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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Flyback-Converter oder Step-Down?


Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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Hallo,

Ich habe mehrere Probleme, bei denen ich Hilfe benötige. Ich möchte aus 
zwei Eingangsspannungen vier Ausgangsspannungen erzeugen.


Hier die Werte:

Eingangsspannung 1: 30-42V
Eingangsspannung 2: 60-84V

Ausgangsspannung 1: 5V  @ 0,1-1,0A (Digitalelektronik)
Ausgangsspannung 2: 5V  @ 0,5-5,0A (Servos, Beleuchtung etc.)
Ausgangsspannung 3: 12V @ 2,0-8,0A (Scheinwerfer aus LEDs, Kompressor 
u.Ä.)
Ausgangsspannung 4: 24V @ 0,0-3,0A (Luftbefeuchter)


Nun ist die Frage, ob man besser mehrere Step-Down-Converter verwendet 
(wobei ich keine ICs finde für solch hohe Spannungen und desshalb 
aufwändig eine Treberstufe gebastelt werden müsste) oder einen 
Flyback-Converter.

Ich selber tendiere mehr Richtung Flyback-Converter. Allerdings gibt es 
hier das Problem der notwendigen Nachregelung mehrerer Kanäle, da Last- 
und Leerlaufspannungen voneinander abweichen können (nur am geregeltem 
Ausgagn nicht). Kann man es sich hier einfach machen und die 
Sekundärwicklungen mit einem MOSFET ein- und ausschalten? (sodass 
Überspannungen am Ausgang vermieden werden)

Was muss ich noch beachten?


M.f.G. Mats Marcus

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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Ich werfe mal einen Schaltplan ein, wie ich mir das vorgestellt habe

Autor: u_d (Gast)
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Mal abgesehen davon, daß das wieder eine Zuchtanstalt für Pflanzen 
werden soll, ist das Schaltungskonzept etwas daneben. Auch der 
Schaltplan sagt nichts aus. Die hohe Versorgungsspannungs macht auch 
nicht unbedingt Sinn, wenn die maximale Nutzspannung bei 24 V liegt.

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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Die Versorgungsspannung kommt von Akkus und die Peripherie möchte gerne 
bedient werden. Allerdings funktionieren keine normalen 
Step-Down-Regler, da die Akkuspannung zu hoch ist.

Autor: Martin #### (martin-)
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Also den Schaltplan verstehe ich nicht so wirklich, wenn ich es richtig 
deute soll das eine Art mehrfach-Abwärtswandler sein.

Aber so wie du es beschrieben hast, wäre hier ein Sperrwandler die 
richtige(elegante) Lösung, sowohl wegen der sich stark ändernden 
Eingangsspannung als auch wegen den vielen Ausgangsspannungen, von den 
aber nur eine gut stabilisiert sein muss.
Ich denke Servos, Beleuchtung, Kompressor usw. brauchen nicht unbedingt 
auf ein Volt genau die genannte Spannung. Und das ist eben der Vorteil 
eines Sperrwandlers, dass durch Reglung einer Ausgangsspannung werden 
die Andren mitgeregelt auch wenn nicht besonders genau. Man muss schon 
mit 20% Spannungseinbruch rechnen. Es kommt halt darauf an, wie gut die 
Sekundärwicklung mir der Primärwicklung magnetisch gekoppelt sind.

In einem geregeltem Sperrwandler den Überspannungsschutz garantiert eben 
die Reglung die bei niedriger Belastung das Tastverhältnis verringert. 
Darüber hinaus gibt es bei diesem Wandlertyp Forderung nach einer 
minimalen Ausgangsbelastung damit der Reglung funktioniert. Dafür 
verbaut man einfach entsprechende Widerstände an den Ausgängen.

So wie ich es verstehe ändert sich die Eingangsspannung von 30V bis 
84V.Man könnte den Wandler so auslegen dass das Tastverhältnis zwischen 
50%(bie 30V Eingangsspannung) und 26%(bei 84V) liegen würde. So braucht 
man nichts umzuschalten wenn sich die Eingangsspanung ändert.

Autor: u_d (Gast)
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Würde erstmal klein anfangen und einen Step-Down-Regler für die 5 Volt 
entwickeln. Eingangsspannung bei 12 bis 24 Volt. Da ist der Lerneffekt 
groß genug.

Autor: Michael G. (sparrenburg)
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Ein Sperrwandler wäre super. Ich berechne gerade Einen, allerdings mit 
anderen Eingangsspannungen. Formeln dazu gibt es reichlich (habe das 
Buch: "Schaltnetzteile und ihre Peripherie"), und als PWM-IC nehme ich 
einen 3842 mit nem Tastverhältnis von 0%-100% (theoretisch). Wenn man 
das erst mal begriffen hat (Magnetismus und Regelungstechnik...1. 
Semester...lange her), dann ist das gar keine hexerei mehr. Das mit der 
magnetischen Kopplung in Verbindung mit der Spannungsstabilität ist 
richtig. Und ruhig einen größeren Kern wählen und die Induktivität recht 
groß machen.

LG Michael

Autor: u_d (Gast)
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@Michael
Würde mir auch mal den 3845 anschauen. 50 % Tastverhältnis hat den 
Vorteil, daß die Spule nicht kurzgeschlossen wird (95 % ton), wenn man 
sich verrechnet hat. :-) Das Windungsverhältnis muß halt entsprechend 
angepaßt werden.

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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Das größte Problem sehe ich momentan noch in der Wicklung der Spule (das 
Praktische, nicht das theoretische) weil ich das noch nie gemacht habe. 
Gibt es da Tutorials oder so?

Autor: Falk Brunner (falk)
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1 Windung
2 Windungen
3 Windungen . . .

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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Ich misbrauche den Thread einfach nochmal, da ich bei dem Thema nochmal 
stecken geblieben bin und nicht ganz sicher bin...

Ich habe z.Z. folgende Daten:

Vin: 325V
Vout: 82V
Iout: 12A
f: 200kHz (ggf. auch weniger)

berechneter optimaler Kern von der Seite des Schmidt-Walter (Flyback):

Kern: RM14
Ident: 1,0 (was auch immer das bedeutet)
Al: 250nH
Bmax: 293mT
N1: 17
N2: 6
Drahtdaten:
d1: 1,14mm
d2: 2,76mm


Nun habe ich die Seite Spulen punkt com gefunden, bei denen es den
- Spulenkörper (RM14/012/9)
- Kern (RM14/010/9)
- Rundspulenkörper (SC25x20/010/)
- Kupferlackdraht 1,4mm (Cul-1,4V155)
gibt.

Wie sieht das allerdings mit der Isolierung aus? Gibt es noch etwas, was 
ich brauche? Muss ich noch etwas beachten? (Außer der Vorsichtsmaßnahmen 
bei den Spannungen extern)



Vielen herzlichen Dank.

Mats Marcus

Autor: Kernighan (Gast)
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@Mats Marcus

82V*12A ~1kW!

Wenn ich deine Fragen in dem Thread so lese... Gibt das sicher viel 
Rauch!

Befass dich zuerst mit den Grundlagen der Elektrotechnik/Elektronik 
bevor du dich mit solchen Leistungen beschäftigst.

Cheers,
Ritchie

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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Ich weiß schon, dass bei 90% Wirkungsgrad 110 Watt in Wärme umgewandelt 
werden und die entsprechenden Bauelemente gekühlt werden müssen.

Die MOSFETs und Dioden sind recht einfach kühlbar, nur bei der Spule 
weiß ich nicht, wie viel Watt an dieser an Verlustleistung anfallen.

Autor: Arno H. (arno_h)
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Bei diesen Leistungen ist Flyback eher 3. Wahl. Ausserdem würde ich bei 
Netzbetrieb auf jeden Fall was isolierendes nehmen. Deine 
Zwischenkreisspannung erscheint mir recht niedrig, PFC vergessen?


Arno

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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mein Teil hat gar kein PFC (obwohl es bei solchen Leistungen nötig 
wäre).

Ich tendiere momentan zu einer anderen Lösung, und zwar zu 
Schaltnetzteilen von Meanwell und dahinter einen Step-Down-Schaltregler 
(ggf. auch eine Feedback-Manipulation). Da habe ich die gesamten 
primären Probleme nicht und einen hohen Wirkungsgrad (87% bei 230V => 
96V).

Half-Bridge oder Fullbridge sind schwerer und benötigen ggf. noch eine 
weitere Spule zum ansteuern der MOSFETs.


Edit: Flyback ist doch isolierend :-?

Autor: Arno H. (arno_h)
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Im ersten Satz schrieb ich, dass Flyback für solche Leistungen am Rande 
seiner Möglichkeiten arbeitet und deshalb andere Lösungen bevorzugt 
werden sollten.
Darauf bezog sich dann auch die Isolierung.

Zum Themea zurück: Zu irgendeinem Zeitpunkt musst du einen Schnitt 
machen und die gewählte Technik und deren Stand festlegen.
Dann kannst du einen praktischeren Weg verfolgen, anstatt hypothetische 
Lösungsmöglichkeiten durchzuspielen.

Arno

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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Ich bin mir nicht Sicher, ob ich einen Schaltregler dieser Ausmaße (nach 
einigen Step-Down-Reglern) auf Anhieb hinbekommen werde. Weiterhin habe 
ich noch keine mehrlagigen Spulen gewickelt.

Zur theorie der Berechnung habe ich auch schon viel gefunden, allerdings 
zur Praxis, d.h. Aufbau, Platinenlayout, bevorzugte MOSFETs oder Dioden 
habe ich nur sehr wenig gefunden. Auch das Arbeiten direkt an 230V finde 
ich nicht unriskant.

Schaltpläne zu Hochleistungsschaltnetzteilen im Bereich über 200 Watt 
sind mir auch noch nicht unter die Fingernägel gekommen, dementsprechend 
gehe ich bei meiner Planung größtenteils von größeren Dimensionierungen 
aus, jedoch denke ich nicht (z.B.) an PFC.


Hieraus folgt auch meine Unentschlossenheit :-/


Wenn du oder jemand vielleicht noch interessante Projekte dieser 
Größenortnung kennt, würde ich mich über einen Link sehr freuen.


M.f.G.

Mats Marcus

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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Noch eine Sache zum Flyback-Converter:

Meiner meinung nach komme ich mit dem Schaltregler recht gut zurecht, 
da:
- Doppelte größe der Spule ist verkraftbar
- Nur ein Treibermosfet (oder mehrere bei mehreren Primärwicklungen)
- einfache Steuerelektronik, da leicht abgewandelt ein Step-Up-Converter 
verbaut werden kann
- keine Probleme aufgrund mehrerer MOSFET-Niveaus (Treiber)
- Nur eine einfache Primärwicklung (bzw. mehrere Parallel)


Oder gibts schon gute Lösungen für die Probleme?

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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Blöd, dass man die Edit-Funktion immer nur wenige Minuten nutzen kann 
-.-

Ich werde nun versuchen, mich mit diesem IC vertraut zu machen:

http://www.linear.com/pc/productDetail.jsp?navId=H...

das ist der LT1509 von Linear Technology. Der hat PFC integriert genauso 
wie Treiber etc. Die Topologie lässt sich in Grenzen noch anpassen. 
Einige Spulen müssen handgewickelt werden, das sollte aber das kleinere 
Übel sein :D

Ansonsten bin ich weiterhin für weitere Ideen offen :D


M.f.G.

Mats Marcus

Autor: Arno H. (arno_h)
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Hier ist eine Beschreibung eines NT dieser Leistungsklasse:
http://www.gb97816.homepage.t-online.de/

Arno

Autor: Mats Marcus (elektrofreak)
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Ich habe nun einen Halbbrücken-Durchflusswandler mit PFC aufgebaut. Er 
bietet viele Vorteile gegenüber dem Sperrwandler, hat aber auch viel 
mehr Bauteile.

Die Schaltung wurde zum Teil von dem Datenblatt des PWM- und 
PFC-Controllers übernommen und um leistungsstärkere Treiber erweitert, 
um mehr Leistung zu bekommen und mehr Reserven hinsichtlich weiterer 
MOSFETs zu haben.

Bauelemente sind noch nicht festgelegt, es geht erst mal nur um die 
Technik hinter dem Regler.


Das IC ist der LT1509 von Linear. Den Schaltplan habe ich hinzugefügt.

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