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Forum: HF, Funk und Felder Frage zu Ferrit-Material


Autor: Drehgeber (Gast)
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Hi Leute,
ich hab da ne Frage bezüglich der gängigen Ferrit-Materialien.
Ich beschäftige mich schon seit einiger Zeit mit Schaltnetzteilen, und 
der Übertrager da wird ja auch mit einem Ferrit-Kern realisiert.
Nun habe ich schon einige SNT's zum Laufen gebracht, aber alle mit 
Frequenzen < 50 kHz (es war einfach nie nötig, höher zu gehen).
Jetzt brauche ich aber viel Leistung, deshalb dachte ich mir dass ich 
mit der Frequenz diesmal etwas höher gehe (höhere Frequenz -> es kann 
pro Sekunde bei gleich grossem Trafokern mehr Energie übertragen werden) 
- also auf 100 kHz.
Nun, also Trafo gewickelt, angeschlossen, im Leerlauf gemessen - 
funktioniert prima. Nun den Ausgang etwas belasten - oh Schreck, der 
Strom springt gleich auf ca. 2 A rauf, und am Ausgang kommt nix mehr 
raus!

Nun die langwierige Fehlersuche. An der Schaltung liegts nicht. Die 
MOSFETs werden ordentlich angesteuert, sie schalten zum richtigen 
Zeitpunkt. Die Trafowicklungen habe ich genau für meine Frequenz von 100 
kHz dimensioniert, nach einem Buch das ich hier habe (,,Schaltnetzteile 
und deren Peripherie'' oder so ähnlich). Daran liegts also hoffentlich 
auch nicht.
Woran denn?

Plötzlich habe ich entdeckt: mein Trafokern ist aus Material "N27". 
Schnell einen Blick auf die Website von Epcos (von denen stammt mein 
Kern) - N27 geht "typical: < 100 kHz", im Datenblatt steht etwas von 25 
kHz.

Frage:
Kann es tatsächlich am Ferrit-Material liegen, dass mein Trafo nicht 
funktioniert?
lt. Datenblatt hat mein N27-Kern bei 25 kHz einen 
Ummagnetisierungsverlust von ~4.5W. Das würde bedeuten bei 100 kHz gut 
18 W, was ja auch zu meinem Eingangsstrom passen würde (Eingansspannung 
13 V, Strom 1.8 A).

Somit verheize ich meine Eingangsleistung momentan vollständig im Kern, 
ist das richtig?

Vielen Dank für eure Hilfe :-)

Viele Grüsse

Autor: Martin Laabs (mla)
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Naja. Wir der Kern denn auch so warm? Wenn ja, dann ja. Wenn nicht, dann 
ist der Fehler woanders. Aber 18W sollte man schon irgendwo mit der Hand 
merken.

Viele Grüße,
 Martin L.

Autor: Drehgeber (Gast)
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Hi Martin,
also ja der Kern wird schon warm! Aber ich war mir halt bisher nicht 
sicher, ob die Wärme von der Wicklung selber kommt oder wirklich vom 
Kern.

Auch die MOSFET werden warm, aber interessanterweise nur dann, wenn der 
Effekt eintritt, dass der Eingangsstrom so hoch schnellt (wenn ich also 
Am Ausgang was belaste).

Was passiert denn, wenn ich den N27-Kern mit 100 kHz oder mehr 
ansteuere? Wird dann die wirksame Induktivität kleiner, oder kommt die 
Wicklung irgendwie in Sättigung oder sowas?

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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N27 sollte doch bis ca. 150kHz gehen. Die Schaltverluste hängen vom 
Kernvolumen und vom Takt ab und auch, wie weit der Kern gesättigt wird.

Kannst Du genauere Angaben machen?

Sperr oder Durchflußwandler, Gegentakt
AL-Wert
Luftspalt
Induktivität
Kernvolumen
...
Schaltung?

Wie heiß wird der Kern, 50°, 70° oder gar 100°C?

Gruss, Bernd

Autor: Drehgeber (Gast)
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Hi Bernd,

hier bisschen genauere Angaben:

- es handelt sich um einen Push-Pull wandler (Gegentakt also)
- AL = 3700 nH
- Luftspalt = 0
- Induktivität: weiss ich nicht auswendig, aber Primär habe ich 
berechnet, dass 3 Windungen erforderlich sind. Die habe ich mit Cu-Folie 
gewickelt -> somit müsste die Induktivität irgendwas um die 33 uH sein, 
wenn ich mich jetzt nicht verrechnet habe
- Kernvolumen: es ist ein ETD49-Kern -> V = 24100 mm3
- Wie heiss der Kern wird: hmm hab ich nicht gemessen. Aber so ca. 60°C 
würde ich schon schätzen, vielleicht noch etwas mehr, man kann ihn 
jedenfalls nicht lange anfassen :-D

Die Schaltung ist wie folgt aufgebaut:

Die Primärwicklung besteht aus 3 Windungen (wie gesagt Cu-Folie). Danach 
kommt ne Anzapfung, danach kommen wieder 3 Windungen. Die Anzapfung 
liegt fest auf + Uin, die beiden anderen Anschlüsse der Wicklung werden 
dann abwechslungsweise auf Masse gezogen (mit einem IRF640 MOSFET).

Die Sekundärwicklung ist so aufgebaut, dass ich auch in der Mitte ne 
Anzapfung habe, die die Masse bildet. Die beiden anderen Enden werden 
mittels Dioden gleichgerichtet und mit Elkos geglättet. Grundsätzlich 
sieht die Schaltung aus wie die hier:
http://sound.westhost.com/project89.htm

Nur der PWM-Generator ist anders, ich setze einen SG3524 ein.

Keiner der MOSFETs hat je einen Tastgrad >= 50%; vielmehr ist da eine 
Begrenzung auf jeweils 45% drinne, sodass sich die Einschaltperioden der 
FETs nie überlappen können.

Passt doch rein Schaltungstechnisch, oder?

Viele Grüsse & herzlichen Dank!

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

Die Schaltung ist erst mal ok.

Also 60°C würde ich vorerst gerade noch hinnehmen. N97 hätte nur 1/3 der 
Kernverluste. Das Problem ist wohl eher, daß die Leistung nicht auf der 
Sekundärseite ankommt. Würde Sekundärstrom fließen, nähmen die 
Kernverluste durch geringere Sättigung ab.

Fehlerquellen:
Ungeeignete Dioden
eventuell ist eine Diode defekt wodurch sekundärseitig ein Gleichstrom 
fließt
keine Low Esr Elkos
Schaltungsfehler

Sitzt zwischen dem SG3524 und den IRF640s noch Treiber wie im Link? Der 
SG3524 ist zu schwach, um die FETs mit 100kHz direkt anzusteuern.

Gruss, Bernd

Autor: pfft... (Gast)
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Also, als Erstes mal den Primaerstrom anschauen. Der sollte 
Dreieckfoermig ansteigen. Wenn die Induktivitaet zu klein ist, steigt er 
zu schnell, bei Saettigung auch. Allenfalls etwas Karton oder Papier 
zwischen die Haelften, als kontrollierter Luftspalt.

Autor: Drehgeber (Gast)
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Hi Bernd,

Also ich fand 60° C schon wirklich ordentlich heiss. Wenn ich so mit 
einem PC-Netzteil vergleiche.... Das wird ja nicht wirklich warm. Auch 
ein Laptop-Netzteil wird gut warm, aber keine 60° C.....

Du meinst, ich soll am Ausgang mehr Leistung beziehen?

Als Dioden setze ich Schottky-Dioden ein (1N5402).

Als Elkos habe ich wirklich Standard-Teile, ich werde morgen noch 
versuchen die zu ersetzen.

Was ich festgestellt habe:
Angeblich sollte man am Drain der Schalttransistoren die Spannung 
messen, wie sie im angehängten Bild zu sehen ist. Ich messe da eine 
Spannung, die nicht annähernd so aussieht, sondern da sind einfach 
riesen Peaks drauf.... Fehlt da evtl. noch der Snubber?
Ich poste morgen dann mal ein Scope-Bild.

Zwischen dem SG3524 und den MOSFETs sitzen Treiber mit ordentlich Dampf, 
das Gate wird da innerhalb von ca. 10 ns umgeladen (der Gatestrom 
beträgt dann mehrere A). Daran soll es also nicht liegen, schätze ich.


@pfft:
Der Primärstrom IST Dreieckförmig. Aber er sieht nich aus, wie im Bild 
(iT1,T2) sondern er sieht eher wie iL aus (unterstes Teilbild).

Vielen Dank schon mal für eure Hilfestellung,

viele Grüsse
       Tobias

Autor: karadur (Gast)
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Hallo


1N5402 ist nicht !! Schottky

Autor: Drehgeber (Gast)
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Hi Karadur,

okay sorry für die Verwechslung. Natürlich ist die 1N5402 keine 
Schottky.
Ich hab nicht das DB angeschaut, sondern einfach eine Diode genommen, 
die grade rum lag ... -_-

Scheisse.

Meinst du, das kann an dieser blöden Diode liegen, dass es nicht 
funktioniert? Oder macht's die Kombination schlechte Diode - schlechter 
Kern aus ?

Vielen Dank,

Gruss

Autor: karadur (Gast)
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Hallo

die Diode ist schon mal nicht geeignet. Desweiteren brauchst du 
Kondensatoren mit LowESR. Ob es der Kern ist weiß ich nicht.

Autor: Drehgeber (Gast)
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Hi karadur,
wenn die Diode zu langsam ist, dann kommt es am Ausgang wohl zeitweise 
zu Kurzschlüssen, wenn die Diode noch leitet, obwohl sie längst sperren 
sollte, so in etwa stelle ich mir das vor. Könnte das hin kommen?

Anders ausgfedrückt: können falsche Dioden und Kondensatoren ein 
Verhalten bewirken, wie ich es beschrieben habe?


Vielen Dank & Gruss

Autor: Mike (Gast)
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Hallo,
die komischen Pulsformen und die hohe Verlustrate liegen mit grosser 
wahrscheinlichkeit an den Dioden. 1N5402 sind normale 
Gleichrichterdioden und eigentlich nur für Netzfrequenz bzw. maximal 
einige kHz geeignet. Die Rückwärtserholzeit trr liegt im Bereich von us, 
d.h. wenn Deine 100kHz am Trafoausgang umpolen, dauert es eine kleine 
Ewigkeit, bis die Diode sperrt. Damit entsteht quasi ein Kurzschluss, so 
dass der Strom durch den Kern und die Transistoren steil ansteigt. Bei 
1uS und 100kHz bedeutet das, dass 20% der Zeit Dein Wandler am Ausgang 
kurzgeschlossen ist. Versuch mal, Schottky Dioden mit trr im ns Bereich 
zu finden.

Gruss
Mike

Autor: karadur (Gast)
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Mike hat die Antwort gegeben.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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trr hängt auch von der aktuellen Strombelastung ab. Diesbezüglich paßt 
es also zu deiner Beobachtung, das das Teil heiß wird, wenn du den 
Ausgang belastest. Andere Dioden nehmen.

Du bist dir mit den 10ns Umschaltezeit sicher? Das wäre EMV-mäßig 
heftig!


Gruß -
Abdul

Autor: Drehgeber (Gast)
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@Mike

danke. ich werde mir also mal einige Schottky-Dioden besorgen und die 
dort ran pappen.
Auch das Kernmaterial werde ich wohl auf N87 ändern.

@Abdul
die 10 ns habe ich nur so aus Bequemlichkeit mal drin gelassen. Das 
werde ich natürlich schon noch auf einen 'humaneren' Wert begrenzen, 
aber ich wollte nicht zu viele Baustellen auf einmal - erst das SNT zum 
Laufen bringen, dann optimieren.

Ich komme leider erst am Freitag zum Basteln, weil ich z.Z. unterwegs 
bin, aber am Freitag berichte ich euch dann von meinen Ergebnissen. Ich 
hoffe es klappt :-)

Übrigens hätte ich hier noch BY329-Dioden, mit einer trr von 100 ns. 
Könnten die gehen? Ansonsten muss ich mir halt einige Schottkys kaufen.


Viele Grüsse

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Ich würde bei sowas grundsätzlich nur Schottky nehmen, außer die 
Sperrspannung wird für diese zu groß. Die nächstbesten wären dann 
'fast-recovery' und zu guter letzt SiC.


Viel Spaß -
Abdul

Autor: Drehgeber (Gast)
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Anbei mal ein Oszi-Bild von meinem Wandler.
Grün und Gelb sind die Gatespannungen der Schalt-MOSFET.
Violett ist der Strom, der in die Anzapfung der Primärwicklung fliesst - 
die Anzapfung der Primärwicklung ist genau in der Mitte und liegt fest 
auf +, während die MOSFETs abwechslungsweise einen der beiden anderen 
Anschlüsse der Wicklung auf Masse ziehen.

Strom ist 0.5A / Div.

Ich habe es vorhin noch mit Schottky-Dioden versucht; das hat ne 
minimale Verbesserung gebracht.

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