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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Frequenz und Duty-Cycle bei Sperrwandler


Autor: Manuel (Gast)
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Hallo zusammen!

Ich habe eine Frage bezüglich der Frequenz und dem Duty-Cycle bei einem 
Sperrwandler.

Ich möchte mit einem Mikrocontroller eine PWM auf einen N-FET geben, 
welcher einen Trafo (Ferrit) primär taktet.

Meine Frage ist jetzt: Mit welcher Grundfrequenz betreibt man so einen 
Trafo denn dann? Ist das eher empirischer Natur oder gibt es dafür 
Richtwerte / Berechnungen? Mein Kernmaterial kann laut Beschreibung bis 
25kHz. Nutze ich diese dann auch voll aus, oder bleibe ich darunter? Was 
ist hier sinnvoller? Je höher, desto besser?

Soweit ich weiß, lässt man die Frequenz ja konstant und regelt am 
Tastverhältnis.

Nun zum Tastverhältnis: 0% geht nicht, klar...100% geht auch nicht. Aber 
ab wo fängt man an und bis wohin geht man?

Kann mir da einer ein paar Tips geben?


Danke!

Manuel

Autor: Andreas R. (rebirama)
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Welches sonderbare Ferrit geht nur bis 25kHz?

Die "richtige" Frequenz hängt unter anderem von der zu übertragenden 
Leistung und der Indutivität und dem Tastgrad ab. Genaueres ergibt sich 
aus den Gleichungen des Sperrwandlers.

Google mal nach Dimensionierung + Sperrwandler...

Autor: Manuel (Gast)
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Autor: Olaf (Gast)
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> Kann mir da einer ein paar Tips geben?

1. Es gibt Buecher ueber Schaltnetzteile die man lesen koennte.

2. Die Hersteller der Spulen/Ferrite haben auch Datenblaetter und
   Applikationen auf ihrer Homepage (Epcos, Micrometal)

Allgemein gilt, je hoeher die Frequenz um so besser weil dann 
Kondensatoren kleiner werden und Indiktivitaeten auch.

Aber es gibt natuerlich Randbedingungen:

1. Es gibt maximale Frequenzen fuer die ein Ferrit oder Eisenpulver 
geeignet ist.

2. Es gibt maximale Frequenzen die ein Transistor schalten kann.

3. SchaltreglerICs sind auch fuer bestimmte Frequenzbereiche optimiert.

4. Hoehere Frequenzbereiche und schnelle Schalter erfordern eine gewisse
   Sorgfalt im Layout.

Es gibt also eine ganze Menge Grundlagen die man lernen muss und einiges 
an Randbedingungen die man beachten muss. Es gibt auch nicht DIE ideale 
Loesung. Oftmals gibt es meherere brauchbare Loesungen. Und gerade als 
Bastler ist ein wichtiger Punkt die Beschaffbarkeit.

Olaf

Autor: Manuel (Gast)
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Müssen Primär- und Sekundärkreis eigentlich potentialgetrennt sein? In 
eigentlich allen Anwendungen sieht man immer wieder die galvanische 
Trennung...angenommen ich wollte sekundärseitig die Spannung messen mit 
einem ADC - dann bräuchte ich ein gemeinsames Bezugspotential.

Kann ich GND von Primär- und Sekundärkreis einfach verbinden?

Autor: nullbockzumlogin (Gast)
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duty cycle niemals über 50% beim sperrwandler. eher zur sicherheit 48% 
sonst kommt der kern in sättigung. entweder kommt dann die sicherung 
oder dein FET macht den deckel auf und lüftet einmal kräftig durch.

die arbeitsfrequenz bei den meisten anwendungen liegt bei 40 bis 100kHz.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@nullbockzumlogin (Gast)

>duty cycle niemals über 50% beim sperrwandler.

Unsinn. Das ist eher der Gegentaktwandler, aka Push Pull Converter.

Autor: Manuel (Gast)
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Falk Brunner schrieb:
> Unsinn.

OK. Also ich habe jetzt mal rein experimentell ermittelt, dass sekundär 
sehr viel mehr passiert, wenn ich so bei 70-80% bin. Ich muss mal den 
Strom im Primärkreis messen...halt ab wann der in die Sättigung geht.

Oder wie würdet ihr vorgehen? Wie ist es denn nun mit GND? Kann ich die 
verbinden? Also bei einer Zündspule ist es ja auch quasi so verbunden 
mit gemeinsamen GND. Würde halt gerne die Spannung am Ausgang messen und 
nicht nur gucken, ob ein bestimmter Wert erreicht ist (mit Optokoppler 
o.ä.).

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Manuel (Gast)

>sehr viel mehr passiert, wenn ich so bei 70-80% bin. Ich muss mal den
>Strom im Primärkreis messen...

Gute Idee.

>halt ab wann der in die Sättigung geht.

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

>Oder wie würdet ihr vorgehen? Wie ist es denn nun mit GND? Kann ich die
>verbinden?

Kommt auf deine Anwendung an. Wenn du eine Galvansiche Trennung 
willst, dann natürlich nicht.

>Also bei einer Zündspule ist es ja auch quasi so verbunden
>mit gemeinsamen GND. Würde halt gerne die Spannung am Ausgang messen und
>nicht nur gucken, ob ein bestimmter Wert erreicht ist (mit Optokoppler
>o.ä.).

Das hat aber nichts mit gemeinsamer Masse Ja/nein zu tun. Messen kann 
man das immer, nur wird es bei galvanischer Trennung etwas aufwändiger.

MFG
Falk

Autor: Manuel (Gast)
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Falk Brunner schrieb:
> Kommt auf deine Anwendung an. Wenn du eine Galvansiche Trennung
> willst, dann natürlich nicht.

Naja, galvanisch getrennt wäre natürlich immer besser, aber das hieße, 
ich müsste aus dem Sekundärkreis meine Messschaltung versorgen - der 
Strom ist aber eigentlich für etwas anderes gedacht...und wie wenn? 
Galvanisch getrennt ginge doch nur über z.B. einen uC der über einen 
Optokoppler einen digitalen Wert rüberschickt (oder Übertrager)...oder? 
Auf eine andere Idee komm ich grad nicht.

Deshalb würde ich auch auf galvanische Trennung verzichten. Ist nicht so 
schlimm...der Spannungsteiler wäre einfacher.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Manuel (Gast)

>Naja, galvanisch getrennt wäre natürlich immer besser,

Schon wieder falsch. Basierend auf Angst und Unkenntnis. Es gibt 
Netzteile, die machen einige Dutzend bis Hunderte Kilovolt, OHNE 
galvanische Trennung. 8-0

>ich müsste aus dem Sekundärkreis meine Messschaltung versorgen - der

Ja.

>Strom ist aber eigentlich für etwas anderes gedacht...

Die paar mA musst du halt investieren.

>Galvanisch getrennt ginge doch nur über z.B. einen uC der über einen
>Optokoppler einen digitalen Wert rüberschickt (oder Übertrager)...oder?

Oder. Auch vor der Erfindung des Mikrocontrollers wurden galvanisch 
getrennte Netzteile sehr erfolgreich gebaut.

>Auf eine andere Idee komm ich grad nicht.

TL431 ist ein Klassiker für sowas. Dazu ein einfacher Optokoppler, 
fertig ist die galvanische Trennung.

>Deshalb würde ich auch auf galvanische Trennung verzichten. Ist nicht so
>schlimm...der Spannungsteiler wäre einfacher.

Was willst du denn überhaupt machen?

MfG
Falk

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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>> duty cycle niemals über 50% beim sperrwandler.
> Unsinn. Das ist eher der Gegentaktwandler, aka Push Pull Converter.
megaschrott!

was bitte hat denn duty cycle mit der 50/50 teilung beim 
gegentaktwandler zu tun? einen gegentaktwandler fahr ich dir mit 
annähernd 100% duty cycle, erst recht bei ungeregelten wandlern. duty 
cycle heißt doch nichts weiter, als daß der (oder einer von beiden) 
transistor(en) auf der primärseite im leitenden zustand ist. und auch 
beim (geregelten) gegentaktwandler gibts zeiten in denen keiner der 
beiden transistoren leitet, dann sinkt der duty-cycle-anteil 
entsprechend.

werd nochmal in mein schaltnetzteil-buch schauen da stand das drin.

meiner meinung nach waren es 100% beim step-down und gegentaktwandler, 
70% beim eintakt-durchflußwandler und 50% beim sperrwandler oder 
step-up.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Ben _ (burning_silicon)

>megaschrott!

Aha, der Schaltnetzteilexperte spricht mal wieder.

Machen wir es kurz. Halt einfach den Mund. Dass du nur viel blubbern 
aber wenig bis nichts praktisch liefern kannst, wissen wir nur allzugut.

Beitrag "Re: Ferrit-Topfkern"

>meiner meinung nach waren es 100% beim step-down und gegentaktwandler,
>70% beim eintakt-durchflußwandler und 50% beim sperrwandler oder
>step-up.

Tja, deine MEINUNG. Hat mit WISSEN sehr wenig zu tun.

EOD.

Autor: Manuel (Gast)
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Ben _ schrieb:
> meiner meinung nach waren es 100% beim step-down

Wie soll denn ein Takt von 100% aussehen?

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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gleichspannung. ist beim step-down kein problem.

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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so, also max. duty cycle für den eintakt-durchflußwandler sind 45% laut 
buch.

laut datenblatt des TOP221Y fährt dieser bis zu 70% duty cycle. finde 
ich irgendwie unlogisch, weil eine spule idR die gleiche zeit zum 
"entladen" braucht wie sie vorher zum "aufladen" bekommen hat 
(dreieckförmiger stromverlauf). dabei dürfte sich das magnetfeld im kern 
aber nicht mehr vollständig abbauen und der kern könnte in einem der 
nächsten schaltzyklen in sättigung kommen.

Autor: Michael (Gast)
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Ben _ schrieb:
> ich irgendwie unlogisch, weil eine spule idR die gleiche zeit zum
>
> "entladen" braucht wie sie vorher zum "aufladen" bekommen hat

Grundlage E-technik : U= L* di/dt. das bedeutet, dass die auf bzw 
entlade Zeiten je nach Spannungsverhältnis und Last am Trafo durchaus 
unterschiedlich sein kann. Oberhalb von einem Tastverhältnis von 0,5 
kommt es zu subharmonischen klingen, deswegen eigentlich nicht zu 
empfehlen. Gleichzeitig kann allerdings mit einem höhren Tastverhältnis 
die insgesamten leistungsverluste am ganzen Sperrwandler verringerten 
werden.

gutes Paper zu auslegung eines Sperrwandler:

http://fairchildsemi.com/an/AN/AN-4137.pdf

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