Guten Abend!
Ich gehe derzeit in eine höhere Schule und habe als Jahresprojekt die
Aufgabe bekommen, ein Schaltnetzteil zu bauen, welches bei wenig Last
noch effizient ist, da es selten ausgereizt werden wird. (ca. 30 Minuten
des Tages läuft es auf Vollast, sonst auf <10%)
Es soll von 230V AC auf 45V DC regeln (fest) bei a) I=1A b) I=5A
Jetzt ist meine Frage, wie würdet ihr an die Sache herangehen? Immerhin
habe ich ein ganzes Jahr Zeit mir weiteres Wissen anzueignen.
Wenn ihr gute Links/Bücher habt (englisch oder deutsch), wäre ich auch
sehr dankbar.
PS: Ich habe im Forum und im Internet recherchiert, doch finde ich immer
nur Quellen zu Schaltnetzteilen, welche zwar 85-89% Wirkungsgrad bei
Vollast aufweisen, doch sobald es darum geht bei wenig Last effizient zu
sein, finde ich keine Quellen mehr.
Ich hoffe ihr könnt mir ein bisschen Helfen :)
Mit freundlichen Grüßen
aspirin
Ich empfehle:
Switch-Mode Power Supplies: SPICE Simulations and Practical Designs
von: Christophe P. Basso
komplexe Wechselstromrechnung und Regelkreissystese sind Dir hoffentlich
ein Begriff. Ein Großteil meiner damaligen Kommilitonen sind nicht in
der Lage ein stabiles SMPS zu entwerfen daher für jemanden auf einer
"höheren Schule" ist ein sportliches Projekt.
aspirin schrieb:> ein Schaltnetzteil zu bauen, welches bei wenig Last> noch effizient ist, da es selten ausgereizt werden wird. (ca. 30 Minuten> des Tages läuft es auf Vollast, sonst auf <10%)
Vielleicht sollte man es ähnlich wie bei PC-Netzteilen lösen:
Ein kleines Netzteil für die kleine Last und ein zweites, grosses
Netzteil für die grosse Last.
Gruss
Harald
@Hans_Dampf
Danke für den Buchtipp, werde schauen ob ich es mir an der Uni ausleihen
kann.
@wilhelms
An und für sich wäre die Idee nicht schlecht, werde mir diese Idee im
Hinterkopf behalten. Bin derzeit eher daran interessiert, warum
SChaltnetzteile nur bei "Hochlast" Effizient arbeiten und was man
dagegen tun kann.
Danke schonmal für eure Ideen.
Schönen Abend noch, und ich hoffe es folgen noch weitere gute Ideen :)
aspirin schrieb:> Bin derzeit eher daran interessiert, warum> SChaltnetzteile nur bei "Hochlast" Effizient arbeiten und was man> dagegen tun kann.
Das Problem sind die Schaltverluste der Leistungshalbleiter und die
Leistung der Gate-Treiber.
Ein Netzteil, das eine hohe Ausgangsleistung hat, braucht entsprechend
große Transistoren und Dioden. Diese benötigen zum einen kräftige
Gate-Treiber, zum anderen sind die Kapazitäten und Recovery-Ströme
entsprechend groß.
Die Verluste, die dadurch entstehen, sind nicht proportional zur
Ausgangsleistung sondern auch schon bei wenig Ausgangsleistung vorhanden
und machen den Wirkungsgrad in diesem Bereich schlecht.
Es gibt mehrere Möglichkeiten, wie man das verbessern kann:
- Für niedrige Last ein separates, kleines Netzteil bauen.
- Burst-Betrieb bei geringer Ausgangsleistung.
- Mehrphasiges Netzteil, bei dem die einzelnen Phasen lastabhängig
zugeschaltete werden.
Man kann das natürlich auch noch miteinander kombinieren.
Ja gehts noch?
Als Schülerprojekt eine Schaltung , die an Netzspannung arbeitet, in der
Leistungsklasse über 200W ???
Dazu noch ein Schaltnetzteil, das fortgeschrittenen Messtechnik
erfordert, um Detailprobleme wie Wirkungsgrad bei Teillast in den Griff
zu bekommen!
Irgendwie tickt da jemand nicht richtig.
Man kann so ein Netzteil zyklisch betreiben. Lad mit dem Netzteil einen
Akku, so dass der Wirkungsgrad optimal ist, dann schalt das Netzteil ab
und betreibe den Verbraucher aus dem Akku usw.
Wenn man die damit erhaltene USV-Funktion nicht benötigt, dann ist das
inklusive Stromrechnung wohl teurer als ein einfaches SNT mit nicht
perfektem Wirkungsgrad. Nicht zuletzt da es mit dem Akku eine Komponente
hat, die nach wenigen Jahren kostenpflichtig ausgewechselt werden muss.
aspirin schrieb:> Es soll von 230V AC auf 45V DC regeln (fest) bei a) I=1A b) I=5A>> Jetzt ist meine Frage, wie würdet ihr an die Sache herangehen? Immerhin> habe ich ein ganzes Jahr Zeit mir weiteres Wissen anzueignen.
Hallo aspirin,
hier mal meine Idee(n):
1. lege das Schaltnetzteil so aus, dass es bei 45V/1A einen guten
Wirkungsgrad hat
2. Dimmensioniere die Strombengrenzung so, dass es mit Überlast bis 5A
betriebn werden kann. Hier alle Bauteile so auslegen, dass sie bei den
30 Minuten in Überlast innerhalb ihrer Daten (siehe Datenblatt)
betrieben werden.
3. Wähle eine Netzteiltopologie, welche die nötigen Anforderungen
erfüllen kann, denn nicht jede Topologie ist dafür geeignet.
Weiterbildung ist hier groß geschrieben. Lies Dich z.B. mal in LLC
Topologien ein.
Ähnliche Anforderungen haben z.B. Netzteile für Schranken.
Gruß, SMPS
"Ich gehe derzeit in eine höhere Schule und habe als Jahresprojekt die
Aufgabe bekommen, ein Schaltnetzteil zu bauen, welches bei wenig Last
noch effizient ist, da es selten ausgereizt werden wird. (ca. 30 Minuten
des Tages läuft es auf Vollast, sonst auf <10%)
Es soll von 230V AC auf 45V DC regeln (fest) bei a) I=1A b) I=5A"
Der Lehrer, der das zu verantworten hat, sollte eine Disziplinarstrafe
bekommen.
Wenns unbedingt sein muss, ein Netzteil mit 30...50V DC als
Spannungsquelle vorgeben (z.B. Stromversorgung eines
Leistungs-NF-Verstärkers).
Da kann man ebenfalls die Probleme im Teillastbetrieb angehen, ohne
gleich Lebensgefahr zu riskieren.
Auch da, bei 200-W-Geräten, wird jeder Fehler bestraft, aber eben nur
mit dem Tod teurer Leistungs-Bauteile
Wer das Gerät dann später für 230V (325V) haben will, braucht dann nur
an der Primärseite des Trafo die Windungszahl anzupassen.
Empfehlenswert wäre es, Datenblätter für Schaltnetzteile durchzuackern.
Besonders unter dem Stichwort standby-Betrieb dürfte da viel zu finden
sein.
Moderne SNT-IC's treiben ja geradezu Sport mit besonders niedrigem
standby-Verbrauch
Wenn ein ganzes Jahr Zeit ist, vielleicht erst einmal mit einem Wandler
für einige W Leistung anfangen und dort die Teillastprobleme angehen.
Ein Sperrwandler von 24V primär auf 40V konstant lässt sich gut aufbauen
und verhält sich im Primärkreis bereits ähnlich wie ein 230V- Wandler
>Wer das Gerät dann später für 230V (325V) haben will, braucht dann nur>an der Primärseite des Trafo die Windungszahl anzupassen.
So einfach ists wohl nicht. Und kommt auf die Topologie an. Den bei 325V
würde sich ein Resonazwandler(LLC) gut eignen. Denn kann man dann
keinesfalls nur durch ändern der Primärwindungszahl bei 50V mit Voller
Leistung betreiben, man müsste alle Resonanzkomponenten mitändern.
Aber auch bei Flaback oder anderen PWM Wandlern, müsste man zumindest
die Halbleiter, Eingangskondensatoren oder im ersteren Fall den Spalt
mitanpassen.
Man sollte also die Eckpunkte des Gerätes genau definieren, bevor man
mit dem Dimmensionieren beginnt. Wenn eines einfach (also ohne zweite
Wandlerstufe gehen soll, dann einen Resoanazwandler mit
Synchrongleichrichtung) Aber auch dann ist bei <10% einen hohen
Wirkungsrad zu haben eine Herausforung, denn jeder Spannungsteiler wirkt
sich da schon aus.
Da es sich aber um eine Schule (HTL-Vermutlich) handelt, würde ich einen
Flyback im Quasi-Resonaten (Valley-Switching) Betrieb vorschlagen. Der
ist noch relativ einfach (bzw kann ja mit fixem f beginnen und
Schrittweise herangehn). Wichtig ist es, einen hochohmigen Mosfet zu
verwenden. Den Trafo so auslegen, das im Teillastbereich die
Schaltfrequenz nicht zu groß wird (steigt mit fallender Last). Bei
Vollast arbeitet das Teil dann im kontinuierlichen Modus, das die
Verluste erhöht. Da ist eben richtiges Wärmemanagement gefragt.
Soll das Teil im Teillast und Vollastbereich einen Top Wirkunsgrad
haben, dann wirds richtig kompliziert, bzw ist dann nichts mehr für
einen Schule.
Wenn der Lehrer sich mit SMPS richtig gutn auskennt und euch Tatkräftig
unterstützt (bzw immer wieder auf den richtigen Weg bring), dann ist so
ein Wandler in einem Jahr schon drinnen. Wenn nicht, wird schwierig bis
unmöglich, bzw wäre es eine Frechheit soetwas zu fordern von euch...
MFG Fralla
Vielen dank für all eure Antworten. Ihr habt Recht es handelt sich um
eine österreichische HTL und das Netzteil ist mein Teil unseres
Projektes wobei es wegen Lebensgefahr offiziell nicht genehmigt ist.
Dazu muss ich sagen das der Lehrer uns extra über das Risiko aufgeklärt
hat und es auf eigene Verantwortung geschieht... es war eig. die Idee
unserer Gruppe das Netzteil zu bauen, der Lehrer hat da er schon mehrere
Freizeitprojekte mit teilweise Lebensgefährlichen Projekten von uns
beobachtet und nach einiger Überredungskunst zugestimmt.
Ich werde erstmal viel weiter dazu lesen... und bin noch für jeden Tipp
dankbar.
mfg
aspirin
aspirin schrieb:> das Netzteil ist mein Teil unseres> Projektes wobei es wegen Lebensgefahr offiziell nicht genehmigt ist.> Dazu muss ich sagen das der Lehrer uns extra über das Risiko aufgeklärt> hat und es auf eigene Verantwortung geschieht...
Ich hoffe, Ihr habt für Eure Versuche wenigstens einen Trenntrafo
zur Verfügung? Ansonsten sollte Euer erstes "Projekt" der Bau eines
solchen sein.
Gruss
Harald
