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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Widerange Input bei Schaltnetzteil?


Autor: Steffen (Gast)
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Hallo,

viele Schaltnetzteile beiten ja inzwischen ohne externes umschalten 
einen Eingangsbereich von etwa 90 - 250V.

Mich würde interessieren, wie das ganze dann im Endeffekt realisiert 
ist. Die Windungszahl meines Trafos kann ich ja nicht mal eben schnell 
ändern ;)

Wird intern erst auf ungefähr 16 - 48V Gleichspannung gewandelt und dann 
nurnoch mit Schaltreglern gearbeitet?

Kann mir ehrlich gesagt garnicht vorstellen, wie das abläuft.


Grüße,

Steffen

Autor: Fritz (Gast)
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Das wird i.d.R. über die aktive PFC realisiert. Die entspricht vom 
Aufbau her meist einem Step-Up Wandler und ist dementsprechend auf den 
große Eingangsspannungsbereich dimensioniert. Die PFC leifert dadurch 
unter allen Bedingungen eine konstante Ausgangsspannung, mit der das 
eigentliche Schaltnetzteil versorgt wird.

Im übrigen müsste man nicht zwingend das Wicklungsverhältniss ändern, es 
reicht den Duty-Cycle zu ändern.

Autor: Bernd G. (Gast)
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> Die Windungszahl meines Trafos kann ich ja nicht mal eben schnell
 ändern ;)

Die Windungszahl (primärseitig) des Trafos ist für besagte ca. 85 V 
Wechselspannung (nach Gleichrichtung etwa 110 V Gleichspannung) so 
ausgelegt, dass der Transistor/Mosfet des Schaltreglers ein 
Tastverhältnis
(Einschaltzeit durch Gesamtimpulsdauer) von etwa 0,45 hat.
Bei 240 V Netzspannung muß durch die Regelschaltung dann die 
Einschaltdauer
entsprechend verkürzt werden auf ca. 0,15 --

Autor: A. K. (prx)
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Der traditionelle Weg mit Schalter lief über die Umschaltung zwischen 
230V-Betrieb mit Brückengleichrichtung und 115V-Betrieb mit 
Spannungsdoppelung. Was man auch automatisch mit einem entsprechenden IC 
zustande bekommt.

Autor: Fralla (Gast)
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Wie schon gesagt, eine PFC ist dafür verantwortlich. Dieser PFC 
(Boost-Convterter) speist einen Zwischenkreis kondensator auf meist 
410V. Mit dieser Spannung werdendann ein oder merer DC/DC Wandler 
betrieben.

Das mit der Auslegung auf d=0.45 muss aber nur für 
Flußwandler-Topologien so sein.

Autor: Steffen (Gast)
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Ich glaub ich kapier es langsam :) Nur so ist es dann wohl auch möglich, 
dass die in ATX2 geforderten 17ms Überbrückungszeit bei Netzausfall bei 
Volllast eingehalten werden können, da im Zwischenkreis ja dann eine 
ordentliche Energie gespeichert wird.

Nur, wie schafft man es (laut 80plus.org Testberichten) bei relativ 
billigen Netzteilen um die 70 - 90 Eur (da kann also nicht nur das 
allerbeste von den vom besten verwendet werden) auf Wirkungsgrade bei 
50% Last von bis zu 92%?

Transformieren -> gleichrichten -> boosten -> Schaltwandeln


Sind diese als Testmuster versandten Netzteile nur "fakes", die mit den 
hochwertigsten Bauteilen ausgestattet werden oder sind da sogar noch ein 
paar % drinn, wenn Geld nicht die Rolle spielt?


Ziemlich interessantes Thema und da hat sich ja in den letzten Jahren 
bezüglich der Effizienz einiges getan.


Lg!

Autor: Steffen (Gast)
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Jetzt muss ich nochmal ganz dumm fragen, nachdem ich meinen Beitrag 
geschrieben hab.

Einen Trafo gibts dann überhaupt noch?


Man könnte doch einfach die Netzspannung gleichrichten und direkt so den 
Zwischenkreiskondensator speißen. Den Rest übernehmen dann die DC/DC 
Wandler und passen das Tastverhältnis dahingehend an, dass die passenden 
Gleichspannungen reinkommen.


Und gleich die Lösung: Genau das will man durch die PFC vermeiden, da 
dann nur bei den Spitzen der Netzspannung Strom in den Zwischenkreis 
gepumpt würde und ein mieser Leistungsfaktor entstünde?

Richtig?


Danke euch!

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Steffen wrote:
> Jetzt muss ich nochmal ganz dumm fragen, nachdem ich meinen Beitrag
> geschrieben hab.
>
> Einen Trafo gibts dann überhaupt noch?
Klar, aber das ist ein Hochfrequenztrafo mit Ferritkern!

> Man könnte doch einfach die Netzspannung gleichrichten und direkt so den
> Zwischenkreiskondensator speißen. Den Rest übernehmen dann die DC/DC
> Wandler und passen das Tastverhältnis dahingehend an, dass die passenden
> Gleichspannungen reinkommen.
Vereinfacht gesagt ist das auch so. Allerdings ist ein "einfaches" 
Gleichrichten der Netzspannung nicht zulässig (EMV-Verordnung), weshalb 
eine Leistungsfaktorkorrektur (PFC) eingangsseitig (hinter dem 
Gleichrichter) eingebaut wird. Die besteht im einfachsten Fall aus einem 
Hochsetzsteller, der netzgeführt ist und dafür sorgt, dass der 
aufgenommene Strom weitgehend sinusförmig und in Phase zur Spannung ist. 
Da kommen dann die (im Regelfall) knapp über 400 V raus, die dann 
einigermaßen konstant sind und mit einer Schaltregler-Konfiguration mit 
galvanischer Trennung heruntergesetzt werden.

> Und gleich die Lösung: Genau das will man durch die PFC vermeiden, da
> dann nur bei den Spitzen der Netzspannung Strom in den Zwischenkreis
> gepumpt würde und ein mieser Leistungsfaktor entstünde?
So könnte man es sagen...

Autor: Fralla (Gast)
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Es ginbt dann keinen "Netz"-Trafo in dem Sinn mehr.

Das Strom fließt dan in der Reel so:

Steckdose -> EMI-Filter -> Brückengleichrichter -> Booster (PFC) -> 
Zwischenkreis (400VDC) -> DC/DC Wandler (hir werden Trafos verwendet, 
jdoch getaktet im 100kHz bereich) -> Ausgangsfilter

Die Galvanische Trennung erfolgt dann erst im DC/DC Wandler.

Schaltet man so ein Netzteil ein, so Speist der Brückengleichrichter 
dirket den Zwischenkreis bei 230V wird dieser auf 325V geladen. Wenn 
dann die Netzteile für die Eigenversorgung aktiv sind wrid die 
PFC-Regelung aktiv und der Booster getaktet, der Zwischenkreis wird auf 
(410V) geregelt.

Netztausfälle werden im Zwischenkreis gepuffert.

MFG Fralla

Autor: Fralla (Gast)
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Für höhere Effizienz kann statt des Brückengleichrichters ein 
"Bridgeless PFC" zum Einsatz kommen, jede Halbwelle hat dann eine eigene 
PFC Drossel mit Schalter.

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Fralla wrote:
> Für höhere Effizienz kann statt des Brückengleichrichters ein
> "Bridgeless PFC" zum Einsatz kommen, jede Halbwelle hat dann eine eigene
> PFC Drossel mit Schalter.
Das dürfte bei Standard-Netzteilen aber kaum zur Anwendung kommen.

Autor: Steffen (Gast)
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Hi,

jetzt muss ich das Thema nochmal aufgreifen, weils einfach unheimlich 
interessant ist.

Ich hab das nun soweit verstanden, dass erstmal ne Gleichspannung von 
4xxV im Zwischenkreis erzeugt wird.

Danach wird "einfach nur" schaltgewandelt? Kommt man bei so einem riesen 
Spannungsunterschied von 410 -> 3,3V oder 12V auf so gute Effizienzen?

Und wie wird sowas in einem profi bzw. massenprodukt denn geschützt? ich 
mein, bspw. ein atmega misst die 12V Spannung per AD Wandler, sorgt 
dafür, dass das Tastverhältnis am Mosfet so ist, dass die 12V Stabil 
bleiben aus dem Zwischenkreis raus.
Wenn sich der Atmega aufhängt und grad der Mosfet ein ist, hab ich dann 
statt 12V 410? Kann ja eigtl. net sein ;)


Danke euch!

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Erstens mal hat das Teil galvanische Trennung, weshalb die 
Eingangsspannung nichts direkt mit dem Ausgang zu tun hat. Außerdem 
werden da im Regelfall keine Mikrocontroller eingebaut, sondern ASICs, 
die in dem Sinne nichts haben, was "sich aufhängen" könnte.

Autor: Fralla (Gast)
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Richtig ein AVR währe dfür viel zu langsam. Auserdem ist es sicherer 
machne Sachen in Hardware auszuführen wie zb Overcurrent protection. Die 
Regler überwachen den ansteigenen Strom in der Drossel beim einschaltetn 
bei jedem Schaltzyklus. Nicht machbar für einen AVR.

Es kommt jetzt immer mehr in Mode DSP für die Regelung zu verwednen. (Zb 
bei Netzteilen für die Telekumindustrie). Jedoch sind 
Sicherheitsmasnahmen immer noch "in Hardware".
Beliebt sind in diesem Bereich uach LLC Resonanzwandler, hart 
geschaltete Topologie erreichen einfach nicht die geforderten 
Efficiency-standards


Ja Bridgless PFCs kommen in Telekom und Servernetzteilen zu Anwendung. 
Jedoch ist es nur eine Frage der Zeit bis man sie in unseren PCs findet.

Bei den gewöhnlichen Netzteilen werden auch keine ASICS verwendet. Es 
gibt unzählige Controllerbausteine für PCFs, Schaltwandler, 
Resonazwandler, etc.

>Danach wird "einfach nur" schaltgewandelt? Kommt man bei so einem riesen
>Spannungsunterschied von 410 -> 3,3V oder 12V auf so gute Effizienzen?


Ja einfach "Schaltgewandelt". Mit einem 1:15 Trafo ist man auf ~28V, 
dann läuft Flußwandler mit d=0,43 und schon hat man 12V (stark 
vereinfacht, aber so wirds gemacht)

MFG

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