Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik TL494 als Flybackregler regelt nicht richtig


von Christian H. (christian_haertwig)



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Hallo Leute,

ich habe das Problem mit dem TL494,in meinem Fall als Flybackregler, 
dass er bei der Beschaltung immer nur eine konstante PWM ausgibt aber 
kein Regelverhalten zeigt.

Zum Hintergrund:
Ich will mit dem TL494 ein Schaltnetzteil für einen Strang von 48 weißen 
LEDs in Reihe bauen. Warum? Aus Spaß und um was zu lernen. Inpiriert 
durch http://www.dos4ever.com/flyback/flyback.html wollte ich mich also 
mal an der Flyback-Topologie versuchen und sowas selbst aufbauen. Hier 
die Spezifikationen für das Netzteil:
1
Eingangsspannung: 12V
2
Ausgangsspannung: 180V MAX
3
Ausgangsstrom:    20mA MAX
4
Schaltfrequenz:   100kHz

Dabei sollte bei angelegtem LED-Strang eigentlich die Strombegrenzung 
dafür sorgen, dass das Ding als Stromquelle für die LEDs dient. Ich habe 
mir also die Schaltung aus dem Anhang (flyback_tl494.pdf) "entwickelt". 
Die Dimensionierung des Trafos habe ich von Schmidt-Walter. Das Bild 
dimensionierung.png zeigt die berechneten Daten; der Ausgangsstrom von 
30mA statt 20mA soll Reserven bereitstellen, die tatsächliche 
Strombegrenzung sollte später hinzugefügt werden, soweit bin ich aber 
garnicht erst gekommen. :(
Den Trafo habe ich händisch selbst gewickelt, die Trafodaten sind im 
Schaltplan enthalten.
Zum Testen habe ich mir diese Schaltung dann mal auf Lochrasterkarte 
aufgebaut.

Mein Problem:
Wenn ich diese Schaltung so in Betrieb nehme, beginnt der TL494 in der 
tat eine PWM auszugeben und ich bekomme auch sauber meine 100kHz Takt. 
Allerdings gibt der TL494 fixe 12% Duty Cycle aus und regelt schlichtweg 
nicht.
Dargestellt ist das im Anhang scope_gate_feedback_disturbed.png. Rot ist 
dabei die Gatespannung von Q3 und Blau das Feedbacksignal an Pin 16. Zu 
erkennen ist, dass das Feedback natürlich massiv gestört ist beim 
Schalten, ist ja auch hinreichend hochohmig im vergleich zum Rest, aber 
liegt in jedem Fall unterhalb der Schwelle. Bei 180V am Ausgang sollte 
der Feedback seine 2,5V erreichen. Diese Schwelle ist über den 
Spannungsteiler an Pin 15 eingestellt. In der Tat erreiche ich so 
allerdings nur ca 60V am Ausgang.

Ich habe desweiteren mal versucht mit nem zusätzlichen Transistor und 
einem Funktionsgenerator manuell eine PWM mit ca 50% Duty Cycle 
einzuspeisen. Und dabei komme ich locker auf 190V und mehr am Ausgang. 
Ich denke, das heißt klar, dass der "rechte Teil" der Schaltung 
funktioniert und ich in der Tat nur den Controller falsch "bediene".

Frage:
Was mache ich hier verkehrt? Warum regelt der TL494 nicht auf ca 50% 
Duty Cycle sondern bleibt bei seinen 12% kleben?

Vielen Dank im Voraus für jede Hilfe, die ihr mir geben könnt.

Gruß,
Christian


Anmerkungen:
* Wie im Schaltplan eingezeichnet sind alle Spannungsangaben am Ausgang 
auf 8.2kOhm Last bezogen, das wäre so in etwa der Widerstand des 
LED-Strangs im Arbeitspunkt.
* Ich habe ich weiß nicht wie oft geprüft, dass mein Gelöt auch mit dem 
Schaltplan übereinstimmt und bisher noch keine Fehler gefunden.

von Marius S. (lupin) Benutzerseite


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Sicher, dass du C1 und C2 zusammen schalten solltest? Die schalten doch 
gegensinnig.

von Marius S. (lupin) Benutzerseite


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Christian Härtwig schrieb:
> Strombegrenzung
> dafür sorgen, dass das Ding als Stromquelle für die LEDs dient.

Wo ist denn die Strombegrenzung zu finden?
Warum nutzt du nicht beide Fehler-Verstärker? Einen für Spannung und 
einen für Strom.

Ich glaube du könntest auch auf Q1 und Q2 verzichten und stattdessen 
C1/E1 und C2/E2 jeweils als Emitterfolger und Emitterschaltung 
verschalten.

von Christian H. (christian_haertwig)


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Marius S. schrieb:
> Sicher, dass du C1 und C2 zusammen schalten solltest? Die schalten doch
> gegensinnig.

C1 is der Stützkondensator für die IC-Versorgung, C2 der 
Timingkondensator für die Schaltfrequenz - ich sehe da kein 
"zusammenschalten". Was meinst du mit deiner Frage?


Marius S. schrieb:
> Wo ist denn die Strombegrenzung zu finden?

Wie gesagt, soweit bin ich garnicht gekommen. Erster Ansatz war erstmal 
die 180V begrenzung, und schon die funktioniert ja nicht - der 
Strombegrenzer am zweiten Fehlerverstärker kommt dann natürlich nach, 
wenn die Spannungsbegrenzung funktioniert.

von Marius S. (lupin) Benutzerseite


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Christian Härtwig schrieb:
> C1 is der Stützkondensator für die IC-Versorgung, C2 der
> Timingkondensator für die Schaltfrequenz - ich sehe da kein
> "zusammenschalten". Was meinst du mit deiner Frage?

Ich meine die Pins am TL494

von Christian H. (christian_haertwig)


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Marius S. schrieb:
> Ich meine die Pins am TL494

Ach das, ja das ist völlig okay, da die beiden Transistoren im TL494 ja 
parallel laufen. Output Control (Pin 13) liegt auf GND, damit ist der 
TL494 im single-ended/parallel Modus. Zumindest sagt das die SLVA001E 
von Texas Instruments auf Seite 12.

Aber, wie auch die Scopeaufzeichnung zeigt, wird das Gate ja ordentlich 
getrieben. Ich muß also irgendwas anderes falsch gemacht haben, nur was?

Gruß, Christian

von Marius S. (lupin) Benutzerseite


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Da ansonsten keine Ideen kommen: hast du schonmal versucht den 
Totzeit-Kondensator zu verkleinern bzw. ganz auszulöten?

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Schau dir doch mal das Signal an Pin 3 (Feedback) an, das die Ausgänge 
der Komparatoren darstellt. Falls da nur wilde Spitzen sind, könnte es 
hilfreich sein, den Error Input mittels kleinem C ein wenig zu glätten. 
Die Regelung wird dadurch zwar ein bisschen langsamer, aber die Spikes 
sind weg.

von MaWin (Gast)


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Deine Schaltung verwendet den diskontinuierlichen Betrieb. Der ist 
einfacher zu regeln. Allerdings steigt Feedback langsam und reduziert 
damit den duty cycle. Der müsste 45% betragen wenn Feedback auf Masse 
geklemmt wird.

Beim galvanisch getrennten Regler ist dort eine Verstärkung per TL431 
und Optokoppler, das beeinflusst den Feedback bei Erreuchen der 
Nennspannung rapider.

Deine 1N4004 taugt aber nucht als Freilaufdiode. Stell erst mal deine 
Spannungsspitzen (aufgrund schlechten Layouts?) ab.

Und nutze dann den zweiten ErorAmp per shunt zur Stromregelung.

von Christian H. (christian_haertwig)


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Hallo Leute,

erstmal vielen Dank für Eure Antworten.

Marius S. schrieb:
> Da ansonsten keine Ideen kommen: hast du schonmal versucht den
> Totzeit-Kondensator zu verkleinern bzw. ganz auszulöten?

Jupp ich hatte ich schon versucht, vorher hatte ich 1n/1kOhm, aber das 
hatte genauso ausgesehen, ich hatte nach wie vor keine regelung. Ich 
hatte auch innem Forenbeitrag hier gelesen, dass ein anderer auch 
probleme mit dem duty cycle hatte und es bei ihm in der Tat an dem zu 
kleinen Kondensator lag und den daraufhin erst noch vergrößert, aber das 
hat nichts gebracht.


Matthias Sch. schrieb:
> Schau dir doch mal das Signal an Pin 3 (Feedback) an, das die
> Ausgänge der Komparatoren darstellt.

Siehe Bild scope_gate_fb_pin3.png. Rot ist wieder das MOSFET-Gate, Blau 
ist Pin3 am TL494. Mal abgesehen davon, dass der Komparator nie 
triggert, was auch verständlich ist, finde ich jetzt nicht, dass da groß 
entkoppelt werden muss. Ich hab es trotzdem ausprobiert, es bringt 
keinen Unterschied


MaWin schrieb:
> Allerdings steigt Feedback langsam und reduziert
> damit den duty cycle. Der müsste 45% betragen wenn Feedback auf Masse
> geklemmt wird.

Siehe Bild scope_gate_fb_pin3.png. Am Feedback steigt bei mir irgendwie 
erstmal garnichts an.


MaWin schrieb:
> Deine 1N4004 taugt aber nucht als Freilaufdiode.

Freilaufdiode? Die 1N4004 ist Teil des RCD Snubbers und für diesen Zweck 
sogar garnicht verkehrt, meine ich gelesen zu haben.
Die tatsächliche Freilaufdiode ist bei mir eine 20ETF06FP (Datenblatt: 
http://www.mouser.com/ds/2/427/93142-244195.pdf) mit t_rr = 60ns, das 
sollte doch eigentlich hinreichend schnell sein.


MaWin schrieb:
> Stell erst mal deine Spannungsspitzen (aufgrund schlechten Layouts?) ab.

Okay, das kommt direkt als nächstes, ich mach den rückkoppelpfad 
niederimpedanter und dann sollte das schwingen weg sein. Trotzdem bleibt 
mein Problem bestehen: selbst MIT schwingen in der Rückkopplung ist der 
Nicht-Invertierende Eingang des Fehlerverstärker IMMER kleiner als der 
invertierende. Heißt: der TL494 müßte doch eigentlich weiter "aufdrehen" 
(duty cycle erhöhen) damit irgendwann der Fehlerverstärker mal nicht 
immer nur auf 0 klebt. Aber genau DAS sehe ich hier ja nicht. Ich hab 
mittlerweilen auch schon nen anderen TL494 ausprobiert um zu schauen, ob 
evtl der chip kaputt ist, aber es verhält sich exakt genauso.


MaWin schrieb:
> Und nutze dann den zweiten ErorAmp per shunt zur Stromregelung.

Ja sehr gerne, aber dafür muß erstmal die Spannungsregelung 
funktionieren, und soweit bin ich ja erstmal noch nicht. Strombegrenzung 
kommt danach.


Gruß, Christian

von MaWin (Gast)


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Christian Härtwig schrieb:
>> Deine 1N4004 taugt aber nucht als Freilaufdiode.
>
> Freilaufdiode? Die 1N4004 ist Teil des RCD Snubbers und für diesen Zweck
> sogar garnicht verkehrt, meine ich gelesen zu haben.

Sie taugt nicht. Auch ein Snubber ist ein Freilauf für den 
Gegen-EMK-Zündfunken.

von Christian H. (christian_haertwig)


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MaWin schrieb:
> Sie taugt nicht.

Gut, ich schau, was ich da sonst noch an dioden für habe. Vielleicht 
einfach ne UF5404 oder sowas?
Allerdings hat auch das nichts mit meinem Reglerproblem zu tun, denn 
auch komplett ohne Snubber (was ich vorher probiert hatte) bekomme ich 
nichts anderes als eben diese 12% duty cycle, nur wird dann halt der 
MOSFET akut gestresst.

von Helge A. (besupreme)


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Ich kann ja auch komplett falsch liegen - aber könnte dein kurzer 
High-Impuls, den du jetzt hast, die Totzeit sein? Das hieße, deine 
Regelung würde "falsch rum" funktionieren.

von Sascha (Gast)


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Ich vermute dass deine Schaltung "falschrum" regelt, also bei zuviel 
Ausgangsspannung noch mehr ausgibt. Versuch mal die beiden Kollektoren 
des TL494 auf 12V zu legen, die Emitter mit dem 220R gegen Masse und da 
das Signal für die Treiberstufe abzugreifen. Beim TL494 (bzw allgemein 
bei Universal-Schaltreglern) muss man etwas aufpassen dass man nicht 
ausversehen eine Mitkopplung statt einer Gegenkopplung baut.

Zur Regelschleife gibts hier was: 
http://www.sprut.de/electronic/switch/pwm/pwm.htm Ist zwar für normale 
Stepupwandler, aber ein Flyback verhält sich praktisch genauso.

von Christian H. (christian_haertwig)


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Helge A. schrieb:
> Ich kann ja auch komplett falsch liegen - aber könnte dein kurzer
> High-Impuls, den du jetzt hast, die Totzeit sein? Das hieße, deine
> Regelung würde "falsch rum" funktionieren.

Sascha schrieb:
> Ich vermute dass deine Schaltung "falschrum" regelt,

Oh Scheiße, ich glaub, ihr habt Recht! Wenn die Transistoren in U1 "an" 
(also leitfähig) sind, wird ja über R3 der Q2 ein- und der Q1 
ausgeschaltet, folglich Q3 entladen, also auch ausgeschaltet. Damit 
hättet ihr Recht, speziell Helge, der kurze High-Puls ist tatsächlich 
die OFF-time.

Sascha schrieb:
> Versuch mal die beiden Kollektoren
> des TL494 auf 12V zu legen, die Emitter mit dem 220R gegen Masse und da
> das Signal für die Treiberstufe abzugreifen.

Jupp, das mache ich direkt als Nächstes, melde mich wieder sobald ich 
neue Erkenntnisse habe!

MfG,
Christian Härtwig

von Christian H. (christian_haertwig)



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Hallo Leute.

Okay, DAS war des Rätsels Lösung, ich habe in der Tat den Treiber falsch 
herum gebaut! Im Anhang jetzt der aktuelle überarbeitete Stromlaufplan 
flyback_tl494.pdf. Die beiden Bilder Zeigen jetzt die Gatespannung in 
rot und das rückgekoppelte Signal im invertierenden Verstärkereingang in 
blau - und jetzt sind wir auch endlich auf 2,5V, wie ich es erwarte und 
habe am Ausgang saubere 180V. Das Bild gate_feedback_good_noLoad.png 
zeigt den Kurvenverlauf ohne zusätzliche Last, 
gate_feedback_good_Loaded.png mit 8.2k Last gemäß Stromlaufplan.

Vielen Dank besonders an Helge und Sascha, der Hinweis war zielführend. 
Aber auch Danke an alle Anderen für Eure Unterstützung.

Jetzt habe ich nur noch das Problem, dass der Trafo unter Last akut Lärm 
produziert, aber ich denke, DAS ist dann echt ein Problem für sich...

Also jetzt regelt der Baustein, wie er soll, und ich kann mich jetzt 
auch an die Strombegrenzung machen... :)

Gruß, Christian

: Bearbeitet durch User
von Sascha (Gast)


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Das lärmen des Trafos kommt warscheinlich daher, weil du den Trafo 
diskontinuierlich fährst (vgl. MaWin). Das bedeutet dass der Strom durch 
den Trafo Null wird, bevor der MOSFET wieder einschaltet. Dadurch 
klappern dann die Windungen und der Kern. Abhilfe schafft nur ersaufen 
in Epoxy o.ä. oder Schaltfrequenz/Induktivität des Trafos erhöhen. 
Dadurch wird aber die Regelung schwieriger, weil dann ein zusätzlicher 
Parameter (die sog. right-halfplane-zero, RHPZ) dazukommt.

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