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Hallo, ich will für ein Projekt einen bidirektionalen DCDC Wandler aufbauen. Als Topologie habe ich einen einfachen Hochtiefsetzsteller gewählt.(im Anhang die Schaltung im Hochsetzstellerbetrieb) Im Tiefsetzstellerbetrieb soll vonn 400V auf 48V gewandelt werden. Im Hochsetzstellerbetrieb von 48V auf 400V. Der Leistungsbereich liegt bei ca. 500W. Soweit zur Theorie. Ist eurer Meinung nach diese Topologie dazu geeignet? Mein Nächstes Problem ist die Ansteuerung der MOSFET. Als Mosfet habe ich den PowerMOSFET IXFK 64N60P von IXYS gewählt. http://ixdev.ixys.com/DataSheet/99442.pdf Bin mir noch nicht sicher, mit welcher Frequenz ich die FETs ansteuere. Mir ist bekannt große Frequenz bedeutet kleine Spule aber auch große Verluste am FET. Weiß jemand wie ich da eine optimale Frequenz bestimmen kann? Schließlich ist der Wirkungsgrad das A und O der ganzen Sache. Nun zur Ansteuerung der FETs. Die PWM will ich mit einem Microcontroller erzeugen. Mein Problem ist die Auswahl geeigneter Treiberstufen. Kann mir jemand sagen, nach welchen Kriterien ich diese auswählen kann? Ich bin für jede Kritik dankbar. mfg Sven
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500W ... Das ist ne Hausnummer! Ich würd bei dieser Leistung bei 48V grundsätzlich zu Gegentaktwandlern raten... Außerdem bieten Drosselwandler keine sichere galvanische Trennung vom Stromnetz. Die 400V kommen doch bestimmt aus einer PFC-Schaltung, oder?
Wenn die obige Schaltung für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung o.ä. eingesetzt werden soll, ist es keineswegs trivial, in allen Betriebszuständen zu erkennen, welche Seite überhaupt Quelle oder Senke ist, und darauf richtig zu reagieren. 500W sind wirklich etwas heftig für ein "Einsteigerprojekt" in diesem Bereich. Wenn, z.B. durch einen Softwarefehler, ein Transistor zu lange oder gar beide Transistoren gleichzeitig angesteuert werden, dann können einem ggf. auch die Transistorgehäuse um die Ohren fliegen. Deswegen sollte man in der Leistungsklasse beim Softwarebasteln einen Splitterschutz einsetzen. Man beachte, dass bei ungünstiger Schaltung/Verdrahtung über die Steuerkreise auch Spannungsspitzen in den Microcontroller eingekoppelt werden können, die zum Absturz des Programms führen. Watchdogs mit Auslösezeiten im Bereich von >=100ms können da keine Zerstörung mehr abwenden.
>bidirektionalen DCDC Wandler Das hab ich früher auch schon mal VERsucht. Vom Kraftwerk zum Verbraucher ging prima. Nur habe ich umgekehrt das Kraftwerk noch nicht zum Laufen bekommen .-) Heute würde ich erst mal lesen was eine Online-USV ist. http://www.apc.com
Danke für die schnelle Reaktion. Die 400V stellt eine PV Anlage zur Verfügung. Den Microcontroller trenne ich mit Optokopplern von meiner Schaltung damit ich den nicht zerschießen kann.
>Deswegen sollte man in der Leistungsklasse beim Softwarebasteln einen >Splitterschutz einsetzen. Bitte ernst nehmen! Ich habe über der Schläfe eine kleine Narbe - von einem Splitter eines to-247, der irgendwie den Weg zwischen den Kühlkörpern hindurch zu mir gefunden hat. Bisschen tiefer getroffen wäre schon ziemlisch sch***** gewesen. Jetzt nur noch mit Schutzbrille . . .
Hi Sven, ich habe so etwas gebaut. U_in ~= 12V, I = 3A, U_out ~12V. Topologie wie bei dir. Einsatzzwecke ist ein Ladegeraet fuer nimh und lipo Akkus. Mit dem boost converter kann ich die Akkus entladen und falls ich mehrere von den Geraeten parallel habe auch gleich einen anderen Akku wieder laden. Gesteuert wird das ganze ueber einen attiny85. mosfettreiber ist ein ir2181(?). Ich verwende den integrierten deadtime generator vom attiny. mosfets haben integrierte schottky dioden. Problem 1: Synchrone Gleichrichtung macht bei 50% duty cycle ueberhaupt keinen Sinn. Warm werden in erster Linie meine Elkos und die Spule. Ist auch logisch, da ich die Energie immer wieder von einer Seit auf die andere Seite schaufel. Ich schalte die synchrone Gleichrichtung also nur bei hohen duty cyclen ein. Problem 2: Das Verhaeltnis ist ungeuenstig (1V nimh Zelle). Die mosfets erwaermen sich. Das ist ja nur ein step up wandler. Weiteres Problem bei dir: Du musst mosfets verwenden, die die volle Eingangsspannung verkraften. Auch fuer die 48V Seite. D.h. du hast dort einen sehr schlechten R_DS_on oder du verpulverst die Energie in der Gate Charge. Zweites Problem: Aehnlich wie bei mir musst du dich entscheiden wann du im zyklus die synchrone Gleichrichtung abschaltest. Das schafft der mikrocontroller natuerlich nicht. Alternativ hast du hohe Verlustleistung weil du keine schottkys verwenden kannst. Theoretisch koenntest du mit multiphasen wandlern zumindest den ripple verringern.
Hatte neulich ein Schaltnetzteilbuch in der Hand (was an und für sich ganz okay war) in der diese "bidirektionalen" Wandler theoretisch beschrieben wurden. Aber die Aussage war auch, das es aktuell nicht einen einzigen physischen dieser Wandler zu geben scheint.
avion23 schrieb: > ich habe so etwas gebaut. U_in ~= 12V, I = 3A, U_out ~12V. arg sorry. U_out ist ~4V
@ Sven A. (phoenix1605) >ich will für ein Projekt einen bidirektionalen DCDC Wandler aufbauen. Was soll das denn sein? >Im Tiefsetzstellerbetrieb soll vonn 400V auf 48V gewandelt werden. Was ohne Trafo schon mal recht ungünstig wird vom Tastverhältnis. > Im >Hochsetzstellerbetrieb von 48V auf 400V. Und wozu der Spass? > Der Leistungsbereich liegt bei ca. 500W. Soweit zur Theorie. Eben. >Ist eurer Meinung nach diese Topologie dazu geeignet? Nö. Wie soll denn die Spannung erhöht werden? Oder soll der Energiefluss vom Ausgang zum Eingang umgekehrt werden? Auch das geht so nicht. MFG Falk
Gehen gehts schon. Je nach Tastverhältnis arbeitet diese Schaltung als Step-Down oder Step-Up mit synchroner Gleichrichtung. Die Synchrongleichrichtung läßt sich auch wegreduzieren wenn man nur einen der beiden FETs ansteuert und den anderen geschlossen hält. Das Tastverhältnis kriegt man mit einer geeigneten Drossel in brauchbare Bereiche. Mir erschließt sich aber der Nutzen noch nicht, aus den 48V einen 400V PV-Kreis zu befeuern. Außer vielleicht Betrug mit der Netzeinspeisung oder Zwischenspeicherung vor der Netzeinspeisung. Für letzteres kann man auch einfach einen größeren Wechselrichter nehmen.
Das Bild zeigt die Schaltung im Hochsetzstellerbetrieb. Hier wird NUR der MOS2 mit der PWM (32kHz und DC=0.88) angesteuert. MOS1 sperrt sperrt in dieser Zeit. die 400V werden einem Wechselrichter zugeführt. Im Tiefsetzstellerbetrieb ist nur MOS1 aktiv (32kHz und DC=0.12). MOS2 sperrt. @Ben mit Betrug hat das nichts zutuen. @Falk Brunner was soll was sein? bidirektional oder DCDC Wandler? bidirektional heißt die Schaltung kann sowohl als hochsetzsteller als auch als tiefsetzsteller arbeiten. Abhängig von der Ansteuerung der MOSFET.
Ich habe mir überlegt die MOSFET mit einer Frequenz von 200kHz anzusteuern. Ich will damit erreichen, dass die Spule so klein wie möglich wird um nicht selber wickeln zu müssen. Kann mir jemand sagen, welchen Controller ich dafür nehmen kann? In den Datenblättern steht ja oft eine Formel für die Berechnung der PWM Frequenz.
Ist das richtig oder verstehe ich da was falsch? Das würde bedeuten, dass ich bei 8Bit mindestestens 52MHz fCPU bräuchte.
Aus Effizienzgründen würde ich dir empfehlen, sowohl im Boost als auch im Buck Betrieb beide Fets anzusteuern. 1. elimiest du die Leitungsverluste der intrinsischen Dioden. 2. Du erzeugst sowieso zwei zueinander invertierte PWM - Signale. Ein "Auslassen" eines FETs macht so wenig sind, da zusätzlicher Programmieraufwand entstehen würde. 200kHz sind schon eine Hausnummer. Da brauchst du einen anständigen Gatetreiber, der in der Lage ist, in einer Periode das Gate zu umzuladen! Die Schaltverluste und Ummagnetisierungsverluste sind aber auch nicht zu vernachlässigen. Ich würde tendenziell eher niedrigere Frequenzen anvisieren. Die größe der Induktivität (der Leiter) wird ja von Niedervolt RMS Strom definiert. Wenn du im HV - Netz einen PWR hast würde ich noch Energiespeicher einbauen, sonst wirst du mit deinem DCDC - Wandler keine Freude haben! Die DC - Link Kapazität des PWR reicht NICHT! Es gibt sehrwohl bidirektionale multiphasen DCDC - Wandler! Ich hab am Tisch zufällig eine 2,5kW Variante am Tisch liegen. Dessen Ansteuerung ist aber nicht mehr ganz so Trivial... Grüße Andreas
200kHz kann er machen, sooo viel ist das nun wieder auch nicht. Ich bezweifle aber, daß er DAS mit einem 8-Bit-µC auf die Reihe bekommt. Außerdem stößt mir ein wenig auf, daß uns den Zweck seiner Konstruktion nicht mitteilen möchte. Militär? Geheimdienst? Stasi? Naja, macht so jedenfalls keinen Spaß "mitzuraten". Viel Spaß noch mit dem bidirektionalen Atomsprengkopf!
Hallo Andreas, danke für die Antwort. Du sagst also ich soll mit der Frequenz runter gehen. Ursprünglich wollte ich so 50kHz machen. Mein Problem ist, ich finde keine (fertige) Spule mit ca. 500uF und 20A. Deshalb wollte ich mit der Frequenz hoch um kleinere Spulen zu benutzen. Aber OK dann komme ich wohl nicht ums selber wickeln drumherum. Kannst du mir Tipps geben, welchen Kern ich nehmen kann? Habe mich schoneinmal umgesehen bin aber noch nicht schlauer. @Ben Es geht dabei um meine Abschlussarbeit. Den Anwendungsfall kann ich leider nicht sagen. Ist quasi ein Versuchsprojekt meiner Firma daher kann ich es nicht sagen. Spielt ja aber auch keine Rolle wofür das ist.
Epcos hat da ein Datenbuch veröffentlicht wo sie alle ihre Spulenkerne aufgelistet haben. http://www.epcos.com/web/generator/Web/Sections/Publications/PDF/Ferrite_20und_20Zubeh_C3_B6r,property=Data__en.pdf;/Ferrite_und_Zubeh%C3%B6r.pdf Kannst du auch als gedruckte Variante bestellen. Sie beschreiben da auch in einem kurzen Tutorial welche Kerne du für welche Induktivität brauchst etc. Grüße Andreas
Habe mir das mal angesehen von Epcos. Ich würde jetzt einen UU Kern nehmen mit 1mm Luftspalt (U 141/78/301). Habe Rm berechnet, da im Datenblatt kein Luftspalt einbezogen ist, daraus Al -->767nH. Daraus ergeben sich 25 Windungen für 470uH. Wie kann ich jetzt die Drahtdicke bestimmen? Muss ich Kupferband nehmen oder geht das auch mit Draht (bezüglich Skineffekt).
Du kuckst hald, welcher Querschnitt maximal haben darfst damit du 25mal durch den Kern kommst und ob dieser dann für deine Strombelastung ausreichend bezüglich Erwärmung ist.
Ok danke. Würde es Sinn machen beispielsweise eine Parallelschaltung von Spulen aufzubauen? Zum Beispiel mein Strom sind 20A. Eine Spule hat 5.5A bedeutet ich muss 4 parallel schalten. Wenn Lgesamt 470uH sein soll ergibt sich 12,3uH für jede Spule. Oder bei 8 Spulen 3,2uH. Könnte man das machen? War nur eine Idee.
Diese Architektur ist genau die die auch bei Class-D Amps verwendet wird. Von daher kannst du dich an den vielen diesbezüglichen Projekten im Internet gütlich tun. Für 400V auf 48V ist sie allerdings ineffizient ohne echtem Trafo. Für Buck bzw. Boost wird als Grenze für effizienten Betrieb ca. Faktor 5 des Spannungsverhältnis angesehen. Also schon grenzwertig. Kipp es in SPICE. Da kann man doch wunderbar günstige Trockenübungen machen.
Ich bin nicht so der Fan vom Paralleschalten von Spulen. Ich hab im Moment ein ähnliches Projekt wo ich auch darüber nachgedacht habe, allerdings schaltet man zusammen mit den Spulen auch eine Menge an parasitärer Kapazität parallel. Zusammen mit den niemals ganz gleichen Spulen könnte das besonders lustig in Schwingung oder irgendwelche Resonanzen geraten. Oder irgendwelche Gleichströme beginnen auf unerklärliche Weise im entstandenen Kreis über zwei Spulen zu fließen und die Spulen vorzumagnetisieren und man schlägt sich hinterher mit der Fehlersuche rum. Ich werde es also lassen. Bei Class-D-Amps sind übrigens auch niemals Spulen parallelgeschaltet. Es gibt Verstärker (besonders im KFZ-Bereich) in denen mehrere Ausgangsstufen zusammen auf einen Ausgang arbeiten. Diese werden aber erst nach der Spule vom Ausgangsfilter parallelgeschaltet. Also eine "Truppe" an FETs arbeitet auf eine gemeinsame Spule und dann arbeiten zwei oder vier dieser Anordnungen zusammen. Bei diesen KFZ-Endstufen werden auch gerne mehrere Trafos für die Erzeugung der Betriebsspannung genutzt. Diese sind auch nie parallelgeschaltet, jeder hat seine eigenen FETs und Dioden. Kupferband ist für Trafos mit Wickelkörper immer das Beste, aber bei Deiner Anzahl Windungen bestimmt schon zu dick. Schau dich mal nach HF-Litze um und mach Dich über den Skin-Effekt (und Proximity-Effekt) schlau.
Der Ripple auf den Kondis am Ein- und Ausgang ist bei Multiphasenwandlern viel geringer als wenn du alles auf eine Spule knallst. Man kann gleiche Module auch freilaufend parallelschalten. Dann ist das System modular aufrüstbar.
Ich hab gerade ein ähnliches Projekt in der Überlegung es ist zufällig genau der gleiche Spannungsbereich, bidirektionaler Energiefluss, 48V <-> 400V möglichst galvanisch getrennt. @Sven Welchen Wandlertyp hast du letztendlich verwendet? Wie sind deine Erfahrungen damit? Ich bin am überlegen einen bidirektionalen CUK Wandler einzusetzen Vielen Dank Alex
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