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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik galvanisch getrennt DC/DC 3V/1mA


Autor: Daniel A. Maierhofer (amad) Benutzerseite
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Servus Leute!

Ich habe vor, einige AVRs (ATTiny13) zur Spannungsmessung zu verwenden. 
Jedoch möchte ich damit mehrere Spannungen, welche nicht immer auf Masse 
bezogen sind, in Schaltungen messen.

Dazu habe ich bereits einige ADUM1100 ICs, die eine galvanische Trennung 
der Datenleitungen (für UART) herstellen.

Nun hab ich das Problem, dass ich einen DC/DC-Wandler dazu benötigen 
würde, der mit 3...4V Eingangsspannung auskommt und am Ausgang 2...5V 
eben für den AVR und die andere Seite des ADUM1100 liefert, bei 
lediglich 1mA !

Die normal käuflichen sind ja strommäßig weit überdimensiioniert und 
außerdem benötigen sie eine Last am Ausgang um arbeiten zu können.

Habt ihr dazu eine Idee?

Eventuell so in der Richtung wie der "Joule Thief" ( 
http://www.emanator.demon.co.uk/bigclive/joule.htm ) mit weiteren 
Wicklungen dran. (2 getrennte Ausgänge mit je 1mA würd ich benötigen)

Schöne Grüße

Daniel

Autor: Schrotty (Gast)
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Ich hab das Datenblatt mal überflogen. Mit dem ADUM1100 kannst du nur 
digitale Signale übertragen. Also 1 und 0. Daher ist eine 
Spannungsmessung im klassichen Sinn nicht möglich.
Wenn du tatsächlich nur eine 1 und 0 auswerten willst, könntest du dann 
nicht auch einfach einen Optokoppler einsetzen? Voraussetzung ist 
natürlich, dass deine eingehende Datenleitung genügend Strom 
bereitstellen kann, um die Sendediode zu treiben.
Damit würdest du dir halt die DC-DC Wandlung komplett sparen.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> am Ausgang 2...5V eben für den AVR ... liefert
Am DCDC-Wandler hängt offenbar ein AVR, der die Wandlung macht und die 
Daten seriell digital überträgt  :-o

@ Daniel M. (amad)
Ich könnte mir hier auch eine Ladungspumpe mit Kondensatoren vorstellen. 
Welche Spannungsfestigkeit brauchst du?

Autor: Schrotty (Gast)
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>Am DCDC-Wandler hängt offenbar ein AVR, der die Wandlung macht und die
>Daten seriell digital überträgt  :-o

Ahh ich verstehe :-) der ganze Aufbau mit AVR und Wandler soll 
galvanisch getrennt sein.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Ideal wäre wohl ein selbst gebauter DC-DC.
Wenn es einfach sein soll und am Eingang auch 4,5V reichen, dann bei 
ebay die NR: 350331261332.

Autor: Daniel A. Maierhofer (amad) Benutzerseite
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@ Lothar Miller (lkmiller)

genau so meinte ich das mim AVR, der die Wandlung macht.

Spannungsfestigkeit muss nicht besonders groß sein, ev. 30V, da ich das 
eh nur zum Basteln bei kleinen Schaltungen verwenden will.

Wie würdest du dir denn so eine galvanische Trennung mit einer 
Ladungspumpe vorstellen?

Ansonsten nehm ich für den 2. AVR eine Eigene Batterie, bzw. Gold-Cap...

Autor: Gebhard Raich (geb)
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Für so kleine Leistungen kannst du eimen Ethernettrafo verwenden, den du 
mit einem HC14 und einem Mosfet als ungeregelten Sperrwandler betreibst. 
Ich hab so schon 2,5W rübergebracht. Schaltfrequenz ca. 1-2MHz.
Einfacher wäre halt ein DC/DC Konverter mit 1W, gibts so ab 7€.

Grüße

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Lothar Miller schrieb:
> Nun hab ich das Problem, dass ich einen DC/DC-Wandler dazu benötigen
>
> würde, der mit 3...4V Eingangsspannung auskommt und am Ausgang 2...5V
>
> eben für den AVR und die andere Seite des ADUM1100 liefert, bei
>
> lediglich 1mA !


4 Optokoppler z.B. CNY17 liefern gut 3 Volt auf der Fototransistorseite, 
bei Serienschaltung. Die Dinger funktionieren als schlichte Photodioden, 
und 1-3 mA sind gut erreichbar.

Wenn's kleiner sein soll: Es gibt auch 4fachKoppler in einem Gehäuse.

Autor: Jörn Kaipf (joern)
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Oder gleich von Analog Device den richten ISO nehmen ;) Es gibt auch 
welche, die gleich noch eine galvanische Spannung zur Verfügung stellen:

http://www.analog.com/en/interface/digital-isolato...

Autor: Daniel A. Maierhofer (amad) Benutzerseite
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Ja, wär auch eine Idee...

Aba ich hab ja die ADUM1100 schon...

Das mit den CNY17 klingt gar nicht so schlecht. Ich hab sogar noch 
einige.
Dass man Spannung an der Basis messen kann ist mir früher auch schon mal 
aufgefallen, aba fr die Anwendung wär ich nicht drauf kommen.

Gerade ausprobiert bei 50mA durch die Sendedioden komm ich auf 520mV 
Leerlaufspannung zwischen Collector und Basis bzw. Emitter und Basis und 
auf 100µA Kurzschlussstrom zw. C-B und 60µA Kurzschlussstrom zw. C-B.
Viel zu geringer Wirkungsgrad...

Ich seh mich daweil mal nach einem "Ethernettrafo" um...

Autor: Daniel A. Maierhofer (amad) Benutzerseite
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Hab schon einen gefunden:

PE-64103

Gibt sogar ein Datenblatt dafür: 
http://www.datasheetarchive.com/PE-64103-datasheet.html

Sind 3 getrennte "Trafos" drinnen.

Ich versuchs jetzt mal ganz einfach eben mit 1MHz Rechteck Widerstand, 
Kondensator und 74AC14. Mal schaun, was da rauskommt...

Oder habt ihr bessere Vorschläge für den Sperrwandler?

Autor: Daniel A. Maierhofer (amad) Benutzerseite
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So, jetzt hab ich nen Probeaufbau gmacht, siehe Anhang.

Hab jetzt grad keine andren Bauteile da ghabt, aber es funktioniert 
schon.

Mit den Bauteilen hab ich ein Rechteck mit 50% Tastverhältnis mit etwa 
500kHz, siehe Bild im Anhang(1V/DIV, 1µs/DIV) am Kollektor des 
Transistors.

Ich bin grad draufgekommen, dass die Schaltung, so wie aufgezeichnet gar 
nicht funktioniert, seltsamerweise...
Beim Aufbau hab ich den 470 Ohm zwischen Emitter und Masse statt 
zwischen Kollektor und Spule! Heut werd ich das aber nicht mehr weiter 
verfolgen.

Mit einem 100 Ohm statt dem 470 Ohm hab ich 1,5mA durch 2 rote Leds in 
Serie, also 3,2V am Ausgang. Bin schon zufrieden mit der Schaltung fast. 
Wobei, hier hat sie dann 17mA Eingangsstromaufnahme.

Wisst ihr Verbesserungsmöglichkeiten oder gar andere Ansätze?

Gute Nacht!

Autor: MaWin (Gast)
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> Wisst ihr Verbesserungsmöglichkeiten oder gar andere Ansätze?

Informiere dich, was 'Gleichspannungsanteil' bei Trafos bedeutet,
und was der Unterschied zwischen einem Sperrwandler (so was hast du 
angenähert) und einem Flusswandler (Trafo) ist. Koppeltrafos sind keine 
Sperrwandlertrafos.

Bei nur 1mA, und 20mA Stromlieferfähigkeit eines 74HC14, täte es der 
74HC14 als Treiber ganz ohne Transistor, und weil im 74HC14 sogar 
mehrere Gatter sind als Gegentakttreiber. Fehlen nur die 
Gleichrichterdioden und ferig ist die Laube

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Wie würdest du dir denn so eine galvanische Trennung mit einer
> Ladungspumpe vorstellen?
Siehe Screenshots

Einmal mit Single Output und alternativ mit Dual Output, hier sieht man 
schön, was die Diodenspannung Uf ausmacht.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Hier die Dual-Variante...
Da könnte man sicher auch noch eine Triple-version draus machen ;-)

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Aber der NE555 wird vermutlich nicht lange leben. Besser einen Trafo 
nehmen.

Und du hast einen Bug in deinem Schaltplan! Schau ihn dir nochmals an.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Aber der NE555 wird vermutlich nicht lange leben.
Warum nicht?

> Und du hast einen Bug in deinem Schaltplan!
In welchem?

Autor: Daniel A. Maierhofer (amad) Benutzerseite
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Servus!

Ich glaub  Abdul K. (ehydra) meint, dass durch die Kondensatoren ja 
keine galvanische, sondern nur eine gleichspannungsmäßige entsteht. Aber 
ansonsten wärs glaub ich verwendbar, diese Villard-Schaltung mim NE555.

Stimmt, das mit dem Gleichspannungsmäßig und nicht im Gegentakt 
ansteuern wr ein Denkfehler von mir. Warums aber nur mit Widerstand zw. 
Emitter und GND funktioniert und ned anderst versteh ich aber is jetzt 
nicht...

Ich habs jetzt zusammengebracht, den "Ethernettrafo" zu verwenden, siehe 
Schaltung im Anhang.

Liefert bei 13,6mA und 4V als Versorgung 2mal zufälligerweise 3,3V bei 
1,1mA Belastung(3kOhm) jeweils. Der 3. Ausgang is daweil frei für 
weiteres, was nur sehr wenig Strom braucht.

Erstaunlicherweise für mich gibt es keine allzu großen Verluste beim 
Kaskadieren der einzelnen "Trafos" Die Spannung am 2. Ausgang ist nur 
unwesentlich kleiner.

Eine Brücke statt einer einzelnen Diode hat nur 10% mehr Leistung 
gebracht, hab es deswegen bei einer Belassen, weil ja sonst mehr 
Spannung durch die Dioden verloren geht.

Die Amplitude der (rechteckförmigen) Ripplespannung (mit Überschwingern) 
beträgt 50mV.

Bei 5,5MHz benötigt die Schaltung am wenigsten Strom und außerdem 
brauche ich dann keinen Vorwiderstand für den Trafo mehr.

Eigentlich bin ich mit dieser Schaltung nun ziemlich zufrieden. Aber 
falls jemand einen Verbesserungsvorschlag hat, nur her damit!

MfG,

Daniel

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Ich glaub  Abdul K. (ehydra) meint, dass durch die Kondensatoren ja
> keine galvanische, sondern nur eine gleichspannungsmäßige entsteht.
Nur, dass eben ein Transformator auch ein bidirektionales Bauteil ist...
Und eine galvanische Trennung ist genau die gleichstrommäßige Trennung:
http://de.wikipedia.org/wiki/Galvanische_Trennung

> Eine Brücke statt einer einzelnen Diode hat nur 10% mehr Leistung
> gebracht, hab es deswegen bei einer Belassen
Damit hast du aber auch wieder eine Gleichstromkomponente auf dem 
Trafo...

Wobei das Wort "Trafo" für die paar Ringkernchen im Ethernetübertrager 
schon fast überdimensioniert ist.

Autor: Udo R. S. (Gast)
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Irgendwie verstehe ich die Schaltung jetzt nicht.
Warum hast Du den 2. Trafo nicht parallel sondern an den Ausgang des 1. 
gehängt? Und den 3. an den Ausgang des 2.
Da muss doch durch den 1. die gesamte Energie für die beiden anderen????
Oder hab ich gerade ein Brett vor dem Kopf?

Autor: Daniel A. Maierhofer (amad) Benutzerseite
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Ja, das schon, nur bräuchte die Schaltung viel mehr Strom durchs 
Parallelschalten und es funktioniert so.

Das durch die Einweggleichrichtung eine Gleichstromkomponente am Trafo 
liegt, kann mir aber egal sein, oder? (bei 1mA)

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Das durch die Einweggleichrichtung eine Gleichstromkomponente am Trafo
> liegt, kann mir aber egal sein, oder? (bei 1mA)
Im Großen und Ganzen: Ja.

Autor: Gebhard Raich (geb)
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ja, so ungefähr funktionierts.
Deine Schaltfrequenz ist aber doch noch recht niedrig. So 1-2 MHz sind 
ideal. Nimm als Schalter lieber einen MF, die gibts im SOT23 Gehäuse und 
können schon 3A. Den Drain legst du direkt an die Wicklung, Source auf 
GND.
Als Snubber Netzwerk ev. eine Z-Diode mit so 6,2V (Kathode an Drain) in 
Serie mit einer 1N4148(Kathode an V+). Ich hab so mit einem Würth 
749013021 Ethernettrafo 2,5W rübergebracht(nur 1 Core verwendet), bei 
einem Wirkungsgrad von gut 75% und mäßiger Erwärmung des Trafos.

Grüße

Autor: Daniel A. Maierhofer (amad) Benutzerseite
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Hmm, dann mach ich ja irgendwie gröber was falsch...

Wenn ich von den 2500mW, die du drüberbringst nur 3mW rüberbring, aber 
ganze 55mW reinsteck. Das sind ja grad mal 5% Wirkungsgrad, merk ich 
grad.

Ich sprech aber grad von der 2. von mir heute geposteten Schaltung, bei 
der ich übrigends die letzte BAT43 vergessen habe einzuzeichnen.  Die 
erste funktionierte fast gar nicht.

Welches Tastverhältnis hatte deine Ansteuerung für den MOSFET? auch mit 
Logikgatter erzeugt? Ich habe auch AVRs zur Verfügung, falls man 
irgendein PWM oder so braucht...

Wieso überhaupt MOSFET? Da brauch ich doch viel Steuerstrom bei den 
2MHz...
Ich hab aber eh einige IRLML2502PBF da.

Autor: Gebhard Raich (geb)
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Transistoren sind bei der Schaltfrequenz einfach zu langsam, überhaupt 
wenn man sie in die Sättigung fährt. Tastverhältnis war bei mir 1:1. Als 
MF Treiber hab ich 5 Gatter 74HC14 parallel geschaltet. Zum Steuerstrom: 
fließt im gegensatz zum Trans. nur im Schaltaugenblick, ist aber in etwa 
in der gleichen Größenordnung.

Grüße

Autor: Daniel A. Maierhofer (amad) Benutzerseite
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Hmm. Ich hab jetzt mit dem 74AC14 2MHz erzeugt und an das Gate eines 
BS170er gelegt, der so verschalten ist, wie du gesagt hast. (Mit 
Snubber, obwohl die Spannung ohne ihn nicht größer als 12V wird am 
Drain)

Ist bei einer einzelnen Ausgangsspannung sogar effizienter - braucht 
10mA bei 1mA Belastung, jedoch funtioniert mein in Serie schalten damit 
nicht mehr. Da schießt dann nämlich der Strom auf 100mA hoch.

Autor: Gebhard Raich (geb)
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BS170 ist nicht gerade ideal, der hat ja 5 Ohm Rds.Nimm was besseres. 
Was schaltest du da in Serie? Du kannst primär parallel,sek. in Serie 
oder umgekehrt schalten, aber hintereinander wie in deinem obigen Bild 
ist das keine gute Idee.

Grüße

Autor: Daniel A. Maierhofer (amad) Benutzerseite
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Servus Gebhard!

Okay, ich werde bei Gelegenheit einen besseren einbauen.
Wahrscheinlich funktioniert das mit den mehreren ganzen Trafos in Serie 
nicht, weil man ja nur mit Pulsen ansteuert mim Mosfet und nicht im 
Gegentaktbetrieb, wie mit den Invertern.
Ich versteh aber eh, wie du es meinst mit der Verschaltung, eben so, 
wenn man verschiedene Übersetzungsverhältnisse haben mag.

Jetzt muss ich nur noch die richtige Frequenz finden...

Aber ich werd erst in einigen Tagen mich damit weiter spielen...

Danke für die Hilfe und Vorschläge schonmal!

Schöne Grüße,

Daniel

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Lothar Miller schrieb:
>> Ich glaub  Abdul K. (ehydra) meint, dass durch die Kondensatoren ja
>> keine galvanische, sondern nur eine gleichspannungsmäßige entsteht.
> Nur, dass eben ein Transformator auch ein bidirektionales Bauteil ist...
> Und eine galvanische Trennung ist genau die gleichstrommäßige Trennung:
> http://de.wikipedia.org/wiki/Galvanische_Trennung

Sei nicht kleinlich. Du weißt was ich gemeint habe!

Ja, wenn du die Schaltung schlagartig einschaltest, hast du einen Peak 
genau in den Ausgang des NE555. Der soll eh nicht sonderlich viel 
aushalten.
Einschalten meint hier, das du die gleichstrommäßige Trennung mal 
schnell im Bezugspotential verschiebst. Also Teil 1 einfach so mit Teil 
2 verbindest...


>
>> Eine Brücke statt einer einzelnen Diode hat nur 10% mehr Leistung
>> gebracht, hab es deswegen bei einer Belassen
> Damit hast du aber auch wieder eine Gleichstromkomponente auf dem
> Trafo...
>
> Wobei das Wort "Trafo" für die paar Ringkernchen im Ethernetübertrager
> schon fast überdimensioniert ist.

Es gibt nunmal keinen Übertrager im Englischen ;-)

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Lothar Miller schrieb:
>> Aber der NE555 wird vermutlich nicht lange leben.
> Warum nicht?
>
>> Und du hast einen Bug in deinem Schaltplan!
> In welchem?

D2 und D4 dachte ich asymmetrisch angeschlossen. Aber bei nun genauerem 
Hinsehen, soll das wohl ein Vergleich beider Topologien sein. Macht man 
ja sehr oft in SPICE.

Autor: Daniel A. Maierhofer (amad) Benutzerseite
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Ja, genau, das ist ein Vergleich mit verschiedenen Flussspannungen.

(Werden Übertrager im Englischen nicht auch "transducer" genannt, wenn 
ich mich nicht irre?)

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Abdul K. schrieb:

> Es gibt nunmal keinen Übertrager im Englischen ;-)

Das Du da irrst, siehst Du spätestens am 2.April.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Daniel M. schrieb:
> Ja, genau, das ist ein Vergleich mit verschiedenen Flussspannungen.
>
> (Werden Übertrager im Englischen nicht auch "transducer" genannt, wenn
> ich mich nicht irre?)

Nein, ein Transducer entspricht dem deutschen 'Sensor'. Aber Sensor 
selbst ist auch kein deutsches Wort.
Manche verwenden Transducer auch gerne für einen Aktor.

Autor: Daniel A. Maierhofer (amad) Benutzerseite
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Servus!

Achja, gibts vielleicht eine Schaltungsvariante, wo der Übertrager in 
Resonanz schwingt, bzw. so, wie den von mir per Hand eingestellten 
optimalen 5,5MHz? Bzw. andre Ideen, um das ganze effizienter zu machen?

Der 74AC14 hat ja nämlich schon "relativ starke MOSFET-Ausgänge". Mit 
extrigen MOSFETs wirds wohl nicht viel besser werden, denk ich mal, 
oder?

Frohe Ostern,

Daniel

Autor: Daniel A. Maierhofer (amad) Benutzerseite
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Achja, wäre es effizienter, wenn ich eine Vollbrücke mit den MOSFETs 
aufbaue?
Oder eh nur einen mit Snubber-Netzwerk?

Jetzt fang ich mal wieder an ein bischen an der Schaltung rumzubasteln 
;)

Autor: Dieter Werner (dds5)
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Wir setzen für ähnliche Anwendungen MAX845 als Treiber und Trafos aus 
der Serie TGM von Halo ein, das klappt recht gut.

Edit:
Man auch problemlos 2 Trafos parallel an einen MAX845 hängen.

Autor: Gebhard Raich (geb)
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>Achja, wäre es effizienter, wenn ich eine Vollbrücke mit den MOSFETs
>aufbaue?

Vollbrücke ist bei kleinen Leistungen Luxus. Außerdem bei über 1MHz 
Schaltfrequenz nicht ganz einfach zu realisieren. Die gefahr ist groß, 
dass alle 2 Mosfets (kurzzeitig) gleichzeitig durchgeschaltet sind.=> 
große Störungen und ev. Zerstörung der Schalter.

Grüße

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Dieter Werner schrieb:
> Wir setzen für ähnliche Anwendungen MAX845 als Treiber und Trafos aus
> der Serie TGM von Halo ein, das klappt recht gut.

Im Datenblatt des MAX845 ist der Wirkungsgrad bei 1mA Ausgangsstrom auch 
etwa bei 10-20%.

Autor: Daniel A. Maierhofer (amad) Benutzerseite
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Hi!

Achso, dann kann ich mit meinen 5% ja eh zufrieden sein, vorallem bei 
dem geringen Bauteilaufwand und vergleichsweise niedrigen 
Stromverbrauch.

Im Anhang ein Oszi-Bild und Foto vo meinem jetzigen Versuch, so wie es 
Gebhard Raich mir beschreiben hat.

CH1 ist am Gate des MOSFET(IRLML2502PBF) gemessen, CH2 am Drain. Die 
gleichgerichtete Spannung ist im Leerlauf 4,5V.
Mit LED 2V und 4mA (Verbrauch 60mA)

Verbrauch aber 50mA im Leerlauf und wenn ich den 47Ohm in Serie zum 
Trafo überbrücke, fängt der MOSFET an zu qualmen.
Funktioniert jedoch dennoch noch immer, wie man sieht!

MfG,

Daniel

Autor: Gebhard Raich (geb)
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Die Einschaltzeit kommt mir zu lang vor, das Tastverhältnis gemessen am 
Drain sollte ca. 50% sein. So geht dir der kleine Kern schnell in die 
Sättigung und der MF qualmt ohne Sicherungswiderstand. Ein paar uF 
Stützkondensatoren nahe am Trafo/FET wären auch ganz gut.

Grüße

Autor: Falk Brunner (falk)
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Ok, der Thread ist zwar schon was älter aber dennoch interessant. Ein 
kleine, kompakte Stromversorgung für sehr kleine Verbraucher.

Nehmen wir den Ethernettrafo, die gibt es überall preiswert. Ich hab 
hier einen TG110-S055N2RL von Halo.

Erster Irrtum. Sperrwandler. Geht nicht, denn der braucht einen 
Luftspalt, um nennenswert Energie speichern zu können, siehe

http://www.mikrocontroller.net/articles/Transforma...

Zweiter verbreiteter Irrtum. Wir nehmen einen dicken MOSFET und pulsen 
einfach wie eine Relaispule. MÖÖP! Falsch! Denn ein Trafo verträgt keine 
Gleichspannung am Eingang, vor allem nicht so ein Ultraminitrafo wie die 
Ethernettrafos. Denn die werden schon von wenigen mA Gleichstrom in die 
Sättigung gefahren, und auch bei 1 Ohm Wicklungswiderstand braucht man 
dazu nicht viel Spannung.

OK, was tun?

1.) Wir brauchen einen FLUSSwandler
2.) Wir brauchen eine garantiert gleichspannungsfreie Ansteuerung.

Alles nicht wirklich schwer. Aber erstmal wollen wir noch eine sinnvolle 
Arbeitsfrequenz festlegen. Dazu muss man wissen, wieviel 
Spannungszeitfläche der Trafo verträgt. Wenn man Glück hat steht es im 
Datenblatt, wenn nicht müssen wir messen. Wir haben Pech und müssen 
messen, denn die Angabe von Halo "OCL @100KHz, 8mA: 350µH min" ist eher 
kryptisch. Also nehmen wir einen Funktionsgenerator mit 50 Ohm 
Ausgangswiderstand und speisen ein gleichspannungsfreies Rechtecksignal 
ein.
Bei 1 MHz ist alles OK, logisch, denn dafür ist der Trafo gebaut. 10/100 
MBit Ethernet, da kommen keine Frequenzen unterhalb 1 MHz vor.
Bei 100kHz sinkt während des Pulses die Eingangsspanung am Trafo schon 
etwas ab. Das liegt am Magnetisierungsstrom, der steigt ja linear. Und 
je größer der ist, umso mehr Spannung fällt am Innnenwiderstand des 
Funktionsgenerators ab.
Bei 70 kHz ensteht an der Umschaltflanke schon eine kleine Spitze, ein 
Vorzeichen der Sättigung.
Bei 60 kHz ist die Sache schon klar sichtbar, gegen Ende des Pulses geht 
die Eingangsspannung ziemlich runter, weil durch die Sättigung des 
Trafos die Induktivität fast vollständig verloren geht und damit der 
Strom sehr schnell ansteigt.
Bei 50 Khz sieht es ein Blinder, dass hier die Sättigung erreicht ist.

Ok, wir können damit sagen, dass der Trafo relativ sicher einen Puls von 
5µs und 5V bei BEIDSEITIGER Magnetisierung verkraftet, macht 25µVs.

L = U * t / I

kann man ausrechnen, dass der Magnetisierungsstrom damit etwa

I = U * t / L = 5V * 5µs / 350µH ~ 70mA

Stimmt nicht, es ist die Hälfte, denn der Magnetisierungsstrom wechselt 
von -35mA auf +35mA. Das sieht man auch auf dem Oszibild, die Spannung 
fällt vom Begin des Pulses bis zum Ende um knapp 1,2V, macht 24mA an 50 
Ohm Innenwiderstand vom Funktionsgenerator, der Ablesefehler ist hier 
recht groß.

Gut, man könnte also mit 100 kHz und 5V Amplitude arbeiten, aber das 
wäre eher Verschwendung. Wenn man kompakte Schaltregler bauen will, geht 
man mit der Frequenz so hoch wie möglich. Nehmen wir also eher 3 MHz, 
weil das zufällig beim Aufbau so rausgekommen ist ;-).

Für maximale Leistung brauchen wie eine Vollbrückenansteuerung, aber im 
Kleinformat. Bekommt man preiswert mit einem 74HC14, der hat sechs 
Gatter. Siehe Anhang. C1 macht man so klein wie möglich, denn dessen 
Umladung ist verlorene Energie. Wichtig ist hier C2, der hält den 
Gleichspannungsanteil vo Trafo fern. Denn ein 74HC14 als einfacher 
RC-Oszillator bringt kein ideales Tastverhältnis von 50%, da gibt es 
immer ein paar Prozent Abweichung. Und die sind signifikant. 1% Fehler 
bedeutet bei 5V Amplitude 50mV Gleichspannung am Trafo, Der Strom wird 
nur durch den Wicklungswiderstand (1 Ohm) und die Ausgangstreiber (ca. 
30 Ohm) begrenzt, macht hier ca. 1,6mA. Eigentlich nicht viel, aber muss 
nicht sein, vor allem wenn der Fehler größer wird, so um die 5% sind 
realistisch. 100nF haben bei 3 MHz (Sinus) einen Blindwiderstand von 0,5 
Ohm, also sehr wenig.

Ausgangsseitig nutzen wir eine Doppel-Schottkydiode zur 
Zweiwegegleichrichtung und Spannungsverdopplung. Das spart gegenüber dem 
Brückengleichrichter die Flusspannung einer Diode, die vor allem bei 
kleinen Ausgangsspannungen ins Gewicht fällt. Aufpassen muss man auf die 
oft vorhandenen Gleichtaktdrossen. Damit die nicht als störende 
Reiheninduktivität dazwischenfunken, muss man sie auch als 
Gleichtaktdrossel verschalten. Das geht am einfachsten auf der 
Primärseite. Durch Reihen- oder Parallelschaltung der zwei Trafos und 
Nutzung der Mittelanzapfungen kann man auch die Spannung in gewissen 
Grenzen transformieren oder zwei Ausgänge mit Galvanische Trennung 
erzeugen.

So, und was bringt denn unser Mini-Schaltnetzteil an Leistung?

Last       Eingangsstrom / mA    Ausgangsspannung V  Ausgangsstrom  mA 
Wirkungsgrad / %
Leerlauf           3,7                    13,8             0 
0
10k                5,8                     9,1             0,9 
29
3k3                9,2                     8,7             2,6 
49
1k                19,2                     7,7             7,7 
62
330R              37,6                     5,6            17 
50
0R                66                       0              32,5 
0

Die hohe Spannung im Leerlauf ist wahrscheinlich ein Artefakt der 
Gleichtaktdrossel, die ungewollt als zusätzlicher Step Up Schaltregler 
wirkt (Längsinduktivität). Kurzschließen sollte man den Ausgang besser 
nicht, den die Strombegrenzung erfolgt nur duch den Ausgangswiderstand 
der Gatter, die Wicklungen und Dioden. Testweise wurde auch mal der 
Leerlauf ohne C2 gemessen, dabei nimmt die Schaltung ca, 4,8mA auf, das 
passt gut zur Abschätzung. Das Tastverhältnis liegt bei 47%.

Ich hoffe damit werden die kleinen, aber wichtigen Details von so einem 
Schaltregler etwas klarer und man begnügt sich nicht mehr mit 
Wirkungsgraden von 5%, trotz dampfender MOSFETs.

MFG
Falk

Autor: Falk Brunner (falk)
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Ok, Nachtrag. Man kann den Trafo wie bereits vorgeschlagen auch 
weglassen und einfach mittels zweier spannungsfester Kondensatoren die 
galvanische Trennug machen, also einfach TR1 raus und einen zweiten 
100nF C zwischen die unteren Treiber und Ausgang einfügen. Die 
Leisungsdaten sind praktisch gleich. Wesentlicher Nachteil ist die 
fehlende Möglichkeit der Spannungstransformation. Vorteil ist er 
deutlich geringere Platzbedarf.

MfG
Falk

Autor: Falk Brunner (falk)
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Mist, meine Tabelle ist im Eimer :-(
Hier nochmal schön.
Last       Eingangsstrom / mA    Ausgangsspannung /V  Ausgangsstrom / mA  Wirkungsgrad / %
Leerlauf           3,7                    13,8             0                    0      
10k                5,8                     9,1             0,9                 29
3k3                9,2                     8,7             2,6                 49
1k                19,2                     7,7             7,7                 62
330R              37,6                     5,6            17                   50
0R                66                       0              32,5                  0

Autor: Daniel A. Maierhofer (amad) Benutzerseite
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Hey Falk!

Danke fürs Wiederaufleben lassen dieser Diskussion, zu der ich immer 
noch nicht eine wirklich zufriedenstellende Lösung habe sowie für den 
Tipp mit dem 100nF-Kondensator in Serie zum Trafo!

Das hat die Stromaufnahme merkbar reduziert. Warum bin ich da nicht 
schon früher draufgekommen... :)

MfG,
Daniel

Autor: Gebhard Raich (geb)
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Hallo Falk!
 Bei deiner Schaltung steuerst du den LAN Trafo über die 
Gleichtaktdrossel an. Das ist nicht gut! Die Gleichtaktdrossel muss 
sekundärseitig liegen.Ich hab ein NT für ca. 2,5W mit so einem LAN Trafo 
gebaut und mit einem einzigen Mosfet. Wirkungsgrad ca. 75%.

Grüsse

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Gebhard Raich (geb)

> Bei deiner Schaltung steuerst du den LAN Trafo über die
>Gleichtaktdrossel an.

Das war Absicht. Siehe mein Posting.

Beitrag "Re: galvanisch getrennt DC/DC 3V/1mA"

> Das ist nicht gut!

Warum? Sie wird doch gegensinning durchflossen, ist also quasi nicht 
wirksam.

> Die Gleichtaktdrossel muss sekundärseitig liegen.

Warum?

>Ich hab ein NT für ca. 2,5W mit so einem LAN Trafo
>gebaut und mit einem einzigen Mosfet. Wirkungsgrad ca. 75%.

Naja, da hat aber auch eine ordentliche Portion Glück mitgespielt. Das 
ist kein Sperrwandler.

Beitrag "Re: galvanisch getrennt DC/DC 3V/1mA"

Denn Sperrwandler geht nicht, siehe mein Posting. Das Ding speichert 
bestenfalls

E = 1 / 2  L  I^2 = 1 / 2  350µH  35mA^2 = 0,2µJ

Wenn man mit 5V für 5µs lädt, also maximal 100kHz. Macht 20mW 
Ausgangsleistung. OK, man kann mit höherer Spannung reingehen, aber 
irgendwann wird es albern. Selbst mit 50V und 0,5µs Ladezeit bzw. 1 Mhz 
Takt kommen bestenfalls 0,2W raus. Du taktest mit ca. 2 MHz, das würde 
man nur einen Brichteil der Energie in die Spule bekommen, auch nicht 
bei 6V.

Deine Schaltung ist ein Eintaktflußwandler. Denn Primärwicklung und 
Sekundärwicklung + Diode sind gleichphasig geschaltet, wenn gleich du 
dir alle Mühe gegeben hast, das möglichst undeutlich darzustellen ;-)
Dass es ein Flußwandler ist kann man auch leicht messen. Wenn der MOSFET 
durchschaltet fließt primär- und sekundärseitig gleichzeitig Strom. In 
der Sperrphase wird die Magnetisierungsenergie per Avalance im MOSFET 
verbraten, dank des sehr kleinen, hochpermeablen Kerns ist das ja nicht 
viel, wie wir oben berechnet haben. OK, it works. Wenn auch anders als 
gedacht ;-)

MFG
Falk

P S Die Diskussion hatten wir schon mal, da dachte auch jemand er hätte 
einen Sperrwandler, war dann doch ein Flußwandler. Blindes Huhn und Korn 
sag ich da nur ;-)

P P S Ahhh, jetzt verstehe ich, warum du die Gleichtaktdrossel auf der 
Sekundärseite haben willst. Du nutzt sie als Speicherdrossel, die ja 
eigentlich jeder Flußwandler braucht. Aber auch hier ist die Funktion 
nicht wirklich lehrbuchartig. Denn es fehlt die Freilaufdiode bzw. die 
Zweipunktgeleichrichtung mit Mittelanzapfung. Geht aber trotzdem, die 
Magnetisierungsenergie wird irgendwo verbraten.

Autor: Falk Brunner (falk)
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Ach ja, nochwas zum Thema galvanische Trennung mit Kondensatoren. Das 
geht nur sehr bedingt. Denn Abdul hat Recht.

Beitrag "Re: galvanisch getrennt DC/DC 3V/1mA"

Die Gleichtaktunterdrückung ist mies, nämlich 0 dB. Wenn man am Ausgang 
einen Sprung des Gleichtaktsignals macht, ballern ordentliche Ströme 
duch die Koppel-Cs und die Treiberausgänge. Und wenn man einen der 
beiden Ausgangspotentiale auf Eingangsmasse legt, fließt ordentlich 
Blindstrom dort drüber und macht einen halben Kurzschluss des Treibers. 
Mit Trafo passiert sowas nicht, bzw. der Effekt ist um Faktor 10.000 und 
mehr geringer (Koppelkapazitäten im Trafo liegen um die 10pF!). Also 
besser die Sache mit den 2x KoppelCs vergessen und immer den Trafo 
nutzen.

MFG
Falk

Autor: Falk Brunner (falk)
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Deja-vu?

Beitrag "Re: DC/DC Converter geringer Leistung"

Alles schon mal dagewesen, auch die Rechung und Erklärung.

a Glitch in the matrix . . .

Autor: Gebhard Raich (geb)
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@Falk
Ja, ich hab einmal nicht richtig nachgedacht und das Ding als 
Sperrwandler verkauft. Ist natürlich Unsinn, es ist, wie du richtig 
sagst, ein Durchflusswandler.Ich hab einmal den Trafo verkehrt herum 
eingelötet sodass die GLT-Drossel am Schalttransistor lag. Abgesehen von 
sehr geringer Leistung, tat das dem Mosfet gar nicht gut, es gab hohe 
Induktionsspitzen, die dem ganzen Treiben ein jähes Ende 
bereiteten.Offenbar wirkt die GLT-Drossel nicht nur für GLT-Signal.
Liegt die GLT Drossel sekundär, läuft alles sehr rund und zuverlässig.
Glaube aber nicht, dass diese Drossel dann als nennenswerte 
Speicherdrossel wirkt.

Grüsse

Autor: Falk Brunner (falk)
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Noch was für's Improvisieren. Mit einer Ferritperle und ein paar 
Windungen Draht geht es auch recht gut. Ich hab hier eine mit 3,5mm 
Aussendurchmesser, 1mm Innendurchmesser und 3mm Höhe. 8 Windungen 
bifilar mit 0,2mm CuL gewickelt machen 25 µH, Koppelfaktor 99,8%. Bei 3 
MHz wie in der Schaltung oben steigt der Leerlaufstrom nur mässig von 
3,8 auf 6,5mA. Der verfügbare Ausgangsstrom ist nahezu gleich.

MfG
Falk

Autor: Electronic Eel (electronic_eel) Benutzerseite
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Hallo,

ich wollte das mal ausprobieren und hab Gebhards Schaltung mal 
nachgebaut. Die 2,5W bei 75% Wirkungsgrad die Gebhard beschreibt schaff 
ich nicht.

Aber mit leichter Modifikation bekomme ich 0,53 W und 42% Wirkungsgrad, 
also 7,3V @ 73mA raus, bei 5V @ 256mA rein. Das ist doch schon mal 
wesentlich mehr Leistung als bei Falks Lösung.

Ich verwende beide Trafos eines 100MBit-Übertragers. Wenn man einen für 
Gigabit nimmt, hat man 4 Trafos. Das sollte die mögliche Leistung 
nochmal verdoppeln.

Die beste Frequenz bei meinen Teilen sind 1,5MHz, das bekomme ich mit 
10K und 100pF. Mit anderen Frequenzen geht die Leistung runter.

Man kann sicher noch nen kleineren FET nehmen, ich wollte nur bis ich 
den Snubber getestet hab nix weniger spannungsfestes nehmen. Bei nem 
kleineren FET dürfte es auch ein 74HC14 tun statt dem 74AC14 den ich 
hier wegen der höheren Leistung genommen hab.

Auch ist natürlich mein Lochraster-Aufbau nicht optimal und kostet auch 
Leistung und Wirkungsgrad. Aber wohl kaum die Differenz zu 2,5W / 75%.

Gebhard, kannst Du uns mal genau die Teile und Schaltung zeigen mit 
denen Du die 2,5W und 75% schaffst?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Electronic Eel (electronic_eel) Benutzerseite

>ich wollte das mal ausprobieren und hab Gebhards Schaltung mal
>nachgebaut.

Nö, du hast die modifiziert, und das teilweise falsch.
Ersten hat die Originalschaltung keinen Spannungsverdoppler, auch wenn 
man dort vier Dioden sieht. Die sind aber alle parallel. Denn bei einem 
Flußwandler wie hier geht das nicht mit dem Spannungsverdopler, der 
Flußwandler arbeitet nur in der Shaltphase des MOSFETs.

>Aber mit leichter Modifikation bekomme ich 0,53 W und 42% Wirkungsgrad,

Also recht wenig.

>also 7,3V @ 73mA raus, bei 5V @ 256mA rein. Das ist doch schon mal
>wesentlich mehr Leistung als bei Falks Lösung.

Logisch, dein MOSFET hat deutlich weniger Widerstand.

>Ich verwende beide Trafos eines 100MBit-Übertragers.

Hoffentlich hast duach WIRKLICH die richtgen Pins erwischt wie in deinem 
Schaltplan. Wenn nicht, spukt dir die Gleichtaktdrossel in die Suppe.

>Man kann sicher noch nen kleineren FET nehmen, ich wollte nur bis ich
>den Snubber getestet hab nix weniger spannungsfestes nehmen.

Snubber braucht es nicht, die Magnetisierungsenergie ist winzig, siehe 
oben.

Beitrag "Re: galvanisch getrennt DC/DC 3V/1mA"

>Auch ist natürlich mein Lochraster-Aufbau nicht optimal und kostet auch
>Leistung und Wirkungsgrad.

Nicht in der Größenordung.

> Aber wohl kaum die Differenz zu 2,5W / 75%.

Eben.

>Gebhard, kannst Du uns mal genau die Teile und Schaltung zeigen mit
>denen Du die 2,5W und 75% schaffst?

Mal den Tread aufmerksam gelesen? Und den Links gefolgt?

Beitrag "Re: DC/DC Converter geringer Leistung"

MFG
Falk

Autor: Falk Brunner (falk)
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Ok, hier mal mein Nachbau von Gebhard's Schaltung. Siehe Anhang. Einmal 
mit 1:1 Windungsverhältnis wie im Schaltplan gezeichnet (Konfiguration 
1:1) und einmal 1:2 Windungsverhältnis, dabei ist die 5V Einspeisung auf 
der Primärseite an Pin 2 von TR1 angeschlossen (Konfiguration 1:2).
Ich würde sagen, das passt. Viel mehr als 47 Ohm Last sollte man in 
Konfiguration 1:2 nicht dranhängen, mit 15 Ohm wird alles ziemlich heiß 
und der Wirkungsgrad geht drastisch in den Keller. Bei 47 Ohm ist alles 
nur lauwarm.
Man muss aufpassen mit reinem Leerlauf, da geht die Spannung auf Grund 
der nicht lehrbuchmäßig durchgeführten Entmagnetisierung ziemlich hoch.

Eingangsspannung 5V


R-Last            U_Aus     I_aus      P_aus       I_ein       Wirkungsgrad
  Ohm              V         mA          W          mA           %   
---------------------------------------------------------------------------- 

Konfiguration 1:1

Leerlauf         12,6        0          0           12            0    
1k                5,5        5,5        0,03        19           32  
47                4,3       91.5        0,43        99           86
15                3,2      213          0,68       216           68

Konfiguration 1:2

Leerlauf         24,3        0          0           16            0               
1k               10,8       11          0,12        40           59
47                8,0      170          1,36       350           78
15                4,9      326          1,6        680           47

Alles in allem sind die Ergebnisse schon recht gut für so eine einfache 
Schaltung. Im Anhang auch ein paar Screenshots der Lastfälle für 
Konfigaration 1:2 beiverschiedenen Lasten. Wie man sieht, klingelt es 
ganz ordentlich, die Magnetisierungsenergie muss ja irgendwo hin. Kanal 
1 ist der Drain von T1, Kanal 2 das Gate.

MfG
Falk

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