Spannungsverdoppler

Such mal nach "12 24V spannungswandler"

Um welche Leistung gehts denn?

Eisenlose Ladungspumpen sind eher was für Hilfsspannungen, bei größerer 
Leistung erzeugen sie unschöne Impulsströme und bekommen einen 
schlechten Wirkungsgrad.

Florian schrieb:
> Wie kommst du bitte zu dem Entschluss?

Weil eine Spannungsverdopplungsschaltung (Villard) nur mit 
Wechelspannung funktioniert, und nicht für größere Leistungen ist.

>Wirkungsgrad und kostet Geld. Dein eisenloser Spannungsverdoppler ist
>außerdem zu schwächlich. http://de.wikipedia.org/wiki/Ladungspumpe

Wenn Du den schwächlich auslegst, dann ja. Ansonsten kann man sowas auch 
für etliche A gestalten, mit gutem η.

ich weis, ich weis. Habe aber aus Spaß an der Freude mir vor vielleicht 
10Jahren trotzdem eine Ladungspumpe gebastelt, um -12V aus +12V zu 
basteln, weil mir damals geeignete Kerne für L's in Schaltnetzteilen 
nicht über den Weg liefen.
Rund 1V Abfall bei 10A, und dauerlastfest (also η=90% - besser, als die 
meisten Schaltnetzteile). 20A (ich glaube, es waren reichlich 2V Abfall 
dann) machte das Ding auch mit, dann mussten aber die T's extra gekühlt 
werden, bzw. noch paar parallelgeschaltet werden.
Die C's waren natürlich nicht die kleinsten Teile, aber für solche 
Rippleströme durchaus geeignet (hing jedenfalls etliche Jahre im Auto 
mit drin, und durfte meinen ebenso recht speziellen Auto-Audioverstärker 
mit neg. Spannung versorgen).
Allerdings hatte ich das Ding äuserst selten mit höherer Last laufen 
lassen - so sehr wollte ich mir nun auch wieder nicht was auf die Ohren 
geben.

Jens G. schrieb:
> Rund 1V Abfall bei 10A, und dauerlastfest (also η=90% - besser, als die
> meisten Schaltnetzteile).

Das bezweifel ich. Wenn du denn Kondensator laeds, verbraets du 
genausoviel Energie wie im Kondensator anschliessend gespeichert ist. 
Wie kommt man da auf 90%?

Helmut Lenzen schrieb:
> Jens G. schrieb:
>> Rund 1V Abfall bei 10A, und dauerlastfest (also η=90% - besser, als die
>> meisten Schaltnetzteile).
>
> Das bezweifel ich. Wenn du denn Kondensator laeds, verbraets du
> genausoviel Energie wie im Kondensator anschliessend gespeichert ist.

Das stimmt nicht ganz. Von der transportierten Energie, die von der
Spannungsdifferenz vor und nach der Ladung abhängt, bleibt die
Hälfte im Vorwiderstand hängen (Kondensatorparadoxon). Da man den
Kondensator ja nicht vollständig entlädt, ist auch der Verlust
nicht ganz so gross. An η=90% mag ich trotzdem nicht glauben.
Ein Kondensatorwandler verbrät nun mal schon vom Prinzip her
Energie, während das ein induktiver Wandler nur auf Grund von nicht
ganz idealen Bauteilen tut.
Gruss
Harald

@  Helmut Lenzen (helmi1)

>> Rund 1V Abfall bei 10A, und dauerlastfest (also η=90% - besser, als die
>> meisten Schaltnetzteile).

>Das bezweifel ich. Wenn du denn Kondensator laeds, verbraets du
>genausoviel Energie wie im Kondensator anschliessend gespeichert ist.
>Wie kommt man da auf 90%?

Haben wir hier schonmal diskutiert, such mal. 100% Verbraten tust du nur 
bei VOLLSTÄNDIGEM Laden und Entladen des C.

MfG
Falk

>>Das bezweifel ich. Wenn du denn Kondensator laeds, verbraets du
>genausoviel Energie wie im Kondensator anschliessend gespeichert ist.
>Wie kommt man da auf 90%?

Ich lade den doch nicht ständig zw. 0 und 100%, sondern vielleicht zw. 
99 und 100% oder gar weniger. Auf dem Oszi hat man von dem Ripple 
praktisch gar nix gesehen.
(nur die Initialladung ist etwas verlustreich, und für die Mosis etwas 
stressig).

Für diejenigen, die sich mal so ein Ding antun wollen, hier der 
Schaltplan.
Da der originale Plan (damals noch auf Papier) verschollen ist, hatte 
ich letztes Jahr das Ding mal wieder von der Platine abgemalt in Eagle. 
Auf Schönheit habe ich aber nicht weiter geachtet - also keine Kritik 
;-)
Ursprünglich war das nur mal so als Test gedacht gewesen, deswegen die 
etwas überhöhte Anzahl an Mosfets/Dioden rechts, wovon aber nur je zwei 
Mosis und nur je eine Diode auf die Platine kam (die Dioden waren 
ohnehin nur als Angstdioden gedacht, um die Bodydiode der Mosis vor 
eventueller Bestromung aus irgendwelchen Gründen zu bewahren (wegen 
deren Recoverytime, die evtl. stören könnte), bzw. generell als Ersatz 
für "MOSFET-Dioden", falls das mit denen in die Hose gehen sollte). Für 
10A reichten aber je 2 IRF3205 parallel, so daß die ohne Zusatzkühlung 
auskamen.
Die Mosis sind alle N-Kanal (wegen niedrigerem Rdson), und die sonst 
üblichen Dioden sind auch durch Mosis realisiert (weitgehender Wegfall 
der Uf-Verluste)
Links der Taktgeber (altbekannter Schaltregler-IC), und in der Mitte ein 
Netzwerk von weiteren kleinen Ladungspumpen (Hilfsspannungserzeugung) 
und Levelshiftern. (heutzutage würde ich entsprechende Treiber-ICs dafür 
nehmen ;-)
Zwei Transistoren (rechts vom SG3525) habe ich nur durch je drei Lötpads 
angedeutet - Eagle hatte keine Packages für Transistoren mit verdrehten 
Beinen im Angebot ;-). Müsst ihr also noch dazudenken.

Paradox ist: wenn man was nicht versteht.

versuch mal n Boostregler ohne Kondensatoren aufzubauen.
Der wirkungsgrad ist dan ganauso mies.
das ist dan das Spulenparadoxon xD

Die Besten Konverter haben beides.
Spulen und Kondensatoren. Oder nicht?

>Bloss weil du keine Schaltregler kennst, baust du seine
>Schaltung mit so unglaublichen Verlusten, daß sie für die

Meinst Du, ich kenne keine Schaltregler?
Über welche Verluste redest Du denn? Spulenverluste habe ich jedenfalls 
nicht, und die C-Verluste halten sich auch in Grenzen. Eben weil mir die 
verfügbaren Kerne von den damals üblichen Versendern nicht zusagten, 
habe ich eben mal eine Ladungspumpe versucht, was mir ja wohl auch 
gelungen ist.
Auserdem wollte ich jetzt nicht über Vor-/Nachteil beider Konzepte 
reden. Wollte nur dem Märchen entgegentreten, daß man mit Ladungspumpen 
keine Leistungen/Ströme übertragen könne, und habe dafür meine Schaltung 
mal als Beispiel geliefert (schon mit den verfügbaren Bauteilen vor 10 
oder 15 Jahren war das eigentlich kein Problem mehr, eine verlustarme 
Ladungspumpe für etliche A zu stricken)
Das Bauteilgrab würde ich natürlich heutzutage deutlich verkleinern.
Und würde es spezialisierte IC's auch für Ladungspumpen geben, wäre die 
Schaltung dann auch nicht mehr extrem komplizierter als Dein Beispiel 
(na gut, paar Mosis mehr, und bißchen mehr Aufwand bei den Cs). Den 
ganzen Drahtverhau wie in meiner Schaltung gäbe es dann nicht mehr.

Jens G. schrieb:
> Spulenverluste habe ich jedenfalls
> nicht, und die C-Verluste halten sich auch in Grenzen.

Bist du dir sicher, dass deine Verluste in den C's nicht nur deshalb so 
gering sind, weil deine Leiterbahnen/Anschlussdrähte genug Induktivität 
mitbringen?

>Bist du dir sicher, dass deine Verluste in den C's nicht nur deshalb so
>gering sind, weil deine Leiterbahnen/Anschlussdrähte genug Induktivität
>mitbringen?

Hmm, also eigentlich sollten bei 2-3cm dicken Leiterbahnen (noch mit 
dickem Cu-Draht verstärkt) nicht viel Induktivität vorhanden sein, die 
bei etlichen 10ns Umschaltzeit deutlich wirken könnten (ich glaube, es 
war irgendwas zw. 50-100ns).
Eher kommt die Begrenzung von den ganzen ohmschen R's (vorrangig ESR der 
Cs). Bei (angenommenen) 1V Unterschied zw. den C's, und vielleicht 
50mOhm, sind's doch gerade mal max. 20A.

@JensG
Was für eine Transistorgrab... Und das nur für 10 bzw. 20A? Ich find das 
ist ein riesiger Aufwand im Vergleich zu einem Drossel- oder 
Gegentaktwandler. Damit krieg ich das gleiche mit nur einem bzw. zwei 
FETs hin - ohne daß die groß heiß werden.

Kann ich aber verstehen, ich hab mich früher auch nie an Spulen 
drangetraut. Dann kamen die PC-Netzteile und inzwischen baue ich 
garkeine Ladungspumpen mehr. TL494 ist cool! :D

@Ben

Wie ich schon schrieb - das ist nur die max. Ausbaustufe, die sich 
sozusagen historisch ergeben hat, aber nicht wirklich so massiv genutzt 
wurde (die Leiterplatte wurde zumindest dafür vorgesehen, falls es nötig 
sein sollte).
Und würde ich MaWins IRF1405 nehmen, bräuchte ich vielleicht nur noch 
einen. Und möglichst ohne KK sollte es auch auskommen.
Und ich sage ja auch nicht, daß das Ding billig und klein und sonstwas 
ist, was es besonders herausstellen würde für den anvisierten Einsatz 
(auser daß es eine Ladungspumpe, die auch mal mehr kann).

Jens G. schrieb:

> Eher kommt die Begrenzung von den ganzen ohmschen R's

Nur das der "R" beim Laden von Kondensatoren überhaupt keine
Rolle spielt. Der Leistungsverlust ist so oder so unabhängig
vom Wert des Widerstands genauso groß wie die übertragene
Energiemenge. Oder anders ausgedrückt: Beim  Laden eines
Kondensators verschwindert immer eine Hälfte der reinge-
steckten Energie im Vorwiderstand und nur die andere Hälfte
geht in den Kondensator.
Gruss
Harald

Harald,
selbst hier http://www.joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap5/Kapitel5.html wird 
behauptet, daß sich Ladungspumpen durch hohen Wirkungsgrad auszeichnen 
(können).
Begreift doch mal, daß die C's nicht vollständig ge- und entladen 
werden, sondern nur um klitzekleine Beträge bei hoher, mittlerer 
Grundspannung. Entsprechend Klein sind dann die Verluste.

Hier übrigens gibts ein schönes Excelsheet, wo man u.a. den Wirkungsgrad 
berechnen kann:
http://powerelectronics.com/passive_components_packaging_interconnects/capacitors/power_calculating_chargepump_circuits/

Wenn man paar 10mOhm für ESR+Rdson ansetzt, kommt man schon auf die 
Werte, die ich damals gemessen hatte (von den C's habe ich leider nur 
ein DB für einen ähnlichen/verwandten Typ, insofern kann ich ESR nur 
vermuten - sicherlich nur wenige 10mOhm)