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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik High Power Boost Converter (12V zu ~30V, 8A)


Autor: Thomas (Gast)
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Guten Mittag,

ich hab mal bei

http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/hgw_smps.html

einen Halbbrücken-Durchflusswandler dimensionieren lassen für Ue=12V, 
Ea=30V, Ia=8A, f=100kHz.

Vorgeschlagen hat mir das Tool dann folgenden Trafo:
RM14LP, Amin=170, Ve=10230, dazu noch Drahtstärken von ca. 2mm ...

Hat jemand das Dimensionierungstool schonmal verwendet und kann 
bestätigen, dass die Errechneten Werte auch wirklich in der Praxis dann 
verwendet werden können?

Grüße,
Thomas

Autor: MaWin (Gast)
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Passt.

Autor: Fralla (Gast)
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Ein 2-Switch-forward oder in Deutch "Halbbrücken-Durchflußwandler" ist 
was anderes als ein Gegentaktwandeler mit Halbbrücke.
Das Tool berücksichtig keine Verluste (Schalten, Recovery, Fluß, Kupfer, 
Kern), ist aber eh klar.  Aber das Optimum kann weit von der 
vorgeschlagenen Dimmensionierung abweichen. Für einen Übersicht trotzdem 
recht nützlich...

Autor: Stephan (Gast)
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Keine Verluste berücksichtigt wie schon gesagt. Ist vor allem bei 
niedrigen Spannungen relevant. Für 30V nur gering.
Wenn du nicht grad permanent die maximale Leistung brauchst können die 
Kerne oft auch etwas kleiner sein.

Für Durchfluss/Gegentakt musst du dich noch entscheiden. Link und Post 
passen da nicht zusammen.

Draht mit 2mm ist bei der Frequenz Blödsinn (Skin-Effekt). Das Tool 
rechnet nur ne Empfehlung zum Querschnitt. Der Durchmesser ist 
"Convenience" hier aber irreführend.

Autor: Stephan (Gast)
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Da ist doch was falsch...

Grad den Gegentaktwandler angesehen. Schema, berechnete Diagramme und 
Drahtstärken passen da nicht zusammen.

Der Querschnitt der Primärwicklung muss auf jeden Fall deutlich höher 
sein als sekundär.

Autor: MaWin (Gast)
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> Das Tool berücksichtig keine Verluste (Schalten, Recovery, Fluß, Kupfer,
> Kern), ist aber eh klar.

Woher sollte es dann wissen, daß der Kern ca. 30K wärmer wird ?
Also Kupferverluste berechnet es, Kernverluste schätzt es zumindest.

> Der Querschnitt der Primärwicklung muss auf jeden Fall deutlich höher
> sein als sekundär.

Nicht unbedingt. Das Tool berechnet:

"Die Drahtquerschnitte sind immer für eine Stromdichte von 3 A/mm2 
vorgeschlagen."

Obwohl: 42A und gerade mal 3.33mm2 entspricht dem nicht. Es müssten 5 
Drähte parallel sein, das macht dann auch 20 Windungen und damit etwas 
mehr Wickelraum als Sekundär.

Bei der Ausgangsdrossel und Sekundärwicklung stimmts aber.

Autor: Fralla (Gast)
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>Woher sollte es dann wissen, daß der Kern ca. 30K wärmer wird ?
Nicht nur im Trafo ist Kupfer.
>Kernverluste schätzt es zumindest.
Mir würde es für eine Dimmensionierung nicht reichen, aber wenn man 
glaubt einen Wandler exakt nach dieser Rechnung dimmensioneren muss 
bitte.

Autor: Stephan (Gast)
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MaWin schrieb:
> Also Kupferverluste berechnet es, Kernverluste schätzt es zumindest.

Wirklich? Ich dachte eher Wicklungen/Kern werden so vorgeschlagen, dass 
keine allzuhohen Verluste auftreten.

MaWin schrieb:
>> Der Querschnitt der Primärwicklung muss auf jeden Fall deutlich höher
>> sein als sekundär.
>
> Nicht unbedingt.

Hier schon. Beim Gegentaktwandler ists ja im Wesentlichen wie ein 
normaler Trafo (Querschnitt*Windungszahl auf beiden Seiten gleich). 6V 
(12V/2 weil Gegentakt) zu 30V macht 1:5, also Querschnitt 5:1.

MaWin schrieb:
> Obwohl: 42A und gerade mal 3.33mm2 entspricht dem nicht.

Sag ich ja. Ie im berechneten Diagrimm ist der Strom durch die Spule. 
Der Strom wie im Schaltplan links eingezeichnet ist nur die Hälfte.
Der Drahtquerschnitt für die Primärwicklung muss x4 genommen werden.

Bei der Kernauswahl/Wicklungszahl bin ich mir unsicher. Aus dem Bauch 
raus würd ich sagen Kernauswahl passt, Wicklungszahl halbieren. Fehlt 
mir aber die Erfahrung.

Autor: Thomas (Gast)
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MaWin schrieb:
> Obwohl: 42A und gerade mal 3.33mm2 entspricht dem nicht. Es müssten 5
> Drähte parallel sein, das macht dann auch 20 Windungen und damit etwas
> mehr Wickelraum als Sekundär.

Hmm ... Es heißt 3A/mm^2 und der Durchmesser ist keine Fläche ... Als 
Fläche wird dann z.B. bei d1=3,8mm A=11,31mm^2 berechnet.

11,31mm^2 * 3 = 33,93A, was aber auch nicht an die 42-64A Spulenstrom 
hinkommt ...

Irgendwie verwirrt mich das ;-)

Grüße,
Thomas

Autor: Thomas (Gast)
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Aber was mich außerdem interessieren würde ...

Mir kommen die Ströme ja alle ziemlich extrem vor ... Beim Halbbrücken 
Durchflusswandler scheinen wohl die Dioden extreme Ströme aushalten zu 
müssen, beim Sperrwandler sind das wohl die Kondensatoren auf der 
Primärseite.

Ich könnte mir vorstellen, dass weder das eine noch das andere billig 
ist, weswegen man wohl gleich die Variante mit Vollbrücke nehmen sollte.

Alternativ scheint es ja dann noch Multi-Phasen-Designs, wie DN453 [1] 
zu geben, bei dem der Strom pro Phase nur etwa 10A ist. Zumindest können 
die Schottky-Dioden nicht mehr als 7A ...

Wäre so eine Topologie einem Halbbrücken Sperr-/Durchflusswandler 
vorzuziehen?

Grüße,
Thomas




[1]: http://cds.linear.com/docs/Design%20Note/dn453f.pdf

Autor: MaWin (Gast)
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Dieses Multi-Phasen Design nutzt die Spulen nur in einer 
Magnetierungsrichtung und damit halb aus, wie alle Sperrwandler. 
Flusswandler gehen doppelt so effektiv mit dem Kernmaterial um, man 
bräuchte dort also nur 2 Kerne, blöderweise brauchen die auch noch einen 
Kern am Ausgang wie ein Buck-Regler der vor allem mit Gleichstrom 
durchsetzt ist, in der Summe bleibt's also trotzdem gleich.
Die 50V durch die Elkos der Halbbrücke sind natürlich extrem, daher baut 
man so was eigentlich nur bei hohen Spannungen und niedrigen Strömen so, 
bei niedriger Spannung nimmt man 2 Wicklungen deren Enden man 
abwechselnd bestromt (Gegentakt Flusswandler), weil dort das andere 
Ende, an welchem doppelte Betriebsspannung entsteht, kein Problem für 
die Transistoren darstellt (bei hohen Spannungen ist jenes Design also 
nicht so geeignet).

Autor: Fralla (Gast)
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EIn 2 Phasen-Boost design halbiert das Kernvolumen. Kanst ja mit dem 
Gegentakwandler und den verschiedenen Gleichrichtungen vergleichen wo 
günstigere Strom und Spannungsbelastung entsteht, bzw den Aufwand.

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