Isolierter Buck-Boost Converter - Welche Topologie?

Hendrik B. schrieb:

allerdings kann ich nicht erkennen, ob diese Topologien für den Buck-Boost Betrieb geeignet sind.

Dank des Übertragers funktioniert das. Das Übersetzungsverhältnis für maximales Tastverhältnis bei minimaler Eingangsspannung auslegen. Steigt die Eingangsspannung, reduziert die Regelung das Tastverhältnis. Die Spannungsbelastung der sekundären Gleichrichterdioden wird aber ziemlich hoch.

Hallo Luca,

vielen Dank für Deine Antwort. Ich verstehe das dann so, dass ich jede der oben genannten Topologien als isolierten Buck-Boost verwenden kann? Würde es etwas bringen, die Gleichrichterdioden durch entsprechende MOSFETs zu ersetzen und eine synchrone Gleichrichtung zu verwenden?

Mit welcher Topologie könnte ich denn dann am Effizientesten werden? Wenn ich richtig gelesen habe, würde eine Full-Bridge Topologie die beste Effizienz bei allerdings komplexem Aufbau bieten.

Mein Problem war bisher immer passende Transformatoren zu finden. Gibt es bei einer Topologie eine größere Auswahl an Trafos von der Stange oder komme ich ums selber wickeln nicht drum herum?

Viele Grüße

Die Firma Würth hat da etliche Trafos als Standardprodukte, die auch für einige TI Chips ausgelegt sind. Einfach mal stöbern, oder gleich deren Support anrufen -- oft sind für Schulprojekte sogar Muster günstig erhältlich.

Hendrik B. schrieb:

Ich verstehe das dann so, dass ich jede der oben genannten Topologien als isolierten Buck-Boost verwenden kann?

Ja.

Hendrik B. schrieb:

Würde es etwas bringen, die Gleichrichterdioden durch entsprechende MOSFETs zu ersetzen und eine synchrone Gleichrichtung zu verwenden?

Ändert nichts daran, dass die MOSFETs dann auch entsprechend spannungsfest sein müssen. Bei 4 A lohnt sich das durch die komplexe Ansteuerung aber nicht. 85% Wirkungsgrad sind auch ohne Synchrongleichrichtung erreichbar.

Hendrik B. schrieb:

Mit welcher Topologie könnte ich denn dann am Effizientesten werden?

Der active-clamp forward scheint in diesem Spannungs- und Leistungsbereich recht beliebt zu sein und er ist vergleichsweise einfach. Schau dir mal die Application Notes von PoE-Wandlern an.

Hendrik B. schrieb:

Gibt es bei einer Topologie eine größere Auswahl an Trafos von der Stange oder komme ich ums selber wickeln nicht drum herum?

Selbstwicklen ist das Mittel der Wahl. Oder als Planartrafo direkt in der Platine. Dabei lernst du auch am meisten.

Hendrik B. schrieb:

mit einem Flyback sollte das klappen, allerdings wird hier die Effizienz wahrscheinlich in den Keller gehen.

Na ja, 100W nennt man so als Genze, ab wann man von Flyback auf Topologien ausweicht, die beide Magnetisierungsrichtungen des Kerns nutzen, damit man mit halb so grossen und somit halb so teuren Kernen auskommt, aber als Hobbyist ist die Pfennigfuchserei ja nicht nötig. Die Effizienz ist nicht das Problem, die Ummagnetisierung des Kerns ist geringer, die Wicklungsverluste sind gleich, Halbleiterverluste eher geringer.

Aber jeder Forward-Konverter besteht aus einem Trafo (der die Spannung auf eine immer höher als die Ausgangsspannung transformiert und zugleich isoliert) mit nachfolgender stromglättenden Spule wie ein Buck, braucht also 2 Kerne.

Daher ist Flyback sicher einfacher, in Dimensionierung und Aufbau.

Ansonsten Gegentaktwandler, bei der geringen Primärspannung.

Hendrik B. schrieb:

Würde es etwas bringen, die Gleichrichterdioden durch entsprechende MOSFETs zu ersetzen und eine synchrone Gleichrichtung zu verwenden?

Ja, das bringt schon was. Ich hab mal was ähnliches entwickelt, 24V auf 24V/100W mit 20kV Isolation. Die Schaltung ist recht einfach. Ein ungeregelter Gegentaktwandler treibt den Trenntrafo 24V/32V. Dahinter dann ein Synchrongleichrichter mit TEA1795. Die ungeregelten 29..40V macht dann ein Stepdown MAX1546 wieder zu 24V. Die 6 MOSFETs sind BSC146N10LS5. Es werden keine Kühlkörper benötigt, die Platinen reichen zur Kühlung aus. Wegen der 20kV Isolation wurden 2 Platinen verwendet. Der Hochspannungsteil sitzt in einem Isoliergehäuse (3D-Druck).

Hendrik B. schrieb:

nun wollte ich einen isolierten Buck-Boost Converter bauen

So etwas gibt es nicht. Bzw. ergibt diese Klassifizierung keinen Sinn.

Bei isolierten Wandlern unterscheidet man ganz grob zwischen Sperrwandlern und Flußwandlern. Beide können Spannung sowohl herunter als auch herauf setzen. Der Trafo als (isolierendes Element) macht es möglich.

Ein bevorzugter Typ von mir ist der LT1683. Den lasse ich gerne mit einem beidseitig mittelangezapften Trafo laufen. Die Wicklungen sind immer eher einfach und selbst machbar. zB von 12 auf 120V mit 10:100 Windungen auf einem E-Kern

Ich habe sowas immer mit einem mittelpunktgespeisten Gegentaktwandler gemacht. Das Design (leider meistens ungeregelt, d.h. ohne Siebdrossel) ist in jeder mittleren bis großen KFZ-Endstufe drin und leicht zu handhaben. Die primären Transistoren bekommen dabei die doppelte Eingangsspannung ab, aber 100V Typen mit kleinem Rds(on) sollte man bekommen. Vollbrückenschaltung ginge auch, finde ich aber bei der geringen Eingangsspannung unnötigen Aufwand, auch wenn dann FETs für die einfache Versorgungsspannung ausreichen. Die Spannungsfestigkeit der sekundären Dioden ist einigermaßen egal, kann man ruhig 200..300V Typen nehmen, die haben auch keine viel höheren Durchleitverluste als welche mit 50V.

Den Trafo würde ich so wickeln, daß er bei 18V Eingang immer noch ~30V am Ausgang erreicht. Dadurch bekommt man eine ausreichende Regelreserve.

Steuern kann man das z.B. mit dem guten alten SG3525, Feedback-Schleife über Optokoppler (gerne genommen: PC817) und TL431.