Aktiver Gleichrichter für 3,5 Volt und 0,5A

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. (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?

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:

>> 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?

http://katalog.we-online.de/kataloge/eisos/index.php?language=en&pf=CPU_Ferrit-Platten

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

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