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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik potentialfreier DC/DC-Wandler 12V/6V


Autor: Peter Koller (akkumulator)
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Hallo Leute,

ich bin auf der Suche nach Schaltplänen u./o. Vorschlägen zur 
Realisierung eines etwa 30VA DC/DC-Wandlers, 12V auf 6V. Wichtig wäre 
bestmöglicher Wirkungsgrad.

Hat jemand sowas schon mal aufgebaut,bzw.gibt es Pläne, Links usw.

Bitte keine Hinweise zu Fertigprodukten.

Besten Dank für Eure Hilfe

Peter

Autor: Morphil (Gast)
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Moin,

schau doch mal auf der Seite vorbei.
http://www.trifolium.de/netzteil/ninhalt.html

Gruß
Morphil

Autor: Peter Koller (akkumulator)
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Morphil schrieb:
> Moin,
>
> schau doch mal auf der Seite vorbei.
> http://www.trifolium.de/netzteil/ninhalt.html
>
> Gruß
> Morphil

Danke, Morphil

aber die "Schwarte" ist doch uralt.

Ich habe es aber in meiner Frage versäumt, nochmal auf die 
Potentialtrennung des Wandlers hinzuweisen.(also auf jeden Fall Ringkern 
mit Primär-u.Sekundärspule, zur korrekten Potentialtrennung)

Es sollen nämlich mehrere dieser Wandler sekundärseitig verschaltet 
werden, ohne ein gemeinsames Bezugspotential zu haben. Ist für ein 
Lipoladerprojekt, ohne Balancer.

Grüsse Peter

Autor: Morphil (Gast)
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Moin,

in dem Buch werden zwar nicht die neuesten PWM-Controller eingesetzt, 
aber die Technik ist immer noch die selbe wie von heute. Den TL494 
findet man immer noch in vielen Computernetzteilen. In Kapitel 7.2 ist 
ein einfacher geregelte Sperrwandler beschrieben der 36VA galvanisch 
getrennt überträgt, genau wie von dir gefordert. Und in Kapitel 9 wird 
beschrieben wie man die Energie des Streufelds zurückgewinnen kann, was 
den Wirkungsgrad erhöht.

Wo soll den die Intelligenz für den Lipolader sitzen auf der primär- 
oder der sekundärseite?

Gruß
Morphil

Autor: Akkumulator (Gast)
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Moin Morphil,

Dein Link:  http://www.trifolium.de/netzteil/ninhalt.html, führt leider 
nur zu 'ner Verkaufspage des Buches. Es sind also nur einige Auszüge zu 
lesen, die für mich relevanten leider nicht. Kannst mir ja mal das von 
Dir genannte Schaltbild samt Beschreibung mailen, bzw. hier mit 
anhängen.

...<Wo soll den die Intelligenz für den Lipolader sitzen auf der primär-
oder der sekundärseite?>

Nur auf der Sekundärseite

Einfach gesagt hat man im Endeffekt,- durch die "in Reihe geschalteten 
Sekundärstufen",- einen Lader der X..Zellen unabhängig von einander, 
u.zwar nur über die Balanceranschlüsse lädt. Bei den herkömmlichen 
Lipoladern wird durch die schwachbrüstigen Balancer unnütz Ernergie als 
Wärme verbraten. Was obendrein die Ladezeit erheblich verlängert.
Von robbe gab es mal so ein Teil (Lipomat 5-4000, 5Ze, 4A Ladestrom), 
war allerdings total ungenau (Endspannung 4,1...4,3V, statt 4,2 +/- 20 
mV).

Nebeneffekt der "Einzelzellenladung" (ausser Energie - u. Zeitersparnis) 
ist natürlich Betriebssicherheit u. einfache Bedienug, - nur den 
Balancerstecker anschliessen.

Grüsse Peter

Autor: Benny H. (morphil)
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Moin moin,

also Kapitel 7.2 gehört eigentlich mit zur Leseprobe, es ist zwar nicht 
der gesamte Text vorhanden, aber die wichtige Schaltzeichnung ist da. 
Kapitel 9 gehört nicht zur Leseprobe das stimmt, ich bin mir aber auch 
nicht sicher ob sich der Mehraufwand bei der geringen zu übertragenden 
Leistung lohnt.
Ich hab mal ein Beispiel für einen galvanisch getrennten DC/DC-Wandler 
angefügt mit sekundärer Spannungsüberwachung. Ich kann keine Garantie 
für die Schaltung übernehmen, da ich sie selber noch nicht aufgebaut 
habe.

Gruß
Morphil

Autor: Michael (Gast)
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Hallo Peter,

die Schaltung ist ein einfacher Sperrwandler. Dieser ist für eine 
Eingangsspannung von 12V und einer Ausgangsspannung von 5 V 
dimensioniert. Für andere Spannungswerte wird der Spannungsteiler R3/R4 
verändert.
Die galvanische Trennung bekommst du hin, indem du Q1 mit einem 
Optokoppler ersetzt. Da gibt's eine Schaltung mit sekundärer Z-Diode, 
die bei erreichen der Spannung durchbricht und den Optokoppler 
durchsteuert(evtl. nochmal fragen). Den Übertrager bekommst du von 
Würth, und zwar haben die Standart WE-Flex Üertrager die je nach 
Verschaltung der Berechnung entsprechen. Die schicken auch Muster. 
Vielleicht reicht dir das ja, der Wirkungsgrad liegt allerdings bei 
60-70%.

Autor: Akkumulator (Gast)
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Moin Morphil,

zunächst mal danke für Dein Interesse, muss mir die Schaltung erst mal 
reinziehn.

Melde mich später noch mal.

Grüsse Peter

Autor: Akkumulator (Gast)
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Danke Michael,

derlei Schaltungen sind mir bekannt. Doch da die Grundparameter der 
Schaltung, - Input 13...10V, Output 6V/max.5A, - bei bestmöglichem 
Wirkungsgrad bekannt sind, kann ich Deinen Vorschlag leider nicht 
verwerten.
Bestmöglicher Wirkungsgrad bezieht sich auf "max.-Leistung" und sollte 
min. 80% betragen.

Trotzdem Danke für Deine Bemühungen.

Grüsse Peter

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Nun, der Wirkungsgrad solcher Wandler hängt im Wesentlichen von zwei
Dingen ab:

. der Dimensionierung des Trafos
. einem schnellen Schalten des Schalters

Insbesondere beim ersten wirst du wohl außer Rechnen experimentieren
dürfen.  Appnotes von TI sind dir ja schon genannt worden, ich glaube,
bei Maxim kannst du da auch was finden.

Warum dürfen es eigentlich keine Fertigprodukte sein?

Autor: Peter Koller (akkumulator)
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Jörg Wunsch schrieb:
> Nun, der Wirkungsgrad solcher Wandler hängt im Wesentlichen von zwei
> Dingen ab:
>
> . der Dimensionierung des Trafos
> . einem schnellen Schalten des Schalters
> > Insbesondere beim ersten wirst du wohl außer Rechnen experimentieren
> dürfen.  Appnotes von TI sind dir ja schon genannt worden, ich glaube,
> bei Maxim kannst du da auch was finden.
> > Warum dürfen es eigentlich keine Fertigprodukte sein?

Hallo Jörg,
Deine Anmerkungen sind mir natürlich bekannt, daher gleich zu Deiner 
Frage.

Fertigteile sind aus Gründen des Gesamtkonzepts u.a. auch wegen des 
Preis/leistugs-Verhältnis nicht geeignet. Fertigwandler sind meistens 
auf ein ziemlich breitbandiges Spektrum IN/OUT ausgelegt. Der angegebene 
Wirkungsgrad von beispielsweise 78% stellt immer den Mittelwert dar. Der 
aber interessiert mich nicht. Ich "will" den max.-Eta bei max. Leistung, 
daher geht nur der Selbstbau.
Wie jeder andere auch versuche ich vorhandenes Potential zu nutzen, um 
mögliche Denkanstösse von Usern (Entwicklern) zu erhalten, die sich auch 
mit solchen Schaltungen befassen, bzw. schon befasst haben. Ich erachte 
es als legitim dadurch möglicherweise Entwicklungszeit einsparen zu 
können.
Grüsse Peter  (sorry, wollte noch mehr schreiben, aber Seite war "alle")

Autor: Jens G. (jensig)
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> Nun, der Wirkungsgrad solcher Wandler hängt im Wesentlichen von zwei
> Dingen ab:
>
> . der Dimensionierung des Trafos
> . einem schnellen Schalten des Schalters

ich würde noch die Diode zur Gleichrichtung auf Sekundärseite dazu 
nehmen. Bei gerade mal Ua=6V können da schonmal an die 5-10% Verlust 
draus werden - vielleicht "aktive" Dioden da nehmen, also geschaltete 
Mosis.

Autor: Benny H. (morphil)
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Moin,

also wenn der Trafo eh selbst gewickelt werden soll hätte ich hier noch 
zwei Ansätze aus dem Buch um die Streufeldenergie zurückzuführen. Das 
mittlere und rechte bild zeigt eigentlich das gleiche Beispiel. Im 
rechten wird nur eine einfache Ansteuerungsmöglichkeit des oberen 
Transistors dargestellt.
Im linken Bild wird die Energierückführung für einen Gegentaktwandler 
dargestellt, die Windungszahlen der Primärspulen sind identisch.

Gruß
Morphil

Autor: Peter Koller (akkumulator)
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Hallo Morphil,

danke für die Bemühung. Aber schau Dir bitte mal das rechte 
Detailschaltbild genauer an. Die Primärspule steht dauernd unter 
Vollstrom (Knoten D6,R2>VDD), soll heissen:es raucht!
Q5 u.Q6 erfüllen keinerlei Funktion!

Grüsse Peter

Autor: Benny H. (morphil)
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Oh, danke für den Hinweis, da war ich wohl etwas abgelenkt. Hier kommt 
die berichtigte Zeichnung.

Gruß
Morphil

Autor: Peter Koller (akkumulator)
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Auch die funktioniert nicht.
Wie bitte soll Q5 schalten? Und ohne durchgeschalteten Q5, wird die 
Primärspule nicht bestromt.

Besten Dank Morphil, doch ich glaube, Du bist mit dem Thema wohl etwas 
überfordert.

Grüsse Peter

Autor: Michael (Gast)
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Hallo Peter,

wenn du so einen hohen Wirkungsgrad brauchst, dann würde ich dir einen 
Gegentaktflusswandler empfehlen. Hierbei werden immer zwei Primärseitige 
Wicklungen im Gegentakt angesteuert. Dadurch entfällt die 
Entmagnetisierungswicklung, der magnetische Kreis wird besser 
ausgenutzt.
Allerdings ist so eine Schaltung für Leistungen von 100 - 1kW.

Autor: Fritz (Gast)
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>Auch die funktioniert nicht.
>Wie bitte soll Q5 schalten? Und ohne durchgeschalteten Q5, wird die
>Primärspule nicht bestromt.

Die funktioniert schon, die braucht nur ein paar Zyklen bis sie richtig 
läuft. Dann allerdings ist Q5 ständig an, und wird nur in der 
Entladephase abgeschalten.
Die Schaltung hat aber auch einige Nachteile, wodurch man die in der 
Praxis eigentlich nie findet.

Autor: Benny H. (morphil)
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Um welche Nachteile handelt es sich denn? Die wurden im Buch leider 
nicht beschrieben.
Die Funktionsweise der Schaltung erschien mir eigentlich ziemlich 
einleuchtend. Sobalt Q6 angesteuert wird, sinkt die Sourcespannung an 
Q5. Die an R2 anliegende Spannung lässt Q5 leicht durchsteuern, wodurch 
eine Spannungsänderung in der Primär- und Hilfsspule erzeugt wird. Über 
C6 und R1 wird dann Q6 durchgeschaltet oder gesperrt je nach Phase.

Autor: Peter Koller (akkumulator)
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Fritz schrieb:
>>Auch die funktioniert nicht.
>>Wie bitte soll Q5 schalten? Und ohne durchgeschalteten Q5, wird die
>>Primärspule nicht bestromt.
>
> Die funktioniert schon, die braucht nur ein paar Zyklen bis sie richtig
> läuft. Dann allerdings ist Q5 ständig an, und wird nur in der
> Entladephase abgeschalten.
> Die Schaltung hat aber auch einige Nachteile, wodurch man die in der
> Praxis eigentlich nie findet.

Hallo Fritz u. Benny, (sorry bin schon ganz von der Rolle mit den Namen)

Der Spannungsteiler R2(100k)/R3(1M) am Gate von Q5 verhindert m.E. 
dauerhaft, das die Gatespannung auch nur ansatzweise einen Wert 
erreichen kann, um Q5 durchzuschalten.Folglich wird die Primärspule 
nicht bestromt.

Im Einschaltmoment (Q6 leitet),lädt sich C6 über Spule, R1 u. R3 seeehr 
langsam auf 1/10tel der Versorgungsspannung, da R2 über die 
Spulenanzapfung u. Q6 auch Massepotential hat.Auch ein lLN-Kanal-Fet 
schaltet erst bei ca. 4,2V durch. Bei 12V Versorgungsspannung kann das 
Gate von Q5 also nur 1,2V annehmen. Oder lieg ich da total daneben?

Grüsse Peter

Autor: Fritz (Gast)
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Hallo Peter,

Du liegst nicht total daneben, die Dimensionierung der Schaltung ist 
eher für Eingangsspannungen über 100V ausgelegt. Für den konkreten Fall 
sind solche Klimmzüge noch nicht notwendig, da kann man auch noch mit 
einem P-Fet arbeiten. Ich denke das hat Morphil einfach übersehn.


Hallo Morphil,

die Funktion der Schaltung ist etwas komplizierter. Der Trick ist, diese 
Hilfwicklung so auszulegen, dass dort ca. die halbe Gatespannung erzeugt 
wird.
In den ersten Zyklen wird Q5 über den Spannungsteiler R2+R3 nur zum Teil 
durchgesteuert. Die im Kern gespeicherte Energie wird anfangs auch nicht 
recycled, sondern wird genutzt, um C6 über R1 und D9 zu laden. Erst 
jetzt funktioniert die Schaltung so wie sie soll.
In der On-Phase addieren sich die Spannungen der Hilfswicklung und von 
C6, so dass Q5 voll durchschalten kann. In der Entladephase kompensieren 
sich die Spannung der Hilfswicklung und von C6, wodurch Q5 sperrt und 
die im Kern gespeicherte Energie über D6 und D7 wieder der 
Versorgungsspannung zurückgeführt werden kann. In der restlichen Zeit 
liegt dann am Gate von Q5 nur die Spannung von C6 an.

Ein Nachteil dieser Schaltung ist eben die Dimensionierung dieser 
Hilfwicklung, ist die Spannung zu niedrig, leitet der FET nicht richtig, 
ist sie zu hoch entstehen an der Zener Diode große Verluste.

Autor: Benny H. (morphil)
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Vielen Dank Fritz für die ausführliche Erklärung, im Buch steht das 
leider nicht so ausführlich beschrieben. Das die Schaltung für 
Spannungen ab 100V ist hab ich überlesen. Man hat ja auch noch was 
anderes zu tun.

Gruß
Morphil

Autor: Peter Koller (akkumulator)
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Okay,

heisst also für mich, weiter graben.

Danke und Tschüss.


Grüsse Peter

Autor: oszi40 (Gast)
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Schon mal was Fertiges gesucht statt Klimmzüge zu machen ?
Ob potentialfrei wäre nachzufragen.
z.B. http://www.statron.de/produkte/dc-dc-wandler

Autor: Fralla (Gast)
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Ich würde an an deiner Stelle einen 2-Switch-Forward verwende, also 
mittlere Schaltung aber mit drossel und Freilaufdiode (Buck auf der sek 
seite) Da 2 Dioden auf der primseite klemmen den Trafo an die 
EIngangsspannung und demagnetisieren ihn, keine energie wird in einem 
snubber gefressen, die schalter müssen nur Uin aushalten nicht das 
doppelte (im vergleich zu normalen Flußwander)
Und wenn du auf Wirkungsgrad stehst, Synchrongleichrichter (viel Spass 
damit ;)

So jetzt hab ich erst gelesen das es nur um 30W geht... Is dann 
vieleicht overkill. Wenns unbedingt Potentialgetrent sein soll, nimm nen 
simplen Flyback mit Synchronfet.

MFG

Autor: Michael (Gast)
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Hallo Peter,

ich mach jetzt noch mal den letzten Versuch dir den Gegentaktwandler ans 
Herz zu legen. Mit diesem lassen sich Wirkungsgrade von bis zu 90% 
erzielen.
Schau dir mal den LT1683 von Linear an. Das hat den Vorteil, das du mit 
SwitcherCAD simulieren kannst, um den Übertrager auszulegen.

Autor: Peter Koller (akkumulator)
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Danke Michael,

guter Tipp, ich glaube so langsam trennt sich die Spreu vom Weizen.

Jetzt muss ich nur noch einen Anbieter finden der das Teil im Sortiment 
hat. Reichelt z.B. nicht.

Hat Du da noch nen Tipp?

Nachtrag: erzähl mal was über SwitcherCAD, kenn ich noch nicht. Welche 
Version brauche ich, bzw. was kann es, wie teuer, wo bestellen?

Grüsse Peter

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Peter Koller schrieb:

> Nachtrag: erzähl mal was über SwitcherCAD, kenn ich noch nicht. Welche
> Version brauche ich, bzw. was kann es, wie teuer, wo bestellen?

Es ist kostenlos, bei LT kann man es runterladen:
http://ltspice.linear.com/software/LTspiceIV.exe

Autor: Michael (Gast)
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Hallo Peter,

SwitcherCAD ist ein PSpice Simulator von Linear und ist komplett 
kostenlos. Da der Ic auch von Linear ist, ist er als Modell schon in der 
Simulalion enthalten. Falls nicht auf der Homepage von Linear schauen 
und runterladen. Dort bekommst du dann auch Samples(linear_punkt_com). 
Es gibt solche IC bestimmt auch von anderen Herstellern(Push-Pull DC/DC 
Wandler), aber die Simulation ist hier der springende Punkt. Das mit dem 
Übertrager ist nämlich eine knifflige Kiste. Falls du keine Samples 
bekommst, bei Farnell gibt es diesen IC auch.

Autor: Peter Koller (akkumulator)
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Danke Leute,

das war ja mal wieder ein erfreulicher Abend,- bei soviel 
"Erfolgserlebnissen" muss ich mir das Lotto spielen wohl diese Woche 
verkneifen.

Nochmals Danke für eure Unterstützung

P.S. ist der LT1683 neu am Markt, oder warum führen Reichel u. diverse 
andere Anbieter das Teil nicht?

Grüsse Peter

Autor: Michael (Gast)
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Keine Ahnung ob der neu ist. Es gibt bestimmt auch andere IC für 
Push-Pull DC/DC Wandler, die Reichelt vielleicht hat. Sowas kann man 
natürlich auch diskret aufbauen. Siehe Anhang, aber wie gesagt das ganze 
ist nicht ohne.

Autor: MaWin (Gast)
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Sorry, aber die Schaltung ist ja wohl grober Unsinn. Obwohl 
oberflächlich gesehen die richtgen Bauteile (Flip-Flops und OpAmps als 
Komparatoren) eingesetzt wurden, sind sie für den Anwendungszweck völlig 
falsch verdrahtet. Weder wird eine 50%ige (also gleichspannungsfrei) 
Trafobelastung erzwungen, noch Spule und Schalttransistor durch eine 
Strombegrenzung geschützt, es wird nicht mal richtig mit 
Referenzspannungen gearbeitet.

Nimm lieber einen TL494 oder SG3525. Die sind aelter (d.h. leicht 
beschaffbar und billig) und funktionieren. Bei 30W etwas 
überdimensioniert
aber man muss ja nicht die dicken Bauteile nehmen:
http://sound.westhost.com/project89.htm

Wenn man keine Gegentaktstufe baut, kommt man mit weniger Bauteilen aus
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/AND8039-D.PDF

Auch mit simplen Schaltreglern kann man isolierte DC-DC-Wandler aufbauen
http://www.national.com/an/AN/AN-1095.pdf

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