Gegentaktwandler auf MOSFET umrüsten

[Rene V. (rene_v)]

Hallo,

ich muss mich neben vielen anderen Sachen auch mit einem elektronischen 
Vorschaltgerät herumschlagen das Probleme bereitet. Die Grundschaltung 
ist im Anhang zu sehen und stellt einen selbstschwingenden 
Gegentaktwandler dar oder Royer-Converter wie er auch manchmal genannt 
wird. Das Gerät ist für 24V ausgelegt, muss aber auch von 16,8V bis 30V 
noch funktionieren. Versorgt wird damit eine 55W Halogenlampe. Das heißt 
große Ströme bei kleiner Spannung. Also ca. 94V bei 30V Eingangsspannung 
am Schwingkreis.
Das Gerät schaltet ja im Spannungsnulldurchgang, was meines Wissens nach 
denkbar ungünstig für Bipolar-Transistoren ist. Darum wollte ich auf 
MOSFETs umsteigen, zumal die Spannung nicht allzu groß ist. Hab schon 
nach verschiedenen Möglichkeiten gesucht dass zu realisieren. Ich könnte 
zum einen die Steuerwicklung nehmen und ein paar Windungen mehr drauf 
machen. Bilde ich damit nicht aber einen Schwingkreis mit der 
Gate-Kapazität?
Des Weiteren bin ich bei meiner Suche im Internet, immer wieder auf die 
Seite von Herrn Rehrmann gestoßen.
http://www.joretronik.de/Oszillatoren/Oszillatoren.html
Auf der Seite habe ich mal versucht die Standardschaltung für den 
Royer-Oszillator mit MOSFETs zu simulieren und nachzubauen. Es 
funktioniert aber die Verluste in den Widerständen und den Ventilen sind 
nicht ohne.
http://www.joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap11_2/Kapitel11_2.html
Die in Bild 11.2 dargestellte Schaltung sieht vielversprechender aus. 
Der Herr Rehrmann möge mir Verzeihen das ich einfach so seine 
Schaltungen verwende. Es geht mir einfach nur um das Verständnis an 
sich. :-) Bin selber noch nicht so lange auf diesem Gebiet aktiv. Eine 
Simulation brachte die in Bild 2 dargestellten Kurvenverläufe. Besonders 
während der Umschaltvorgänge kommt es zu erhöhten Verlusten. Im Mittel 
liegen diese zwischen 2-3W, was meiner Meinung nach viel zu hoch ist. 
Oder kann ich nicht mehr erwarten? Es ist auch ein Verzögerung im 
Spannungsverlauf über den MOSFET zu erkennen aber der Strom schaltet 
sauber. hab auch schon die Parameter der Kondensatoren und Widerstände 
geändert um ein Verständnis für die Schaltung zu erlangen. Nach welchen 
Kriterien muss ich diese auslegen? Gate-Ladung? Gate Threshold Voltage? 
Die Zenerdionde in der Simulation hat 6,2V. Wonach richtet sich das? 
Gibt es da detailierte Erklärungen für? Wie kann ich steilere 
Schaltflanken erreichen?

Ich danke schon mal im Voraus.

[Falk B. (falk)]

@Rene V. (rene_v)

>Gegentaktwandler dar oder Royer-Converter wie er auch manchmal genannt

Siehe Royer Converter. R1 muss aber VOR L1 an ü angeschlossen 
werden.

>Das Gerät schaltet ja im Spannungsnulldurchgang,

Ja.

>was meines Wissens nach
>denkbar ungünstig für Bipolar-Transistoren ist.

Nö.

>Darum wollte ich auf
>MOSFETs umsteigen, zumal die Spannung nicht allzu groß ist.

Ja und? Was soll das am Ende im Wesentlichen bringen? Mann kann die 
Schaltung mit Bipolartransistor und MOSFETs gut aufbauen.

>nach verschiedenen Möglichkeiten gesucht dass zu realisieren. Ich könnte
>zum einen die Steuerwicklung nehmen und ein paar Windungen mehr drauf
>machen.

Wozu? Das macht  man anders. Siehe Artikel Royer Converter.

Beitrag "Re: RFID Spulen für Leistungsübertragung?"

>Royer-Oszillator mit MOSFETs zu simulieren und nachzubauen. Es
>funktioniert aber die Verluste in den Widerständen und den Ventilen sind

Welche Ventile? Meinst du die Dioden?

>während der Umschaltvorgänge kommt es zu erhöhten Verlusten. Im Mittel
>liegen diese zwischen 2-3W, was meiner Meinung nach viel zu hoch ist.
>Oder kann ich nicht mehr erwarten?

Nicht super, aber OK.

>Gibt es da detailierte Erklärungen für? Wie kann ich steilere
>Schaltflanken erreichen?

Nimm einen richtigen MOSFET-Treiber, damit ist das Thema erledigt. Die 
meisten Schaltungen sind halt ein Kompromiss aus Bauteilaufwand und 
Schaltgeschwindigkeit. Sie stammen aus Zeiten, wo es keine preiswerten 
MOSFET-Treiber gab.

[Rene V. (rene_v)]

Danke schon mal für die Antwort.

Falk Brunner schrieb:
> @Rene V. (rene_v)
>
>>Gegentaktwandler dar oder Royer-Converter wie er auch manchmal genannt
>
> Siehe Royer Converter. R1 muss aber VOR L1 an ü angeschlossen
> werden.
>
>>Das Gerät schaltet ja im Spannungsnulldurchgang,
>
> Ja.
>
>>was meines Wissens nach
>>denkbar ungünstig für Bipolar-Transistoren ist.
>
> Nö.
Der Laststrom muss aber bei dem Wandler über den Kondensator 
kommutieren. Was bei Bipolartransistoren zu Verzögerungen führt bis 
dieser zu Null geht. Da sind MOSFETs meines Wissens nach schneller. 
Diese hätten wiederrum Probleme mit Spannungen.

>>Darum wollte ich auf
>>MOSFETs umsteigen, zumal die Spannung nicht allzu groß ist.
>
> Ja und? Was soll das am Ende im Wesentlichen bringen? Mann kann die
> Schaltung mit Bipolartransistor und MOSFETs gut aufbauen.

Kleineres UDS bedeutet einen kleinen RDSon. Hier würde denk ich mal 
150V-200V als UDS ausreichen.

>>nach verschiedenen Möglichkeiten gesucht dass zu realisieren. Ich könnte
>>zum einen die Steuerwicklung nehmen und ein paar Windungen mehr drauf
>>machen.
>
> Wozu? Das macht  man anders. Siehe Artikel Royer Converter.
>
> Beitrag "Re: RFID Spulen für Leistungsübertragung?"
>
>>Royer-Oszillator mit MOSFETs zu simulieren und nachzubauen. Es
>>funktioniert aber die Verluste in den Widerständen und den Ventilen sind
>
> Welche Ventile? Meinst du die Dioden?

Ich meinte damit die MOSFETs.

>>während der Umschaltvorgänge kommt es zu erhöhten Verlusten. Im Mittel
>>liegen diese zwischen 2-3W, was meiner Meinung nach viel zu hoch ist.
>>Oder kann ich nicht mehr erwarten?
>
> Nicht super, aber OK.
>
>>Gibt es da detailierte Erklärungen für? Wie kann ich steilere
>>Schaltflanken erreichen?
>
> Nimm einen richtigen MOSFET-Treiber, damit ist das Thema erledigt. Die
> meisten Schaltungen sind halt ein Kompromiss aus Bauteilaufwand und
> Schaltgeschwindigkeit. Sie stammen aus Zeiten, wo es keine preiswerten
> MOSFET-Treiber gab.

Gibt es da bestimmt Treiber die für diese Topologie geeignet sind? Ich 
find meistens nur welche für Halb- oder Vollbrücken. Oder könnte ich 
Bipolartransistoren als Treiber nehmen?

[Falk B. (falk)]

@Rene V. (rene_v)

>Gibt es da bestimmt Treiber die für diese Topologie geeignet sind?

Jeder 0815 Typ ala ICL7667, siehe MOSFET-Übersicht.

[Rene V. (rene_v)]

Scheint wohl die sinnvollste Lösung zu sein. Wird sehen wie ich diesen 
dann am besten in die Schaltung einpflege.

Vielen Dank für die Hilfe.