Hallo Leute, ich hab mir ein primärgetaktetes Schaltnetzteil für eine Spannung von 150V aus 12V gebaut. Beim ersten einschalten ist der Leistungs-FET sofort richtig heiß geworden, obwohl der nur weniger als 100mW umsetzen sollte. Ich hab den Fehler nun auch gefunden, es war die Spule! Ich hatte mir bei Reichelt den erstbesten Ringkern für meine selbstgewickelte Spule bestellt. Offenbar sättigt sich das Kernmaterial zu schnell, so dass dadurch der hohe Verlust im FET auftrat. Als Ersatz hab ich mir eine Spule ohne Kern gewickelt, mit der es nun einwandfrei funktioniert. Die ist aber natürlich viel zu groß. Und nun meine Frage, wie bekomme ich raus, ob ein Ringkern für ein Schaltnetzteil mit 33kHz geeignet ist oder nicht? Bei dem, den ich gekauft habe, stand etwas von Ferroxube N27. Aber das sagt mir relativ wenig. Bei einem anderen steht Ferritring, hohe Güte, 40MHz. Kann ich da sicher sein, daß der funktioniert?
Ich verstehe zwar nicht wie das geht, aber vielleicht hilft dir ja: http://schmidt-walter.fbe.fh-darmstadt.de/smpshome/ oder such mal bei EPCOS nach ferromagnetic design tool Seb
Wenn es ein Sperrwandler ist, dann sollte der Kern einen ausreichenden Luftspalt haben, sonst wird das nichts.
Hallo Benedikt, ich hänge auch an diesem Problem, allerdings mit 150 kHz. Hast du ein Beispiel für 100 µH / 10A? MfG, Bernhard
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Ich hab grad gemerkt, daß mir gestern ein Fehler beim Schreiben unterlaufen ist. Es ist natürlich ein sekundär getaktetes Schaltnetzteil. Sonst bräuchte ich mehr als nur eine Spule :-) Ich hab mal ein Bild rangehangen. Trotzdem vielen Dank für eure Bemühungen.
Ich hab mir grad die von Sebastian empfohlene Seite http://schmidt-walter.fbe.fh-darmstadt.de/smpshome/ angeschaut. Laut einer application note des MC34063 benötige ich eine Induktivität von 600uH (selbst berechnet mit den Formeln). Auf der Seite wird mir eine Induktivität von 4.4mH berechnet. Das liegt ziemlich weit auseinander, finde ich.
Tja leider fehlen noch ein paar Angaben, aber vielleicht hast du dich verrechnet oder den falschen Wandlertyp genommen,.... Wenn ich mich recht erinnere, muss man nur den Al Wert des Kernes mit der Windungszahl multiplizieren. Dann hast du die Induktivität. Auf der SMPS Seite gibt er dir bei den Wickeldaten auch gleich passende Kerne und Windungszahl und Drahtstärke an. Seb
Weiß jemand dann vielleicht, was es mit den Materialnummern von Amidon auf sich hat. Die sind ja munter von 1 bis ca. 100 durchnumeriert und nirgends steht was von Sättigungsfeldstärke... Und dann gibt's noch die 3C85, 3C94,... Materialen. Welche sind das denn?
http://www.amidon.de/ferritrinkerne.htm http://www.amidoncorp.com/aai_ironpowdercores.htm http://www.amidoncorp.com/aai_specifications.htm da sollte alles wichtige zu finden sein
Auf jeden Fall würde ich da einfach eine fertige Spule kaufen, die für ca 1A ausgelegt ist. Dann kannst du auch noch die 1N4148 wegwerfen, an dieser Stelle benötigst du eine schnelle Diode, z.B. eine MUR160. Wieviel Strom willst du denn daraus ziehen ? Konrad
Hallo Konrad, für die Diode hab ich schon eine schnelle Schottky-Diode genommen (BYV27-400). Ich war nur zu faul, daß auch in den Schaltplan einzutragen :-) Eine fertige Spule kaufen ist auch einfacher gesagt als getan. Wenn dann will ich die gleich bei Reichelt bei meiner nächsten Bestellung mitbestellen. Leider haben die ziemlich wenig in der Richtung. Das wickeln ist ja kein Problem, mir fehlen halt nur die Infos über das Kernmaterial. Ich werde mir die Seite von Amidon mal anschauen, die Kerne gibts bei Reichelt. (Dank an Sebastian)
@Sebastian Vielen Dank, die Seite http://www.amidon.de/ferritrinkerne.htm hat alle meine Fragen beantwortet. :-)
Hallo Bri, und welchen Kern verwendest du jetzt? Ich benötige nämlich etwas ganz ähnliches. Danke, Bernhard
Von Reichelt den FT 50-77 (1kHz bis 2MHz) 1,3cm im Durchmesser, oder den FT 82-77, gleiche Frequenz, aber etwas größer, 2,1cm im Durchmesser.
@Bri Ich will mich nicht einmischen, aber die Kerne sind meines Erachtens völliger Unsinn. Um deine 600uH zu erhalten, musst du 1 Windung auf den Kern machen und der FT 82-77 ist für 0,5Mhz bis 50Mhz ausgelegt. Für welche Leistung brauchst du denn den Kern?
"....Wenn ich mich recht erinnere, muss man nur den Al Wert des Kernes mit der Windungszahl multiplizieren. Dann hast du die Induktivität...." Die Windungszahl geht zum Quadrat ein. Wann die Spule sättigt kann man doch ausrechnen. Berechnet die maximale Flussdichte im Kern, die sollte niedriger sein als die für das Material angegebene:-). Falls sie zu groß ist brauchst du einen höheren Querschnitt des Ferrits, anderes Ferrit oder mehr Windungen. Ist ein iterativer Prozeß eine Drossel zu optimierten bzw. auszulegen.
Das Material -77 ist denk ich ziemlich ungeeignet als Speicherdrossel. Die richtige Induktivität ist die eine Sache. Genauso wichtig ist hier aber die Speicherfähigkeit des Kerns, aber die Daten dafür (Imax) fehlen noch ...
@Stephan Die Daten sind folgende: Vin = 12V bis 15V Vout = 150V Iout = 6mA bis 18mA (ich glaub ich hatte für die Rechnung irgendwas dazwischen erstmal zum probieren genommen, find aber meinen Zettel nicht mehr) @Sebastian Wieso eine Windung? 25 Windungen. Nach der Formel N = 1000 * sqrt(L / Al) Wegen dem Material hab ich in der Tabelle auf der Seite http://www.amidon.de/ferritrinkerne.htm nachgeschaut und die Werte für die Resonanzschaltung hergenommen. Bei welchem Frequenzbereich muss ich bei der Verwendung als Speicherspule nachschaun? 1. Frequenzbereich Resonanz-Schaltung 2. Frequenzbereich Breitband-Schaltung 3. Frequenzbereich Drossel-Anwendung
Also laut Reichelt. Ferrit-Ring für Breitbandtransformatoren. Material 77: 0,5MHz. bis 50MHz. Durchmesser: außen: 21,0 mm innen: 13,1 mm Höhe: 6,35 mm AL (mH/ 1000Wdg) 1170 macht bei 1 Windung 1,17mH oder? So ich hab das Teil mal rechnen lassen bei SMPS f/khz = 33 Ia=0.02A Da erhalte ich: Ue_min = 12.0V Ue_max = 15.0V Ue = 12.0V Ua = 150.0V Ia = 20.0mA f = 33.0kHz L = 3.33mH ΔILbei Ue_min = 0.1A Drahtdaten: d ≥ 0.33 mm A ≥ 0.08 mm2 Kerne: E16/8/5 0.5 Siemens 69 20 38 19 245 235 220 E20/10/6 0.25 Siemens 162 32 46 32 283 219 144 E20/10/6 0.5 Siemens 100 32 46 32 458 172 183 E25/13/7 0.25 Siemens 250 52 58 52 477 169 116 E25/13/7 0.5 Siemens 151 52 58 52 790 131 149 E25/13/7 1.0 Siemens 91 52 58 52 1312 102 192 E30/15/7 0.18 Siemens 300 60 67 49 360 194 106 Dann kannst du ja nochmal hier: http://www.leipzig-online.de/dl0kgm/sc/tabellen.htm schauen. Das Tool ist auch ganz witzig.
Im Rahmen eines Praktikums musste ich mal einen Spulenkern suchen, der bei 10A noch nicht sättigt und eine Induktivität von ca. 100µ hat. Anbei meine Dimensionierung für verschiedene Kerne - im Netz gibt's auch Tabellen -> mal googeln! mfg müllo
N27 ist das Standard-Material für Kerne bis 50kHz. Kerne mit dem Material gibt es wie Sand am Meer. Stephan.
@Sebastian Ich hab den Kern bei Reichelt gesehen. Bei einer Windung kommt nicht 1,17mH raus. Siehe hier: http://www.amidon.de/Image3.gif Und bei Kernmaterial 77 steht bei http://www.amidon.de/ferritrinkerne.htm folgendes: "MATERIAL (Permeabilität 2000) Ein Mangan-Zink-Material mit großer Sättigungsflußdichte bei hohen Temperaturen. Niedrige Kernverluste im Bereich von 1 kHz bis 1 MHz. Ideal für Transformatoren und Breitbandübertrager bis 30 MHz sowie zur Nebenwellendämpfung zwischen 2 und 40 MHz. Lieferbar in Ring- oder Perlenform sowie als Topf- oder 'E'-Kerne." und weiter oben noch: "Die Mangan-Zink-Ferritkerne mit Permeabilitäten von m=800 bis m=5000 haben einen recht niedrigen Volumenwiderstand und eine mittlere Sättigungsflußdichte. Sie bieten hohe Güten zwischen 1 kHz und 1 MHz. Kerne aus dieser Materialgruppe werden auch verbreitet für Transformatoren in Schaltnetzteilen eingesetzt, die mit 20...100 kHz Schaltfrequenz arbeiten." Klingt für mich nach idealem Kernmaterial, oder nicht? @Stephan Ich hab ja einen N27 Kern mit Durchmesser 13mm mit 29 Windungen bewickelt, was mit dem L-Meter nachgemessen 900uH ergibt. Der geht definitiv nicht. Der FET wird extrem heiß. Auf der Seite http://www.sprut.de/electronic/switch/up100w/up100w.htm hab ich dann gelesen, dass der Strom durch den FET schlagartig ansteigt, wenn sich das Kernmaterial sättigt. Mit einer anderen Spule (330uH, anderer Kern) ging es dann einwandfrei. Allerdings ist die halt zu klein und auch keine Ringkernspule. Ich hab nochmal die Induktivität nachgerechnet, für Iout = 20mA komm ich auf die besagten 600uH, für Iout = 6mA auf 2mH. Also sollte ich wohl doch besser 2mH wickeln.
Was ich noch vergessen hatte: die Formeln für die Berechnung der Induktivität der Spule stehen auf Seite 10 der application note des MC34063, die ich beim vorherigen Beitrag angehangen habe. Da ich den MC34063 verwende, halte ich mich mal daran. :-)
Das Ergebnis von http://schmidt-walter.fbe.fh-darmstadt.de/smpshome/ macht schon Sinn. Du betreibst den Wandler mit lückendem Strom, der Induktivitätswert ist dann kleiner. Vielleicht kann der Regler aber auch nur den lückenden Betrieb. Nachdem ich grad auch an Drosselauslegung dran bin hab ichs mal mit den ungünstigsten Parametern durchgerechnet: Imax = 0,5A (für die Drossel) N = 23 (bei Al 1170nH/Wdg) zu speichernde Energie: W = 1/2 L Imax² = 0,5 + 600µH * 0,5A * 0,5A = 75 µWs max. Flußdichte: W = 1/2 * Bmax²/μ0 Ae le/μe => Bmax = sqrt( 2 W µ0 * µe / (Ae * le) ) Bmax = sqrt( 150µWs * 1,257µVs/Am * 6000 / (50mm² * 53mm) ) Bmax = sqrt( 1,1313µV²s²/m / 2650mm^3 ) Bmax = sqrt( 1,1313V²s²/m / 2,65m^3 ) Bmax = sqrt( 0,427V²s²/m^4 ) Bmax = 0,653Vs/m² = 0,653T = 6530 Gauß (also rund 50% mehr als das Meterial abkann) Ich hoff mal ich hab mich bei den ganzen Potenzen nicht verrechnet. Bei der geringen Leistung (ich hatte noch die 10A weiter oben im Kopf im Thread) dacht ich zuerst die Drossel ist wohl kein Problem. Stimmt aber wohl doch nicht so ganz... Die Aussage, dass die Energie nur im Luftspalt gespeichert wird macht also durchaus Sinn. Der Ferritkern ist für Transformatoren-/Übertrageranwendungen und ist daher auf möglichst geringe Streuinduktivität (und Speichervermögen) ausgelegt und hat auch keinen Luftspalt. => Nimm nen Eisenpulverkern (mit verteiltem Luftspalt) oder Schalenkern mit Luftspalt (ggfls. was beilegen). "-26" bei den Eisenpulverkernen ist in dem Frequenzbereich glaub ich üblich. Du wirst aber auf jeden Fall ne Ecke mehr Windungen brauchen. Zum Vergleich: Ich hab hier nen 800W Ringkerntrafo (Kerngewicht wohl so ca. 50% der Gesamt 7kg), genauso wie die Ferritkerne als Trafo/Übertrager für niedrigen Leerlaufstrom optimiert. 42H Induktivität, speichert aber trotzdem nur max. 80mWs (ich nehm mal an der Hersteller hat den Trafo witschaftlich sinnvoll ausgelegt). Umgerechnet aufs Kerngewicht von wohl rund 22g kommen 500µWs raus. Mit Flußdichte von 0,65T an Stelle der 1,8T in Eisen kommen noch 65µWs raus. Scheint also zu passen.
@Stephan Danke für deine ausführliche Rechnung. Ich hätte auch nicht gedacht, dass ausgerechnet die Spule ein Problem sein könnte. :-) Ich glaub ich sollte die Frequenz auf 50kHz oder mehr erhöhen, dann muss ich weniger wickeln. Der FET sollte das ohne Probleme können. Ich hab noch eine Frage zu deiner Formel für die Flußdichte. Was bedeutet das Ae und das le?
Ae: eff Querschnitt le: effektive Länge ..und dabei fällt mir grad ein, dass der Querschnitt nur die Hälfte is (25qmm). Dann könnts grad halt so gehn. Für ne Übersetzung 1:12 wär übrigens eigentlich ein Trafo/ÜBertrager angesagt.
Du hast recht mit dem Übersetzungsverhältnis. Eigentlich ist es auch zu groß, damit die Regelung des MC34063 noch richtig funktionieren kann. Aber da es keine Laständerung gibt, wenn das Netzteil läuft, dachte ich mir, das geht auch so. :-) Ich hab mit deinen Formeln mal die Flußdichte für meinen N27 Ringkern ausgerechnet und komm da auf 750mT. Bei google hab ich als max Flußdichte 300mT für N27 gefunden. Konnte also nicht gehen. :-) Ich werde morgen, an meinem letzten Urlaubstag, nochmal ein bisschen rumprobieren, ob ich vielleicht mit einer höheren Frequenz doch noch den N27 Kern verwenden kann. Könntest du mir noch sagen, woher du die Formeln hast? (Buch oder Internetseite?) PS: ich hätte wirklich nicht gedacht, dass das mit der Spule so kompliziert wird, einfach etwas Draht auf einen Ringkern wickeln und gut ist, hab ich mir gedacht, tja so kann man sich irren. Aber lehrreich ist es allemal.
Formeln sind die von http://schmidt-walter.fbe.fh-darmstadt.de/smpshome/ Und halber Querschnitt bedeutet dummerweise mehr Fluss und nicht weniger... Dann wärs so knapp 1T bei dem Ringkern.
Nachdem ich nun den halben Tag gerechnet hab, möchte ich nochmal zusammenfassend meine Ergebnisse hier hinschreiben. Ich hab mich erstmal entschieden, die Frequenz auf 54kHz zu erhöhen, damit die Spule etwas kleiner wird. Daraus ergibt sich laut der Seite http://schmidt-walter.fbe.fh-darmstadt.de/smpshome/ ein L=6.8mH und ein Imax=91mA. Daraus ergibt sich eine zu speichernde Energie von W = 0.5 L Imax^2 = 28.2µWs Nun hab ich mir den Kern FT114-77 bei Reichelt ausgesucht. Die maximale Flussdichte ist B = sqrt(2 W µ0 * µe / (Ae * le)) = 390mT (µe = 6000, Ae = 37.5mm^2, le = 74.2mm) Maximal erlaubt ist für das Kernmaterial 460mT, sollte also gehen. Mit dem Ringkernrechner http://www.qsl.net/dl5swb/minirk_g.htm hab ich dann folgende Werte für die Wicklung berechnen lassen: N=73, max D Draht=0.8mm, l Draht = 183cm Wenn niemand was dagegen einzuwenden hat, würde ich den Kern einfach mal bestellen und ausprobieren. :-)
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