteil habe ich mir das Würth-Sortiment 
daraufhin aufmerksam angesehen (kannte Würth bisher noch nicht). Die 
vorgeschlagene fertige Doppelspule ist eine super Empfehlung, vielen 
Dank dafür.

Falls es so rübergekommen sein sollte, dass ich eure Vorschläge nicht 
aufgreife, bitte ich dies zu entschuldigen. Da es meine erste Auswahl 
eines Ringkerns ist, habe ich erstmal versucht mit euren Aussagen meine 
Wahl zu hinterfragen und meine Auswahlkriterien zu verbessern, um beim 
nächsten mal besser entscheiden zu können. Schlussendlich wird es wohl 
eine fertige Würth-Spule werden, da ich ca. 3-4 Treiber aufbauen werde.

Mit Qucs simulierte ich einen SEPIC-Wandler. Bei mir gab es am 
Kondensator aber auch (negative) Spannungsspitzen im Schwingkreis mit 
den beiden Spulen, dass es für den Elko auf die Dauer nicht gesund war 
und ich hier einen bipolaren, bzw. polungsunabhängigen Kondensator 
einsetzen müßte. Ich hatte eine um die Hälfte niedrigere 
Eingangsspannung in eine doppelte Ausgangsspannung gewandelt.

Dieter schrieb:
> Ich hatte eine um die Hälfte niedrigere
> Eingangsspannung in eine doppelte Ausgangsspannung gewandelt.

Hi

Eine Frage aus Neugierde: Warum einen Sepic wenn nur die Spannung erhöht 
werden soll?
Im Fall des TE ist mir die Wahl klar.

MfG

ichbin schrieb:
> Dieter schrieb:
> Eine Frage aus Neugierde: ...

Aus dem Grunde. Ist ja sinnvoll nachzusehen was in dem Falle passieren 
könnte.