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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Step-Up-Schaltregler Eigenbau


Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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Hallo,

ich möchte aus einer variablen Eingangsspannung (von einem Generator) 
mit ca. 5V bis 45V mit maximalem Strom (ca. 10-20A) in ein LiPo-Akku 
speisen. Normale Schaltregler scheiden bei derartigen Spannungen und 
Strömen aus.

Ich würde einen AtMega mit 16MHz verwenden und einem PWM zur Ansteuerung 
des Leistungs-MOSFETS. Eine Ansteuerung mit 8bit-Auflösung würde ca. 
64khz Schaltfrequenz bedeuten.

Ich habe mal eine Seite gefunden, auf der man die Induktivität der Spule 
berechnen konnte, finde diese aber nicht mehr.

Wie sieht es generell mit der Dimensionierung der Bauteile aus? Welche 
Dioden sind Empfehlenswert, welche Spulen und besonders welche MOSFETs? 
Gibt es bereits Erfahrungsberichte in diesem Bereich?


Vielen Dank für eure Informationen ;-)

M.f.G. Elektrofreak

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Welche Spannung hat Dein Akku, 50 Volt? Hat er z.B. 9,6 Volt, dann 
benötigst Du einen Step-Up-Down, was deutlich aufwändiger wird.

Bernd

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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Es werden ca. 42V Ladeschlussspannung werden (also 10x 3,7V LiPo oder 
12x LiFePo mit ca. 3,2V). Ein Step-Up würde also reichen.

Ich habe schon den Schaltkreis 3843 (UC3843 oder KA3843B) gefunden, 
allerdings funktioniert dieser nur bis 30V Input. Gibt es da 
Alternativversionen bis 50V? Soetwas könnte man ja als Alternative für 
eine Mikrocontrollergesteuerte Variante verwenden...

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Der UC384x wird sogar meist in Netzbetriebenen Netzteilen verwendet. Er 
kann also (mit der geeigneten Beschaltung) auch an höheren Spannungen 
betrieben werden.
Aber das IC, die Mosfets und die Dioden sind das kleinste Problem. Dein 
größtes Problem ist die Spule. Eine Spule für bis 1kW ist schon ein 
ziemlicher Klotz, und noch dazu alles andere als einfach in der 
Berechnung und Konstruktion (wenn man keine Erfahrungen auf dem Gebiet 
hat).

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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im Extremfall würde ich auch mehrere dieser Schaltregler bauen und diese 
Parallel (inkl. Dioden) schalten. Dann bräuchte man nur noch kleinere, 
aber mehrere Spulen etc.

Aber ob das die Lösung ist?

Wir können uns ja mal grob auf 10A @ 20-30V einigen (mit Kompatibilität 
auf 45V). Dann brauchen wir nicht mehr so große Sachen und die Ziele 
werden auch noch grob erreicht...

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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OK, 200-300W ist schon eher im Bereich des machbaren. Schau dich da mal 
um, da ist einiges in der Richtung recht gut beschrieben:
http://www.sprut.de/electronic/switch/index.htm

Allerdings wirst du trotzdem mit Sicherheit etliche 10€ an Bauteilen in 
Rauch verwandeln. Das ist normal.

Autor: Stefan Salewski (Gast)
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>Es werden ca. 42V Ladeschlussspannung werden (also 10x 3,7V LiPo

Du weißt schon, dass das Laden in Reihe nicht ganz unproblematisch ist?
Stichwort Balancer usw.

>(von einem Generator) mit ca. 5V bis 45V

Ein Generator mit einem so großen Arbeitsspannungsbereich?

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Falls Du, wie zu Anfang, einen AtMega verwenden möchtest, sind meiner 
Meinung nach weitere Maßnahmen erforderlich, um ein Abrauchen der 
Schaltung zu verhindern. Falls der PWM keine Impulse liefert, sollte der 
FET nach kurzer Zeit sperren. Eine CPU als Abwärtsregler ist da 
unkritischer.

Wäre anstatt des PWM Bausteines UC3843 der PWM Ausgang eines AtMega 
gleichwertig?

Möchtest Du eine intelligenten Ladelogik verwirklichen oder einfach nur 
eine konstante Spannung anlegen?

Was hälst Du vom MAX1771? Es könnte aber auch ein Anderer sein. Dazu ist 
ein Längsregler zur Reduzierung der 45V auf die max. Versorgung des ICs 
notwendig. Des weiteren ein Typ. N Mosfet, ein Treiber dazu, eine 
Drossel eine Schottky Diode und ein impulsfester Elko. Mit Hilfe des 
Current-Sense Widerstandes kannst Du eine Ladestrom-Begrenzug 
realisieren.

Gruss, Bernd

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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5V-45V => Radnabenmotor als Generator zwischen ca. 5 und 45 km/h (grobe 
Werte, keinenfalls über 45V)

Balancer etc. sind klar und werden auch eingebaut.

Ob uC oder IC ist mir eigendlich recht wurscht.

Bei dem 1771 bin ich mir nicht ganz sicher, wie der MOSFET angesteuert 
wird, desshalb könnte das auch schief gehen, wenn ich die 
Versorgungsspannung des ICs an einen Linearregler mit bsp. 12V lege...

Ich sehe eigendlich auch das Hauptproblem in der Beschaffung der 
Spule...

Edit: und in der hohen Eingangsspannung von bis zu 45V

Autor: Michael (Gast)
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Hallo,

das Prinzip des Aufwärtswandlers kennst Du ja denke ich. Ansonsten steht 
es nochmal in

   http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX1522-MAX1524.pdf

Ich kann Dir nur ein paar Gedanken sagen, die mir beim Bau einfallen. 
Erfahrung mit so hohen Strömen habe ich nicht.

1. Du lädst die Spule mit Energie auf, indem Du einen Strom fließen 
läßt.

   Der Spulenstrom berechnet sich über:
   u = L di/dt zu
   i = 1/L Integral( u(t) dt)

   Da die Speisespannung u(t) konstant ist, also u(t)=U, steigt der
   Spulenstrom linear mit der Zeit an:
   i = U/L * t

   Um hohe Spulenströme (entspricht dem Ladestrom im Zeitpunkt des
   Umschaltens) zu erhalten, muß also entweder die
   Induktivität groß sein oder Du mußt lange warten.

   Lange warten bedeutet aber, daß Du nicht so oft pulsen kannst,
   so dass der Ladestrom nur ein gewisses Tastverhältnis lang fließt.
   Also brauchst Du eine Spule mit hoher Induktivität.

   (Wahrscheinlich kannst Du Dir aus dem Gesagten die optimale
   Induktivität schon ausrechnen.)

   Ein kritischer Punkt an der Spule ist, daß der Spulenkern nicht in
   die Sättigung geht und dass die Wicklungen möglichst niederimpedant
   sind (wegen der hohen Ströme).

   Wahrscheinlich sollte die Spule auch keine zu niedrige Grenzfrequenz
   haben, damit sich die Spannungspulse, die in Punkt 2 beschrieben 
sind,
   nicht über die parasitäre Spulenkapazität kurzschließen.

   Das spricht für eine Spule mit großen Ausmaßen (gutes Dielektrikum
   oder Luftspule)

2. Wenn der Transistor schaltet, fließt der Spulenstrom einfach über die
   Diode weiter und gibt seine Energie ab, aber nicht zu 100% an
   die Batterie, sondern auch an den eigenen ohmschen Innenwiderstand, 
die
   Diode und den Innenwiderstand der Batterie.

   Eine schnelle Umschaltung des Transistors möchtest Du erreichen,
   damit die Verluste verringert werden, die der Transistor während des
   Umschaltens hat. Zu dem Zeitpunkt ist er ja noch mittelmäßig 
leitfähig
   und ist schon der hohen Spannung der Spule ausgesetzt.

   Transistoren gibt's bis in den einstelligen Milliohm-Bereich.
   Schau am besten bei der Firma IRF nach, die haben sehr gute MOSFETS.
   Beachte vor allem auch UGS. Die meisten Typen sind auf 12V
   Versorgungsspannung ausgelegt. Für TTL-Pegel sind es schon deutlich
   weniger.

   Wahrscheinlich brauchst Du einen MOSFET-Treiber, um den Transistor
   schnell genug umzuschalten. Vermutlich tuts ein MAX5056.


Gruß,
  Michael

Autor: Michael (Gast)
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In ähnlicher Größenordnung gibt es übrigens was:

http://www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/5319

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Hier erst mal meine Idee:

Statt dem MAX1771 geht natürlich auch ein anderer Typ. Aber erst mal 
müssen die Rahmenbedingungen festgelegt werden. Der taktet hier mit 
300kHz. 1MHz finde ich eindeutig zu hoch und 50kHz zu niedrig. Ideen zur 
Bauteileauslegung sind willkommen.

>Um hohe Spulenströme (entspricht dem Ladestrom im Zeitpunkt
>des Umschaltens) zu erhalten, muß also entweder die
>Induktivität groß sein oder Du mußt lange warten.
Die Induktivität muss klein sein!

1. Ein Aufwärtsregler kann maximal mit 50% Taktverhältnis arbeiten.
2. Bei logisch 1 steigt der Strom bis zum maximalen Wert an.
3. Bei logisch 0 sollte der Strom wieder auf 0 absinken.
4. Im Mittel kommt nur 1/4 des Maximalstromes rüber.
5. 20A Ladestrom benötigt 20 * 4 / 0,9 = 89A (bei 90% Wirkungsgrad)
6. In 1.67us bei 300kHz und 40V muss der Strom auf 89A steigen.
7. Die 89A müssen kurzfristig von den Elkos geliefert werden.

Frage: Welcher Strom ist bei 5V, 10V, 20V, 30V zu erwarten?

Bernd

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Die Induktivität müsste ca. 0.7-0.8uH und max 0.01Ohm haben. Es wird ein 
Kern mit niedrigem AL-Wert benötigt bzw. muss die Energie in einem 
Luftspalt gespeichert werden. Ansonsten würde der Kern in die Sättigung 
kommen.

Falls der Verlust über die Schottkydiode zu gross ist, könnte ein FET 
als Synchrongleichrichter eingesetzt werden

Der Widerstand für Current-Sense kristallisiert sich mit 1mOhm heraus.

Bernd

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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Die Ströme bei 5V bis 30V sollten je bis ca 10A Input sein, mehr kann 
der Motor nur mit gutem Willen erzeugen. Aber das Schwierige dürfte 
werden, dass der (Schalt- oder Input)Strom regelbar sein soll, d.h. dass 
die Bremswirkung des Radnabenmotors regelbar sein soll. Bei 1A bremst 
man recht gemütlich, bei 10A schon recht gut. Eine mechanische Bremse 
kommt bei starkem Bremsen hinzu.

Meine Idee wäre hier ein variabler Verstärker der Shunt-Spannung, je 
nachdem wie viel Strom fließen soll. Ist dies die beste Variante?


Vielen Dank an Bernd. Durch die oben beschriebene und gezeigte Schaltung 
gibt es das Problem mit der Eingangsspannung nicht mehr, ich habe 
vergessen (da ich mich vornehm mit Step-Down-Schaltreglern befasse), 
dass der MOSFET eine Gatespannung von ca. 15V relativ zur Masse bekommt 
und nicht relativ zur Versorgungsspannung (da hätte ich mehr Probleme). 
Dadurch ist auch ein Arbeiten bei bis zu 45V möglich (bei entsprechend 
festem MOSFET)

Noch eine kleine Frage: mit welchen Werten hast du oben gerechnet? Weil 
über das Tastverhältnis (abhängig von der Eingangsspannung) berechnet 
man ja den maximalen Strom


Edit: den 1771 finde ich nicht so gut, desshalb würde ich welche 
verwenden, die ich auch bei Schukat bekommen kann (Schukat verkauft 
nicht an Privatpersonen, ist aber wirklich günstig). Das wären von Maxim 
MAX668, MAX669 und MAX732. Von anderen Herstellern haben die auch 
welche. Der 668-669 sieht dem 1771 recht ähnlich.

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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Danke Michael für den Link zu dem IC. Leider schafft der "nur" 40V und 
ich möchte nicht riskieren, dass das IC mal bei wenigen Volt mehr schon 
abraucht (kann ja mal bei Berg-ab-Fahrten und vollem Akku passieren), 
dann schon lieber 50V oder 60V...

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Hallo

Bei den Berechnungen bin ich von 20A Ladestrom und 300kHz Taktfrequenz 
ausgegangen. Dann hab ich die Drossel kurz unter LT-Spice ausprobiert.
Bei leitendem FET integriert der Strom von 0 auf 89A hoch. Bei 
sperrendem FET sinkt der Strom über die Schottky wieder von 89A auf Null 
ab. Bei jedem Takt wird eine kleine Energiemenge (2,67mJ) hauptsächlich 
im Luftspalt gespeichert und wieder abgegeben. Erst bei 300000 mal pro 
Sekunde werden das 800 Watt.

Der Aufwärtsregler liefert mit der aktuellen Dimensionierung folgende 
Ströme abhängig von der Eingangsspannung:

 7V -  3A
10V -  5A
20V - 10A
40V - 20A

Der Schaltregler verhält sich in dem Bereich wie eine Last von 2 Ohm.
Falls das zu wenig ist, muss die Drossel noch kleiner werden. Dann wäre 
der Schaltregler bei Vollast überdimensioniert, was einen schlechteren 
Wirkungsgrad zur Folge hätte (Taktverhältnis<<50%). Die Leistungsteile 
müssen außerdem jetzt schon ca. 100A abkönnen.

Dann noch ein anderes Problem. Falls die Eingangsspannung über die 
Akkuspannung ansteigt, wird die Diode D2 leitend und der Ladestrom kann 
nicht mehr geregelt werden.

Ist der Innenwiderstand des Motors/Generators bekannt?

Der EXT sink/source current ist mit 1A recht hoch, da könnte man sich 
evtl. die Treiber sparen.

Erst wenn die Rahmenbedingungen klar sind, kann man sich einen 
Ferritkern und die restlichen Teile aussuchen.

Gruß, Bernd

Autor: Mats Marcus (Gast)
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Über einen vorgeschalteten MOSFET wäre ja eine Abschaltung des 
Step-Up-Wandlers möglich. Dann lädt er das Akku auch nicht bei "zu 
hohen" Geschwindigkeiten.

Wenn wir von den Werten ausgehen, die du oben Berechnet hast (20A @ 40V 
sind schon wirklich gut, es würden auch 10A reichen), wie kommt man an 
eine passende Spule? Würde man sich eine selber Wickeln oder gibt es 
passende Spulen zu kaufen? Leider kenne ich die notwendigen Formeln für 
die Induktivität nicht und habe keine Erfahrungen mit Spulen, die 
maximal 100A! aushalten. Wo kann ich mir passendes Wissen anlesen?


M.f.G. und Vielen Dank

Mats Marcus

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Abschalten:
Dann ist aber schlagartig die Bremswirkung weg. Ich vermute eher, dass 
unter Last die Spannung nie über 40V steigt, deshalb die Frage nach dem 
Innenwiderstand.

Sollen wir den Strom etwas reduzieren?
 8V -  3A
10V -  4A
20V -  8A
40V - 16A

Oder wie wärs mit der vorherigen Version, dafür aber mit 10-15A 
Strombegrenzung. Eventuell abhängig von den zur Verfügung stehenden 
preisgünstigen Bauteilen

>Wie kommt man an eine passende Spule?
Einen Kern aussuchen und kaufen oder aus einem alten Computernetzteil 
ausschlachten. Allerdings sollte der AL-Wert bekannt sein. Durch die 
Formel
Dann selber wickeln. Keine Angst, das sind nur 5-10 Windungen. Eventuell 
kann man 0.5mm Cu-Lackdraht nehmen, aber dafür mehrere Drähte parallel.

L = AL * N2  -> N = sqr(L/AL) (alle werte in nH)

AL = 50nH
L = 700nH
N = sqr(700/50) = 5,2 W -> 5 Windungen

>Wo kann ich mir passendes Wissen anlesen?

Leider finde ich diese Seite nicht mehr
http://schmidt-walter.fbe.fh-darmstadt.de/smps/smps.html

Ansonsten aus Büchern wie das hier:

Schaltnetzteile und ihre Peripherie
Dimensionierung, Einsatz, EMV
Ulrich Schlienz
erschienen Juli 2007 | 294 Seiten, 346 schw.-w. Abb.
Vieweg+Teubner Verlag
39.90 €

einfach mal googeln

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Bernd Weeber wrote:

>>Wie kommt man an eine passende Spule?
> Einen Kern aussuchen und kaufen oder aus einem alten Computernetzteil
> ausschlachten. Allerdings sollte der AL-Wert bekannt sein. Durch die
> Formel

Die Ringkernspulen aus PC Netzteilen sind eher nur für kleine Leistungen 
geeignet. Bei einem Stepup würde ich nicht mehr als etwa 100W 
drüberjagen. In einem PC Netzteil ist der Strom relativ konstant, hier 
geht der Strom aber in Richtung 100A wie du schon berechnet hast. Von 
daher muss man aufpassen, dass der Kern nicht in die Sättigung geht.
Der Wirkungsgrad wird mit PC Netzteil Spulen aber generell nicht allzu 
gut, denn die ist in erster Linie billig. Mehr als 100kHz würde ich 
diesen Kernen auch nicht zumuten. Bessere Kerne kosten richtig Geld, ich 
schätze mal 20€ wird für einen Kern in dieser Leistungsklasse die 
Untergrenze sein.

> Leider finde ich diese Seite nicht mehr
> http://schmidt-walter.fbe.fh-darmstadt.de/smps/smps.html

Hier:
http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/smps.html

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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Ich habe noch viele PC-Netzteile, mal sehen ob ich ein paar der Spulen 
daraus entfernen kann und mal nachsehen, ob die AL-Wert der Kerne darauf 
stehen (oder alternativ die Induktivität). Kann man irgendwie auch 
erkennen, ob ein Kern qualitativ hochwertig oder niederwertig ist?

Ansonsten: wo bekommt man gute Kerne her?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Mats Marcus wrote:
> Ich habe noch viele PC-Netzteile, mal sehen ob ich ein paar der Spulen
> daraus entfernen kann und mal nachsehen, ob die AL-Wert der Kerne darauf
> stehen (oder alternativ die Induktivität). Kann man irgendwie auch
> erkennen, ob ein Kern qualitativ hochwertig oder niederwertig ist?

Nur schwer.
Man kann es etwas über die Farbe rausbekommen. Zumindest die häufigen 
Farben wie gelb/weiß oder blau kann man hiermit zuordnen:
http://www.dl5swb.de/html/mini_ringkern-rechner.htm
Du kannst da mal mit den Werten Spielen. Schön ist, dass das Programm 
berechnet wie hoch die Kernverluste sind. In PC Netzteilen findet man 
häufig den T106-26 oder 1-2 Nummern größer, je nach Leistung. Ab und zu 
auch den -18 (grün/rot).

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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Ich habe einen gelben (gelb lackiert mit weißem Untergrund), 30g schwer, 
14mm Innenlochdurchmesser, 28mm Gesamtdurchmesser, 11-12mm Höhe.

mal sehen ob der was bringt


Edit: es scheint wirklich der T106-26 zu sein.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Die ganzen Kerntypen durchschauen. Am weitest verbreitet sind die 
Eisenpulver Kerne. Dein Kern dürfte genau der von mir genannte T106-26 
sein. Der hat laut dem Programm 93nH/N².

Gebe ich da die Werte 300kHz, 10µH, 42V ein, gibt das Programm eine 
Verlustleistung von 22,16W im Kern aus. Das ergibt einen 
Temperaturanstieg von 239°C. Also ungeeignet.
Selbst andere Werte ergeben nicht sehr viel bessere Werte.

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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gibt es überhaupt in einem PC-Netzteil verwertbare Kerne? Dann muss ich 
nicht alle ausschlachten :D

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Für die volle Leistung nicht. Du könntest aber mehrere Kerne parallel 
schalten:
Entweder zwei Kerne zusammenlegen und die Spule über beide wickeln oder 
mehrere Spulen mit mehr Induktivität  mit je mit einem eigenen Mosfet 
parallel schalten. Das sollte den gesamten Aufbau und die hohen Ströme 
etwas entschärfen.

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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nur eine frage: wenn ich jetzt bsp. 100µH eingebe anstatt 10µH, dann 
habe ich auch 1/10 der Verlustleistung, aber ich muss ja 10 Stück davon 
verwenden, dann hätte ich doch immernoch insg. den selben Verlust, oder?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Ja, aber die Leistung pro Kern ist kleiner, da die Verluste sich auf 
alle Kerne verteilen. Bringt zwar nichts für den Wirkungsgrad, aber die 
Spule überlebt das wenigstens. Außerdem kommt ein einziger Kern in die 
Sättigung (Flux größer als max. Flux).
Besser ist natürlich ein passender Kern, aber ich habe keine Ahnung wo 
man die in Einzelstückzahlen günstig bekommt.
Vielleicht ist es auch besser von dem Ringkern wegzugehen und 
stattdessen einen normalen Feritkern mit Luftspalt zu verwenden. Der 
sollte weniger Verluste haben, und günstiger sein. Dafür aber vermutlich 
auch größer. Conrad hat da glaube ich einige.

Da kann man sich einen passenden Kern ausrechnen lassen:
http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/smps.html

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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bei Reichelt scheint es Eisenpulver und Ferrit-Kerne zu geben, sogar 
recht viele.

www[punkt]reichelt[punkt]de => Bauelemente, passiv => Spulen, Ringkerne 
=> Ringkerne

Jetzt müsste ich nur noch wissen, ob ich mehrere der einen verwenden 
soll und dann welche

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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ich könnte mir bsp. 2x 106-18 vorstellen (je 17 Windungen, 20µH, 3,31W, 
dT=49°C), ich glaube das dürfte noch gehen, oder? Oder generell 
Luftspalt?

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Ich lese schon eine Weile mit:
vielleicht verabschiedet man sich von Step-Up im allgemeinen und 
verwendet eine andere Reglertopologie. Gegentaktdurchflußwandler zB.

gruß
Axelr.

edith:
bei TI gibt es das Dokument "SLUU135". Ist zwar für 3.3V und nicht für 
42V ausgelegt, sollte sich aber als Quelle für erste Tests eignen.
Evtl. finde ich den Link

hier isser:

Menno!
geht nicht durch - Die Forensoftware meint, es wäre Spam. Schade
bei google eingeben: focus.ti.com SLUU135 zweiter Link

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Was ist mit diesem Kern?

Siemens B66317G1000X127, Mg 1,0 mm, 91 nH, N27

http://www.buerklin.com/

Kern E25/13/7  83D828  0,83 €
Spulenkörper   83D846  1,00 €
Haltebügel   2x83D853  0,58 €

Gibts noch andere Lieferanten?

Wickeldaten:
3.5 uH
7 Windungen
d ≥ 3.01 mm
A ≥ 7.12 mm2

Statt einem Querschnitt von 7.12 mm2 wären einige Adern eines dünneren 
Drahtes besser.

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Grrrrr. schon der zweite Fehler heute:

1. Der Strom muss nicht auf Null runter, dadurch sind keine 89A sondern 
nur z.B. max. 22A Spitzenstrom bei 15A Ladestrom notwendig.

2. Ich hab die Kernhälfte ohne Spalt vergessen:

Kern E25/13/7  0mm 83D820  0,81 €
Kern E25/13/7  1mm 83D828  0,83 €
Spulenkörper       83D846  1,00 €
Haltebügel       2x83D853  0,58 €

Könnte mal jemand damit die Temperaturberechnung durchführen?

Noch eine Überlegung:
Bei grösserem Luftspalt werden wahrscheinlich die Eisenverluste 
geringer, dafür aber durch die dann notwendige Windungszahl der 
Drahtwiderstand höher. Eine Sache ist, bei welchem Verhältnis sich die 
beiden Verluste die Waage halten, die zweite, ob der Draht auf den 
Wickelkörper passt.

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Gegentaktdurchflußwandler

Das geht dann aber in Richtung Übertrager mit allen Nachteilen wie 
parasitäre Streuinduktivitäten, Kopplungsfaktor usw.
Der Aufwand ist doch um Grössenordnungen höher.

Hier gibts doch momentan nur ein Drosselproblem. Das kann gelöst werden. 
Klar ist aber auch, dass wahrscheinlich ca. 20W Verlustleistung in der 
Drossel (Eisen+Draht) frei werden. Dazu muss der entsprechende Kern 
ausgesucht werden. 650 bzw 800 Watt sind nicht zu unterschätzen. Da 
braucht es etwas mehr als Spielzeug, sonst rauchts. Wie wärs mit 
Fahrtwindkühlung oder Lüfter?

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Meiner Meinung nach ist der Mini Ringkern Rechner für diese Berechnungen 
nicht geeignet. Er ist eher für Schwingkreise im Funkamateur Bereich 
gedacht. Das Material N27 und den Kern E25 oder den Kern ETD29 gibts 
überhaupt nicht.

Interessanter Link:
http://www.elektroniknet.de/home/bauelemente/fachw...

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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komisch dass meine Antwort von heute Morgen nicht mehr hier steht :-?

Naja, also: Lüfter ist kein Problem, es wird sowieso ein 12cm-Lüfter 
eingebaut, welcher auf die Spannungswandler pusten soll.

Nebenfrage: Ich habe mir mal heute Gedanken gemacht und gemerkt, dass 
ich eigendlich viele Step-UP und Step-Down-Converter verwenden wollte, 
die aber alle durch das oben beschriebene ersetzt werden könnten. Da 
auch immer nur eine der Quellen aktiv ist (bis auf eine Ausnahme), würde 
ich alles Spannungen mit Dioden auf den Input des Step-Up-Converters 
legen, sodass alle Quellen über den Converter die Akkus laden können.

Wie schwer ist es, aus dem Converter einen Step-Up & Down-Converter zu 
machen? Ich würde einfach die Eingangsspannung mit der Akkuspannung 
vergleichen, liegt die Eingangsspannung unter der Ausgangsspannung wird 
der "Step-Down-MOSFET" durchgeschaltet und der "Step-Up-MOSFET" arbeitet 
ganz normal. Liegt die Eingangsspannung über der Akkuspannung, sperrt 
der "Step-Up-MOSFET" und der "Step-Down-MOSFET" erhält (grob gesagt) das 
Invertierte Signal des PWM-ICs.

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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trotzdem mal die Frage, was mit diesen Drosseln ist, ob diese auch als 
"Kauflösung" interessant wären.

bei www[punkt]schukat[punkt]com nach DPU100A10 und DPU68A10 suchen

Ich glaube dass durch das Parallelschalten von mehreren hier auch etwas 
möglich wäre...

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Kann man sich hier nicht an einer (evtl. defekten) Car-Hifi Endstufe 
orientieren?
Den einzigen Nachteil den ich sehe, ist die stark schwankende 
Eingangsspannung.
Den Trafo kann man entweder aus solch einer Endstufe gewinnen oder man 
nimmt den aus einem PC-Netzteil. Der Aufwand ist nicht größer, als 
mehrere Wandler parallel zu schalten.
Ich habe noch ein Probeaufbau auf Lochraster aus "Kindertagen". Wenn ich 
den finde,
stelle ich mal ein Bild rein.
War mitm TL494, zwei MOSFETs und einem Ringkerntrafo OHNE Luftspalt 
(k.A. war jedenfalls kein Eisenpulverringkern mit "integriertem" 
Luftspalt, sondern ein Ferritringkern.)
Machte aus 12Volt 2x44V@8A und wurde auch ziemlich warm. War allerdings 
auch nicht für Dauerbetrieb ausgelegt.
Ich glaube gelesen zu haben, das bei einem Step-Up bei diesen Leistungen 
einfach der Spannungsunterschied zu groß ist. Ich bekomme das leider 
nicht mehr 100%tig zusammen. Will ja hier auch nichts falsch erzählen...

Gruß
Axelr.

Autor: Malte (Gast)
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Hi,

kennst du www.opencharge.de ?
Da kann man sich m.E. einiges abschauen. Der Eingangspfad verträgt keine 
45V, das müsste man noch etwas anpassen, aber letztenendes könnte man 
wohl einiges übernehmen.

Gruß
Malte

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Axel Rühl wrote:
> Kann man sich hier nicht an einer (evtl. defekten) Car-Hifi Endstufe
> orientieren?
> Den einzigen Nachteil den ich sehe, ist die stark schwankende
> Eingangsspannung.

Ja, das dürfte das Problem sein. Liefert so ein Endstufennetzteil 
eigentlich eine stabilisierte Spannung, oder hat die ein festes 
Verhältnis von Ein und Ausgangsspannung? Ich tippe eher auf letzteres + 
eine Leerlaufbegrenzung.
Ohne ein echtes Schaltnetzteil wird man diesen großen Spannungsbereich 
nicht überwinden können, und dazu braucht man einen richtigen Kern, der 
Energie speichern (und nicht nur übertragen) kann.

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Wir hatten hier auch mal jemanden, der hat einen Stepup und-down 
kombiniert.
War ein großer Kern von EPCOS(SIEMENS) und zwei MOSFETs vor dem Kern und 
zwei dahinter. Einer jeweils als Freilaufdiode und der andere zum 
schalten.
Find' ich gerade nicht mehr. Ebenso ist in der Appnote zum LT1070 super 
die Dimensionierung des Kerns erklärt (hatten wir auch vorige Woche 
erst)

Ich habe die Schaltung ausgegraben. Fehlt natürlich schon die Hälfte. 
Ist von 1993-1995, denke ich mal.

Die Bildqualität ist auf mein Handy zurückzuführen, allerdings auch 
kräftig runtergerechnet:-))

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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eins noch von der anderen Seite

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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Nur so eine Frage: was wäre, wenn ich eine Spule mit mehreren 
Abzapfungen verwenden würde? Also bsp. 0-22V eine niederinduktive und 
über 22V mehr Windungen. Oder ein Sperrwandler. Es ist ja recht einfach 
machbar, verschiedene Spulenanschlüsse anzuzapfen und zu schalten.

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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@Axel Rühl
Der Kern sieht eher nach ~100 Watt aus und die Wicklung auch.

@Mats Marcus
Ein Abwärtsregler ist einfacher als ein Aufwärts. Wenn der 
Aufwärtsregler dimensioniert ist, können nachher die selben Teile auch 
für abwärts verwendet werden.

Sieh Dir mal die LTSpice Simulation an. Die EIN Zeit ist wesentlich 
kürzer als die AUS Zeit. Solange nur die reine Induktivität verändert 
wird, wirkt sich diese nur auf den Ripple im System aus. Die Drossel 
bildet zusammen mit dem Z der Elkos einen Spannungsteiler. Durch 
Bauteiledimensionierung wird der Ripple größer bzw. kleiner. Ob die 
Drossel 1uH oder 100uH hat, der Schaltregler funktioniert erstmal.

Aber:
1. Ohmscher Widerstand der Wicklung möglichst gering
   -> großer Kupferquerschnitt, besser mehrere Drähte parallel
2. Kern kommt nicht in die Sättigung
   magnetische Flußstärke H = n * I / L
   Man sieht, da steht Windungszahl mal Strom.
   Eine zu hohe Windungszahl ist also ungünstig.
   -> L so niedrig wie möglich, aber so gross wie nötig
3. Genügend Oberfläche und Lüftung, um die Wärme wegzukriegen
4. Die Eisenverluste nehmen mit dem Eisenvolumen zu.
   Dadurch wird der Wirkungsgrad schlechter. Wird ein kleiner
   Kern zu heiß, wird der Wirkungsgrad auch schlechter.

Elkos und Z:
http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Kondensator-Impe...

Schukat -> Suche -> CAX01000/63
Da ist einfach ein Beispiel für Elko-Datenblatt. Das Resultat ist, dass 
die Ripple-Strom-Festigkeit und Niederohmigkeit nur mit mehreren 
parallel geschalteten Kondensatoren zu schaffen ist. Das erinnert mich 
an ein Motherboard.

Beispiel: Bei einem Wechselstrom 16 A ss und Elkos, welche maximal 2 A 
abkönnen, braucht es 8 parallelgeschaltete Elkos. Sonst nimmt die 
Lebensdauer rapide ab. Ob die Elkos 1000 oder 2200uF haben, ist fast 
belanglos. Wenn also jemand eine Quelle für super Elkos kennt?
--------------

Zusammenfassung:
Niedrige Induktivität -> gut für die Drossel
aber dadurch grosser Stromripple -> schlecht für die Elkos

Im Prinzip ist so ein Teil die Summe aus vielen Kompromissen.

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Diese Info stammt von da:
Beitrag "Wickeltechnik HF Spule"
Bitte auch den www.epcos.de/...PDF_SIFERRIT.pdf Link beachten

ETD 29/16/10   124 - 2250   N27, N87, N97
ETD 34/17/11   153 - 2650   N27, N87, N97
ETD 39/20/13   196 - 2800   N27, N87, N97
ETD 44/22/15   194 - 3600   N27, N87, N97
ETD 49/25/16   188 - 3900   N27, N87, N97
ETD 54/28/19   229 - 4600   N27, N87, N97
ETD 59/31/22   311 - 5500   N27, N87, N97

N27 bis 100kHz
N87 bis 500kHz
N97 bis 500kHz

Kernverluste bei 100kHz
N27 900 kW/m3
Kernverluste bei 300kHz
N87 390 kW/m3
N97 340 kW/m3

Vorerst ausgewählt:
Kern ETD 34/17/11
B66361G1000X187, Luftspalt=1,0 mm, Al=153 nH, Material=N87

Kernverluste bei 300kHz:
http://www.buerklin.com/images/KapD/D122060.jpg
V = 7,63cm3
Pv = 7,63cm3 * 0,34W/cm3
Pv = 2,6 Watt

Wickeldaten bei 5uH:

N = sqr(L/AL) (alle werte in nH)
N = sqr(5000/153)
N = 5.7 -> 6 Windungen

Man könnte noch 2 Kernhälften mit zusammen 2 mm Luftspalt verwenden. Der 
Al-Wert läge dann bei ca. 90nH -> 8 Windungen

Vielleicht kann das mal jemand zu Ende rechnen,
um dann zu entscheiden, ob es eine Nummer größer oder kleiner sein muss.

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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es hat sich nun noch eine Kleinigkeit geändert, es wird ein Akku mit 72V 
verwendet. Man müsste da nur einen besseren Mosfet verwenden, dann 
sollte alles klappen.

Mal eine Frage die auch hier gut herein passt.


Wenn ich aus der Akkuspannung von ca. 72V eine Logik-Spannung von 5V und 
eineweitere Spannung von 12V erzeugen möchte, wäre hier ein 
Flyback-Converter mit mehrfachen Sekundärwicklungen interessant oder 
schwanken die Spannungen untereinander bei Last zu stark? (Also bsp. bei 
5V@1A sind es 5,0V und 12V@1A sind es auch 12,0V, dann ändert sich die 
Last. Würden sich die Ausgangsspannungen dann stark ändern? Bsp: 5V@1A 
sind dann 5,5V und 12V@5A wären dann 11,2V. Oder würden die 
Ausgangsspannungen nahezu konstant bleiben?)

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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Editieren geht leider nicht mehr...

Zusatz: Die Spannung am Nabenmotor ist im gleichen Verhältnis höher und 
der Strom im gleichen Verhältnis geringer (doppelte Spannung, halber 
Strom)

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Bei Schaltnetzteilen wird oft die Hauptspannung geregelt und die 12V 
sind z.B. ungeregelt -> 11-13Volt. Oder statt 12V werden 14V erzeugt und 
ein Längsregler nachgeschaltet. Beim Sperrwandler pendelt sich die 2. 
Spannung auf einen Wert +/- 10% ein.

Gruß

Autor: Daniel (Gast)
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was ist eigentlich hier ausgegangen Mats Marcus?

10-20A hört sich auf dem Papier als Ladestrom ganz toll an um den Akku 
wieder "schön voll" zu laden. aber hast du auch bedacht, dass du bei 42V 
 20A oder 72V  10A auch knappe 1kW mechanische Energie benötigst? da 
kommst du bei vielleicht 100kg Systemgewicht aber schnell zum Stehen...

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