Hallo zusammen! Ich suche ein aktives Gleichrichter-IC, das ca. 100-200kHz Wechselspannung von +/-3,5V in Gleichspannung umwandelt. Ich möchte dabei die Dropspannung eines normalen Gleichrichters von einigen 1/10 Volt soweit wie möglich verringern. Das ganze dient einer drahtlosen Energieübertragung. Bisher habe ich Lösungen mit Komparator-IC und externen FETs gefunden. Gibt es so ein IC vielleicht schon voll integriert? Viele Grüße Stephan
Synchrongleichrichter habe ich bisher immer nur mit externen FETs gesehen, bzw. als Teil von DC-DC Wandlern. Controller gibt's einige, zB: von IR: https://ec.irf.com/v6/en/US/adirect/ir?cmd=eneNavigation&N=0+4294841695 von ON Semi gibt's den NCP4303 von NXP gibt's TEA176x und TEA179x ...
Maik M. schrieb: > Synchrongleichrichter habe ich bisher immer nur mit externen FETs > gesehen, bzw. als Teil von DC-DC Wandlern. > > Controller gibt's einige, zB: von IR: > https://ec.irf.com/v6/en/US/adirect/ir?cmd=eneNavigation&N=0+4294841695 > > von ON Semi gibt's den NCP4303 > von NXP gibt's TEA176x und TEA179x > ... Hallo Maik, die funktionieren leider alle erst ab 8 Volt. Ich habe nur 3,5V. Ein Step-Up-Regler wäre möglich aber nicht wirklich praktikabel.
Stephan R. schrieb: > Das ganze dient einer drahtlosen > Energieübertragung. Also gibts da eine Empfangsspule?
@ Stephan R. (stero) >dabei die Dropspannung eines normalen Gleichrichters von einigen 1/10 >Volt soweit wie möglich verringern. Das ganze dient einer drahtlosen >Energieübertragung. Klingt nach Royer Converter ;-) Die paar 1/10 Volt kann man verkraften, einfach den Empfangskreis mittels Parallelkondensator auf Resonanz bringen, dann hat man Spannung genug. Wenn man es noch ändern kann, nimmt man statt einem Brückengleichrichter einen Zweipunktgleichrichter, dazu muss aber die Empfangsspule eine Mittelanzapfung haben. Spart den Spannungsabfall einer (Schottky)diode.
Stephan R. schrieb: > Ich suche ein aktives Gleichrichter-IC, das ca. 100-200kHz > Wechselspannung von +/-3,5V in Gleichspannung umwandelt. Ich möchte > dabei die Dropspannung eines normalen Gleichrichters von einigen 1/10 > Volt soweit wie möglich verringern. Das ganze dient einer drahtlosen > Energieübertragung. Holzweg. Bau einen Royer Converter. Der steigert die Spannung von sich aus hoch genug, bis er die Leistung auf die Sekundärseite rübergebracht hat. Wenn es dir um den Wirkungsgrad geht (ergibt in Verbindung mit "drahtlose Energieübertragung" aber IMHO keinen Sinn) dann verwende Schottky Dioden auf der Empfangsseite (was bei hohen Frequenzen ja ohnehin eine gute Idee ist). Alternativ arbeite sekundär mit höherer Spannung und setze einen Stepdown dahinter. XL
Hallo zusammen, da waren schon viele gute Ideen und Stichpunkte dabei: "Royer Konverter", "Zweipunktabgriff"... Ich brauche aber tatsächlich einen aktiven Gleichrichter für 3,5V bei 0,5A. Immer wenn Dioden im Spiel sind wird dort auch Leistung vernichtet (Verlustleistung = Dropspannung * Stromfluß). VG Stephan
@Stephan R. (stero) >Ich brauche aber tatsächlich einen aktiven Gleichrichter für 3,5V bei >0,5A. Immer wenn Dioden im Spiel sind wird dort auch Leistung vernichtet >(Verlustleistung = Dropspannung * Stromfluß). Eine 1N5817 hat ca. 0,4V Spannungsabfall bei 0,5A, macht 200mW bei Zweipunktgleichrichtung. Ist das sooo viel?
Stephan R. schrieb: > Ich brauche aber tatsächlich einen aktiven Gleichrichter für 3,5V bei > 0,5A. Immer wenn Dioden im Spiel sind wird dort auch Leistung vernichtet > (Verlustleistung = Dropspannung * Stromfluß). http://www.qrp4u.de/docs/de/smps_new/smps-rec.gif
Falk Brunner schrieb: > @Stephan R. (stero) > >> Ich brauche aber tatsächlich einen aktiven Gleichrichter für 3,5V bei >> 0,5A. Immer wenn Dioden im Spiel sind wird dort auch Leistung vernichtet > Eine 1N5817 hat ca. 0,4V Spannungsabfall bei 0,5A, macht 200mW bei > Zweipunktgleichrichtung. Ist das sooo viel? Eben. Vor allem: wieviel davon glaubt er, mit einer aktiven Gleichrichtung einsparen zu können? Bei den genannten 100-200kHz steuern sich MOSFETs nicht mehr leistungslos. Weiterhin: wie verhalten sich die genannten 200mW Verlust am Sekundärgleichrichter zu den anderen Verlustquellen, die man bei einer DC-AC Wandlung und der kontaktlosen Energieübertragung hat? XL
Hallo Falk, > Eine 1N5817 hat ca. 0,4V Spannungsabfall bei 0,5A, macht 200mW bei > Zweipunktgleichrichtung. Ist das sooo viel? Ich möchte die Empfängerspule so einfach halten wie möglich, also nur sehr ungern einen Mittelabgriff verwenden. Dafür darf die Gleichrichterelektronik auch etwas aufwendiger sein. Ein Brückengleichrichter hat zwei Diodendrops und entsprechend doppelte Verlustleistung. Ja es kommt auf die xxxmW an. Bei 3,5V@0,5A ist die Gesamtleistung 1750mW. Da sind 400mW schon 22%. Selbst wenn für die FET Steuerung noch Verluste auftreten, dürften 10-15% Gewinn gegenüber einem Dioden-Gleichrichter übrigbleiben. Kennt vielleicht jemand ein 3,5 Volt taugliches aktives Gleichrichter-IC für externe FETs? Mit internen FETs scheint es das wohl noch nicht zu geben. VG Stephan
@ Krangel (Gast) >Linear hat doch einige im Programm, LTC4411 zum Beispiel. "The LTC4411 is intended for power control applications that include low loss diode ORing, fully automatic switchover from a primary to an auxiliary source of power, microcontroller controlled switchover from a primary to an auxiliary source of power, load sharing between two or more batteries, charging of multiple batteries from a single charger and high side power switching." Ich hab so meine Zweifel, ob das Ding 100kHz Schaltfrequenz verträgt. MFG Falk
Hallo Krangel,
> Linear hat doch einige im Programm, LTC4411 zum Beispiel.
Jetzt sind wir auf der richtigen Spur. Der LTC hat eine Drop-Spannung
von nur 0,1V@0,5A. Ob der schnell genug ist für 200kHz weiß ich aber
auch nicht. Vielleicht hat LTC sowas auch gleich als Quad-Version oder
direkt als Gleichrichter im Programm? :)
Wichtig scheint nach Querlesen einiger Datenblätter auch zu sein,
cross-conduction auszuschließen.
Stephan R. schrieb: > Ich brauche aber tatsächlich einen aktiven Gleichrichter für 3,5V bei > 0,5A. Immer wenn Dioden im Spiel sind wird dort auch Leistung vernichtet > (Verlustleistung = Dropspannung * Stromfluß). Bei "einer drahtlosen Energieübertragung" sind die Verluste jedenfalls deutlich größer als die paar mW für die Schottky-Dioden... Gruss Harald
Hallo Stephan, > auch nicht. Vielleicht hat LTC sowas auch gleich als Quad-Version oder > direkt als Gleichrichter im Programm? :) Jo, vielleicht. Hier gibts Info: http://www.linear.com/ Gruss Michael
Hallo Harald, > Bei "einer drahtlosen Energieübertragung" sind die Verluste jedenfalls > deutlich größer als die paar mW für die Schottky-Dioden... Richtig, und wenn man drahtlose Energieübertragung effizient einsetzen will muß man optimieren wo es möglich ist. 15% mehr Energieausbeute durch aktive Gleichrichter wäre ein ordentlicher Zugewinn.
Hallo Harald, > Bei "einer drahtlosen Energieübertragung" sind die Verluste jedenfalls > deutlich größer als die paar mW für die Schottky-Dioden... Wie wir schon herausgefunden haben, ist das nun mal seine Vorgabe, also ist die einzige sinnvolle Stellungnahme auf die Frage "Gibt es so ein IC vielleicht schon voll integriert?" NEIN Alles andere ist ueberfluessig, bis eine andere Frage kommt. Gruss Michael
Hallo Stephan, > Richtig, und wenn man drahtlose Energieübertragung effizient einsetzen > will muß man optimieren wo es möglich ist. 15% mehr Energieausbeute > durch aktive Gleichrichter wäre ein ordentlicher Zugewinn. Ist schon klar. Du brauchst / willst was und das gibbet nicht. Fertig. Loesung 1 -> Nehmen, was es gibt Loesung 2 -> Konzept aendern (arbeite mit 24V statt 3.5, dann ist der Spannungsabfall nicht mehr so gross ;-) Gruss Michael
Halo Stephan, > von nur 0,1V@0,5A. Ob der schnell genug ist für 200kHz weiß ich aber > auch nicht. Vielleicht hat LTC sowas auch gleich als Quad-Version oder Wenn Du das nicht herausfinden kannst, ist diese Projekt noch etwas zu anspruchsvoll: Bei 40uS EInschaltzeit (s. Datenblatt S.4) ziemlich lahm! Gruss Michael
Hallo Michael, >"Gibt es so ein IC vielleicht schon voll integriert?" > > NEIN > > Alles andere ist ueberfluessig, bis eine andere Frage kommt. Meine neue Frage war heute um 13:29 Uhr: "Kennt vielleicht jemand ein 3,5 Volt taugliches aktives Gleichrichter-IC für externe FETs? Mit internen FETs scheint es das wohl noch nicht zu geben."
> Meine neue Frage war heute um 13:29 Uhr: > "Kennst vielleicht jemand ein 3,5 Volt taugliches aktives > Gleichrichter-IC > für externe FETs? Mit internen FETs scheint es das wohl noch nicht zu > geben." NEIN Vermute, sowas braucht kaum jemand. Gruss Michael
Hallo Michael, > Du brauchst / willst was und das gibbet nicht. > Fertig. Es gibt ein wissenschaftliches Paper von 2006 über aktive Gleichrichter. Meine Hoffnung ist, dass innerhalb von 6 Jahren ein IC mit dieser oder ähnlicher Technik entwickelt wurde. Vielleicht gibt es das aber auch nur hochintegriert in RFID Tags. Man könnte es aber aus Einzel-FETs oder Arrays aufbauen. Der Artikel ist wirklich lesenswert: http://autoid.mit.edu/pickup/RFID_Papers/102.pdf
Michael Roek schrieb: >> von nur 0,1V@0,5A. Ob der schnell genug ist für 200kHz weiß ich aber >> auch nicht. Vielleicht hat LTC sowas auch gleich als Quad-Version oder > > Wenn Du das nicht herausfinden kannst, ist diese Projekt noch etwas zu > anspruchsvoll: Bei 40uS EInschaltzeit (s. Datenblatt S.4) ziemlich lahm! Glashaus. Steine. Ich sehe im ganzen Datenblatt keine Spezifikation, wie schnell der LTC einschaltet, wenn er eine geeignete Spannungsdifferenz IN-OUT detektiert. Was man auf Seite 4 findet, ist die turn-on Zeit über den externen Steueranschluß. Das war aber gar nicht gefragt. XL
Hallo Axel, > Glashaus. Steine. Dito > > Ich sehe im ganzen Datenblatt keine Spezifikation, wie schnell der LTC > einschaltet, wenn er eine geeignete Spannungsdifferenz IN-OUT > detektiert. > Was man auf Seite 4 findet, ist die turn-on Zeit über den externen > Steueranschluß. Das war aber gar nicht gefragt. Wie baust Du einen Synchrongleichrichter (= gesteuerter Gleichrichter) wenn Du ihn nicht steuerst! Lies die o.a. Anwendung durch! Die einzige Moeglichkeit, dieses IC zu steuern ist besagter Anschluss, ausser, DU hat eine bessere Idee! Gruss Michael
Hallo Stephan, > Es gibt ein wissenschaftliches Paper von 2006 über aktive Gleichrichter. > Meine Hoffnung ist, dass innerhalb von 6 Jahren ein IC mit dieser oder > ähnlicher Technik entwickelt wurde. Vielleicht gibt es das aber auch nur Klar, verstehe. Allerdings wird nicht aus allem, was schoen zu haben waere und schon erforscht ist, irgendwann ein integrierter Schaltkreis, der sich nur herzustellen lohnt, wenn die Stueckzahlen 6-7stellig sind. Die RFID-Anwendung waere wohl auch kaum im Bereich von 0.5A anzusetzen, da reicht eher ein 4066 als Schalter ;-) Wenn es Dir wirklich so wichtig ist, die mW einzusparen, musst Du das eben selber aufbauen! Allerdings sehe ich das bei 200kHz weniger optimistisch wenn Du wirklich energiearm bleiben willst, aber darauf hat ja Axel schon hingewiesen! Gruss Michael
Michael Roek schrieb: > > Wie baust Du einen Synchrongleichrichter (= gesteuerter Gleichrichter) > wenn Du ihn nicht steuerst! Lies die o.a. Anwendung durch! Lies du lieber mal das Datenblatt! > Die einzige Moeglichkeit, dieses IC zu steuern ist besagter Anschluss, > ausser, DU hat eine bessere Idee! Der LTC4411 hat diese Mimik bereits eingebaut und schaltet den MOSFET an, wenn U_IN >= U_OUT. Der CTL Anschluß dient nur dazu, das Teil komplett totzulegen. XL
Hallo Stephan, nachdem jetzt "energy harvesting" voelliger Hype ist, bin ich doch nochmalauf die Suche gegangen aber fuer so kleine Spannungen und Deine 0.5A scheint es wirklich nichts zu geben... Keine Chance, die Spannung hoeher zu waehlen? Gruss Michael
@ Stephan R. (stero) >Richtig, und wenn man drahtlose Energieübertragung effizient einsetzen >will muß man optimieren wo es möglich ist. Man muss gar nichts. Man kann vielleicht. Und krampfhaft optimieren, ohne vorher mal das Gesamtkonzept und die Bilanz zu betrachten ist grundfalsch! > 15% mehr Energieausbeute durch aktive Gleichrichter wäre ein ordentlicher > Zugewinn. Wirklich? Wie lange läuft deine Enrgieübertragung? 1s? 1h? 24/7? Wieviel Energie und Kosten sparst du dann, WENN du 200mW sparen kannst? Schottkydiode : 200mW werden verheizt, Entwicklungskosten Null Aktiver Gleichrichter: X mW werden verheizt, Entwicklungskosten Y Break even Point? Klar, wenn man es als Lernprojekt oder Herausforderung ansieht, OK. Dann zählt das alles nicht. Wie es scheint, gibt es keine fertigen ICs. Müsste man aber vielleicht noch mal gründlich suchen. Wenn dem so ist, ist selber machen angesagt. Kriegt man hin, die Frage ist nur, mit welchen Platzbedarf, Energieverbrauch und Kosten. Knackpunkt ist die Erkennung der Stromflußrichtung, machen fast alle über einen Differenzverstärker bzw. Komparator. Der muss hier direkt auf VCC Niveau arbeiten, dazu muss man den richtigen Typ nehmen. Halbwegs schnell sollte er auch sein. Und wenig Strom ziehen. Die MOSFETs sollten wenig Eingangskapazität haben, deren Umladung ist verlorene Energie. 0,2W @3,5V sind 57mA. Wenn der Gleichrichter sein Geld wert sein soll, darf er bestenfalls die Häfte verbrauchen, eher weniger. Also 30mA. Der Wettbewerb ist eröffnet.
Axel schrieb: > Der LTC4411 hat diese Mimik bereits eingebaut Humbug (s.u.) Falk Brunner schrieb: > Ich hab so meine Zweifel, ob das Ding (LTC4411) 100kHz Schaltfrequenz verträgt. Nicht nur das..... ich ich muesste ihm auch noch einen Gleichrichter vorschalten, damit er nur positive Eingangsspannung bekommt und die auch immer groesser 2.8V ist, denn bei 2.5....2.8V schwingt das Teil wie dumm..... Gruss Michael
Michael Roek schrieb: > ... ich ich muesste ihm auch noch einen Gleichrichter > vorschalten, damit er nur positive Eingangsspannung bekommt und die auch > immer groesser 2.8V ist, denn bei 2.5....2.8V schwingt das Teil wie > dumm..... Ja sowas. Man müßte dem Teil natürlich seine eigene Betriebsspannung bereitstellen, z.B. mit einer Einweggleichrichtung. Blöderweise klappt das nur für die beiden "oberen" Dioden der Brücke, weil Vcc fest mit IN verknüppert ist. Mittelpunktschaltung würde theoretisch gehen. Aber auch dann ist immer noch Essig, weil das Teil nur maximal 6V gegen GND an allen Anschlüssen verträgt. Daß es zwischen 2.5V und 2.8V oszilliert, ist dann nur noch das Sahnehäubchen oben drauf. MaW: der LTC ist ungeeignet. Was nicht direkt verwunderlich ist, wenn man das Datenblatt mal liest. Also einfach mal den Teil wo steht, wofür das IC designt wurde. XL
Hallo Michael,
> Keine Chance, die Spannung hoeher zu waehlen?
Grundsätzlich ja, aber nur ungern. Dann bräuchte ich nämlich einen
Buck-Regler um auf die niedrigere Spannung zu kommen, mit entsprechenden
Verlusten. Andererseits gibt es mittlerweile ziemlich gute Buck-Regler
mit integrierter Induktivität, die wunderbar klein sind z.B. von TI den
lmz10500 und einen Wirkungsgrad lt. Datenblatt von ca. 93% bei 0,5A im
relevanten Strombereich haben. Ich würde Buckregler wegen der EMI aber
gerne vermeiden.
Stephan R. schrieb: > Ich möchte die Empfängerspule so einfach halten wie möglich, also nur > sehr ungern einen Mittelabgriff verwenden. Ein fatale Fehlentscheidung.
Stephan R. schrieb: >> Keine Chance, die Spannung hoeher zu waehlen? > Grundsätzlich ja, aber nur ungern. > Ich würde Buckregler wegen der EMI aber gerne vermeiden. Du überträgst drahtlos 1.7W, machst dir aber Sorgen wegen der EMI aus einem Buckregler? Nimms mir nicht übel, aber alles was du hier abläßt, klingt bisher maximal unausgegoren. Vielleicht gehst du ja einfach mal einen ganzen Schritt vorwärts und erzählst uns, was das denn eigentlich am Ende mal werden soll. Vermutlich bist du nicht nur mit dem Synchrongleichrichter auf dem Holzweg. XL
Nimm eine SBR Super Barrier Rectifier Diode. Google einfach mal danach. Die Dinger haben 0.05V Durchlassspannung, wenn sie unbelastet werden. Müsstest du mal schauen, ob sich 4 von den SBR12A45SD1 lohnen.
Hallo Axel, > Du überträgst drahtlos 1.7W, machst dir aber Sorgen wegen der EMI aus > einem Buckregler? Genaugenommen habe ich die Sorge, dass der Buckregler fehlerhaft arbeiten könnte in dem anregenden Feld, denn die Elektronik kann ich bauraumbedingt nicht beliebig gut abschirmen. Ich bin mittlerweile ein gebranntes Kind für absonderliche Effekte. Die Energieübertragung funktioniert bereits und liefert zuverlässig über 1 Watt. Ich möchte das anregende Feld gerne abschwächen. Dazu die "Pfennigfuchserei" mit einem besonders verlustarmem Gleichrichter.
Stephan R. schrieb: >> Du überträgst drahtlos 1.7W, machst dir aber Sorgen wegen der EMI aus >> einem Buckregler? > > Genaugenommen habe ich die Sorge, dass der Buckregler fehlerhaft > arbeiten könnte in dem anregenden Feld Aha. Schalenkerne existieren. Wahrscheinlich ist aber schon ein Ringkern ausreichend einstrahlungsfest, wenn du ihn passend zur Sendewicklung ausrichtest. > Die Energieübertragung > funktioniert bereits und liefert zuverlässig über 1 Watt. Ich möchte das > anregende Feld gerne abschwächen. Dazu die "Pfennigfuchserei" mit einem > besonders verlustarmem Gleichrichter. Dann wäre es vermutlich wesentlich hilfreicher, mal über die Geometrie von Sende- und Empfängerspule nachzudenken. Außerdem noch ein Anstoß aus der Physik: Feldstärken nehmen linear mit der Entfernung ab, übertragene Leistung hingegen quadratisch. Um die Feldstärke zu halbieren, müßtest du den Leistungsbedarf also vierteln. Anders herum betrachtet: 20% Einsparung bei der Leistung sind gerade mal 10% Feldstärke. Allerdings bringt auch jeder Millimeter, den du die Empfängerspule näher an den Sender bringst, überpropertional viel Gewinn. XL
@ Stephan R. (stero) >arbeiten könnte in dem anregenden Feld, denn die Elektronik kann ich >bauraumbedingt nicht beliebig gut abschirmen. Aber man kann sie abschirmen, u.a. mit Ferritplättchen. > Ich bin mittlerweile ein >gebranntes Kind für absonderliche Effekte. Angst ist kein guter Ratgeber. >funktioniert bereits und liefert zuverlässig über 1 Watt. Ich möchte das >anregende Feld gerne abschwächen. Dazu die "Pfennigfuchserei" mit einem >besonders verlustarmem Gleichrichter. Noch so eine Milchmädchenrechnung. Denkst du, dass du deinen Sender nennenswert mit weniger Leistung senden lassen kannst, wenn du 10% Verlustleistung einsparst?
http://www.diodes.com/products/catalog/list.php?parent-id=6&title=SBR Hmmm. Mal als Beispiel die hier http://www.diodes.com/products/catalog/detail.php?item-id=4553 Die ist irgendwie nicht sonderlich besser als eine vergleichbare Schottky ala 1N5817. Wo ist jetzt der Witz an der Super Barrier Diode?
Hallo Axel, vielen Dank für Deine guten Tipps. An den Parametern die Du nennst habe ich schon kräftig gedreht. Da geht nichts mehr. VG Stephan
Hallo Falk, > Aber man kann sie abschirmen, u.a. mit Ferritplättchen. D > >>funktioniert bereits und liefert zuverlässig über 1 Watt. Ich möchte das >>anregende Feld gerne abschwächen. Dazu die "Pfennigfuchserei" mit einem >>besonders verlustarmem Gleichrichter. > > Noch so eine Milchmädchenrechnung. Denkst du, dass du deinen Sender > nennenswert mit weniger Leistung senden lassen kannst, wenn du 10% > Verlustleistung einsparst? Ich gehe davon aus, dass ich 10% weniger Energie einspeisen muß, wenn ich 10% weniger Verlust am Empfänger habe. Wenn die übertragene Leistung vorgegeben durch die Randbedingungen wie Überlapp und Entfernung nur ein kleiner Teil der eingespeisten Energie ist, macht sich die Effizienz des Empfängers sehr deutlich bei dem Leistungsbedarf des Senders bemerkbar. VG Stephan
Stephan R. schrieb: > Immer wenn Dioden im Spiel sind wird dort auch Leistung vernichtet > (Verlustleistung = Dropspannung * Stromfluß). Stimmt, deswegen betreiben die EVUs ihre Netze auch nicht bei 3.5V. Damit schmerzen die Verluste auch nicht so. Bei gegebener Leistung singt dadurch auch gleichzeitig der Strom. Du meinst "Ladungsfluß" oder "Strom"? Stromfluß hätte die Dimension Stromstärke/Zeit, was irgendwie nicht so richtig Sinn macht.
Hallo Werner, > Du meinst "Ladungsfluß" oder "Strom"? Stromfluß hätte die Dimension > Stromstärke/Zeit, was irgendwie nicht so richtig Sinn macht. Ich meine Strom. Hallo Falk, guter Tipp mit den Ferritplatten, die kannte ich noch nicht. VG Stephan
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