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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Verständnisfrage Schaltwandler


Autor: Karl (Gast)
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Hallo!

Ich beschäfftige mich schon länger mit Schaltwandlern. Ich habe dazu 
eine Verständnisfrage.
Ich habe hier einen typischen Kennlinienverlauf eines Texas Instruments 
TPS61175 (Step-up-)Schaltwandler. Ich verstehe jetzt nicht, wieso die 
Kurven ab dem Bereich 100..200mA einbrechen.

Die statischen und dynamischen Verluste in Spule, MOSFET, Diode und 
Kondensator müssten doch alle, bei Senkung des Ausgangsstromes (welche 
eine geringere Eingangsstromaufnahme zur Folge hat), weiter sinken?! 
Einzig der Eigenverbrauch des IC bleibt konstant, sollte aber kaum solch 
einen Einfluss auf den Kennlinienverlauf haben?

Ich bin dankbar für jeden Denkanstoß!

Grüße!

: Verschoben durch Admin
Autor: Falk Brunner (falk)
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@Karl (Gast)

>Die statischen und dynamischen Verluste in Spule, MOSFET, Diode und
>Kondensator müssten doch alle, bei Senkung des Ausgangsstromes (welche
>eine geringere Eingangsstromaufnahme zur Folge hat), weiter sinken?!

Wie kommst du darauf? Vor allem ist dien Satz arg konfus.
Die Betrachtung macht man mit konstanter Eingangsspannung und steigendem 
Ausgangsstrom, sieht man ja im Diagramm. Mit steigendem Ausgangsstrom 
steigt der EIngangsstrom, der wiederum an Spulen, MOSFET und wasweissich 
höhere Verluste verursacht. Sieht man deutlich am UNterschied zwischen 5 
und 12V Eingangsspannung. Um 5V auf 24V zu wandeln braucht es mehr als 
doppelt soviel Eingangsstrom, der bleibt dann zum Teil auch an den 
Bauteilen als Verlustleistung hängen. Die Schaltverlust erhöhen sich 
auch. Also alles normal.

>Einzig der Eigenverbrauch des IC bleibt konstant, sollte aber kaum solch
>einen Einfluss auf den Kennlinienverlauf haben?

Hat er auch nicht.

MFG
Falk

Autor: Karl (Gast)
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Also ich habe das Diagramm von rechts nach links gelesen. Dort steigt 
die Effizienz mit der Reduktion des Ausgangsstroms. Soweit ist mir alles 
klar. Ich verstehe nur nicht, wieso diese dann für Ströme kleiner 200mA 
wieder sinkt.

Dort zählt doch nur auf der einen Seite der Eigenverbrauch des ICs und 
eventuell noch die Schaltverluste im MOSFET, wohingegen die 
Übergangsverluste im MOSFET, Verluste in Spule, Diode, Shuntwiderstände, 
usw. auf der anderen Seite weiter sinken müssten.
Oder habe ich irgend einen Einfluss vergessen?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Karl schrieb:
> Ich verstehe nur nicht, wieso diese dann für Ströme kleiner 200mA
> wieder sinkt.
Eigenverbrauch der Schaltung?
Bei einem Laststrom von 0 ist auch der Wirkungsgrad 0...

Autor: Hauspapa (Gast)
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Der Eigenverbrauch ist nicht vernachlässigbar klein.
Der grösste "Kostenpunkt" ist meist die Gateladung für den 
Schalttransistor aufzubringen. Viele tausend mal pro Sekunde.
Bei einem LM5020 musst ich einmal die Schaltfrequenz von 500 auf 350 kHz 
reduzieren, da er mit dem gewählen externen Mosfet sonst zu heiss wurde.

Nehmen wir eine typische uC Versorgung. 5V/100mA Ausgang macht 0.5W. Hat 
die Ansteuerung einen Eigenbedarf von 100mW, und das hat sie schnell 
einmal, dann sind wir bei 80% Wirkungsgrad.

Autor: Karl (Gast)
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Ja, das mit den Schaltverlusten hab ich auch schon bedacht. Allerdings 
stehen dem dagegen ja zum Beispiel ca. 250mA Iout und 24V Vout. Mir geht 
es eigentlich nur um diesen Arbeitspunkt. Eigentlich sinkt die Effizienz 
für 12V schon bei Ströme kleiner 400mA. Ich weiß nicht, ob sich dies nur 
mithilfe der Schaltverluste des MOSFET erklären lässt?

> Eigenverbrauch der Schaltung?
> Bei einem Laststrom von 0 ist auch der Wirkungsgrad 0...

Das ist mir schon klar! :)

Autor: MaWin (Gast)
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> Ich verstehe jetzt nicht, wieso die
> Kurven ab dem Bereich 100..200mA einbrechen

Bei niedriger Eingangsspannung istd er Effekt beonders deutlich.

Der Strom steigt, damit der Spanungsverlust am Schalttransistor,
damit bleibt gerade bei geringer Eingangsspannung prozentual viel
weniger Spannung für die Spule übrig, also sinkt der Wirkungsgrad.

Wenn bei 5V schon 1V im Transi hängen bleibt, gehen nicht mehr als
80% Wirkungsgrad.

Autor: Hauspapa (Gast)
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24V/250mA bei ca. 93% Wirkungsgrad PLast=6W PVerlust=420mW kommt doch 
gut hin. 100mW Eigenbedarf (nicht stromabhängig) z.B. Ansteuerleistung 
Ausgangstransistor (auch wenn er im IC drin sitzt), 
Sperrverzögerungsladung der Ausgangsdiode, Umladen der 
Sperrschichtkapazität der Diode, Kernverluste der Drossel, Oszillator, 
Reglung. Ein bischen wir mit Puls skipping getrickst um für kleine 
Lasten den Wirkungsgrad noch mal raufzubringen. Sieht man schön den 
Höcker in der 12V Kurve. Zaubern kann man aber auch da nicht.

bleiben 300mW stromabhängige Verluste in diesem Arbeitspunkt.

Ein vernüntiger Wirkungsgrad von 0.2-0.8A (bei 12V) ist doch ganz 
manierlich. Ausserdem sollte man die Fallende Kurve nicht überbewerten, 
die "Nulllinie" liegt bei 50%. Skaliert man das von 0-100% sieht das 
schon fast wieder schön aus.

Autor: Karl (Gast)
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Okay, danke - das reicht mir zur Erklärung! :)

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