Brauche Hilfe bei einem Step-Up-Wandler

[Stefan M. (celmascant)]

Hallo liebe Gemeinde^^

Für ein Projekt brauche ich eine Spannungsversorgung die aus 5V am 
Eingang mindestens 20V / 300mA liefern soll.
Vorgestern habe ich mich mal hingesetzt und aus ein paar Bauteilen aus 
der Bastelkiste einen Step-Up-Wandler nach "Musterschaltplan" 
zusammengebastelt.

Als Ansteuerung habe ich einen AT-Mega32 verwendet:
Mit Timer2 wird eine 62,75kHz PWM erzeugt welche einen IRF1010 
ansteuert.
Über den Analog-Comparator wird eine Referenzspannung mit der 
Ausgangsspannung (über Spannungsteiler selbstverständlich) verglichen.
Im Timer2_Overflow-Interrupt wird geregelt.
Nach etwas Debugging hat das auch recht gut funktioniert:
20V und 400mA trotz noch falscher Spule (dazu später mehr).

In meinem MC musste ich den duty cycle auf 210/255, also ca. 82% 
hinaufsetzen, damit die Ausgangsspannung stabil bleibt.
Heut habe ich das mit einem Oszilloskop nachgemessen. Ergebniss: Bei 
400mA Last regelt der MC zwischen 75 und 81% duty cycle herum um die 
Spannung zu halten. Das erscheint mir ziemlich viel!

Ok, 1. Schritt: richtige Spule wickeln.
Die Spule ist nach einer Berechnung von 
http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/aww_smps.html gewickelt.
Folgende Werte habe ich zur Berechnung benutzt:
Ue_min = 4.9V Ue_max = 5.1V Ue = 5.0V Ua = 20.0V Ia = 0.4A f = 62.75kHz

Dabei kommt eine Induktivität von 88.18uH raus. Die Spule habe ich 
vorhin auf einem Amidon Eisenpulverkern T106-26 (AL=93nH/Wicklung²) 
gewickelt (hatte ich eben noch da).
Ich habe 31 Windungen gewickelt. Das ergibt 89,3µH.
Mit dieser Spule erreiche ich maximal 17,5V bei 50 Ohm Last!?!
Zu dem ist der Wirkungsgrad nur ca. 40%!

Kann es sein, das meine Spule, also der Kern, in die Sättigung kommt?
Wie kann ich das nachmessen, also wie müssen die Spannungen auf dem Oszi 
aussehen?

Die erstere Spule ist auch auf einen T106-26 Kern gewickelt, nur mit 
dickerem Draht und 24 Windungen. Mit dieser bekomme ich wie gesagt 
20V/400mA bei ähnlichem Wirkungsgrad.

Was mache ich falsch?
Spule falsch berechnet?
Falscher Ringkern? (Reichelt sagt bis 50kHz, Amidon bis 2Mhz?)
Wieso ist der duty cycle so hoch?
Der FET wird gut Handwarm, ist also eigendlich noch im Rahmen. Er wird 
mit 5V angesteuert und laut Datenblatt sollte er dann 40A können^^

Falls ihr noch Infos braucht, sagt bescheid^^

Tante Google will mir bei meinem Problemchen irgendwie nicht 
weiterhelfen...

Gruss Stefan

[MaWin (Gast)]

> Wieso ist der duty cycle so hoch?

Der passt. Siehe Schmidt-Walter.
Kleine Spannung, lange anlegen bis Strom steigt,
hohe Spannung entlädt ihn schnell.

> Der FET wird gut Handwarm, ist also eigendlich noch im Rahmen.

Da du insgesamt nur 8 Watt wandelst, handwarm aber wohl 0.5 Watt
sind und zusätzlich 0.5 Watt in der Diode versacken werden,
kostet das schon Wirkungsgrad. Mit 11mOhm dürfte er nicht die
Verluste haben ABER ES IST KEIN LOGIC-LEVEL TYP ! Klar schaltet
der so müde, dem sind die 5V des AVR-Ausgangs viel zu wenig.
Nimm einen LogicLevel Typen wie IRF7467, der schaltet das locker.
Ob auch schnell genug, den IRF1010 hätte 3.2nF gehabt, mit 20mA
um 5V umladen macht unter 1us, sollte reichen.

> Spule falsch berechnet?

Nein. die wird eher nicht ausgenutzt, gerade mal 100mT
Magnetisierung, und Material 26 ist fast gleich dem 36
von Schmidt-Walter.

Dein Problem wird der MOSFET sein.

> und laut Datenblatt sollte er dann 40A können^^

Unsinn, die Kurve ist TYPISCH, das schwankt um 1:2, es
können auch 6.3V dazu nötig sein und bei 4.5V eher nichts
durchkommen.

[Stefan M. (celmascant)]

Ok, also muss ich den FET umbasteln!
Da ich gerad nur noch ein paar IRFP150N rumliegen habe, werd ich mal 
eine richtige Ansteuerung bauen. Hab da schon was im Sinn^^

0,5W Verlustleistung an der Diode? Hm, die bleibt absolut kühl...
Es ist eine aus einem PC-Netzteil im TO220-Gehäuse.

Danke erstmal für den Tip, MaWin!

Gruss Stefan