Hallo zusammen,
ich möchte mir, zunächst aus reiner Freude an der Erkenntnis, einen
Push-Pull Wandler bauen. Die Spezifikation wäre 12V Eingang und 2*24V
mit max. 1.5A (nicht kontinuierlich, Audioverstärker als Last). Ich
Würde dazu den UC3524 verwenden wollen. Als MosFet habe ich den
csd18502kcs von TI. Der Kern der mir zur Verfügung steht hat ca 6cm
Außendurchmesser, 3,5cm Innendurchmesser und eine Dicke von etwa 1,4 cm.
Ich werde die Schaltung aus dem Datenblatt für meine Zwecke verwenden
und das Übersetzungsverhältnis des Trafos sowie den
Feedback-Spannungsteiler anpassen für 24V Ausgangsspannung.
Meine Frage ist jetzt, wie lege ich grundsätzlich (auch mit
Theorie/Mathematik) einen solchen "Ringkerntrafo" aus? Wie bestimme ich
die Anzahl der Windungen? Immerhin kann ich das 1:2 Verhältnis aus einer
ganzen Reihe wählen. Mir fehlt leider noch der Überblick auf was es
genau ankommt und wofür sich bei den jeweiligen Anwendungen wie Step-Up,
Step-down (Energiespeicherung in der Magnetisierung des Kerns?) und dem
Push Pull (wie regulärer trafo?) im speziellen gekümmert werden muss.
Mein Bisheriger Stand:
Ich brauche keinen Luftspalt da beim Push-Pull Strom in Primär und
Sekundärwicklung gleichzeitig fließen und keine Energie im Kern/Spalt
gespeichert werden muss
Ich brauche Ferritmaterial um auch bei Schaltfrequenzen im kHz Bereich
arbeiten zu können.
Zusammenfassung Frage:
Wieviele Primärwindungen brauche ich und wonach richtet sich das?
Ich bin dankbar für alles was es an Input zu dem Thema gibt damit ich in
Zukunft etwas sicher im Umgang mit den ganzen Induktivitäten bin.
> Wieviele Primärwindungen brauche ich und wonach richtet sich das?
Das kommt auf die Schaltfrequenz und Eingangsspannung an. Weißt du wo
dein Kern verbaut war? Wenns ein Schaltwandler war, welche Topologie,
wieviele Windungen und welche Schaltfrequenz? Daraus kann man die
benötigten Windungszahlen errechnen.
Wenn du dir nicht absolut sicher bist ob sich dein Kern für Flusswandler
eignet, nehm dir ein altes PC-Netzteil und schlachte den Trafo aus. Hier
kannst du dann Windungszahlen zählen und die Schaltfrequenz messen bzw.
anhand von Bauteilwerten bestimmen.
Eine Regelung brauchst du nicht unbedingt für Audioverstärker.
Herkömmliche Trafos sind ja auch nicht geregelt. Kommt aber auch drauf
an wie "hart" deine Versorgungsspannung für den Wandler ist.
Statt den 2N4150 solltest du MOSFETs mit diskreten Gatetreibern aus je
einem BC327 und BC337 nehmen.
Christoph K schrieb:> Wie bestimme ich> die Anzahl der Windungen? Immerhin kann ich das 1:2 Verhältnis aus einer> ganzen Reihe wählen.
Ausser den Kerndaten wie µ_rel, Sättigungsmagnetisierung, Fläche und
Länge der Magnetfeldlinien, ersatzweise auch dem Al-Wert, ist dafür
hauptsächlich die Spannungs-Zeitfläche des Impulses maßgebend.
Je höher die Frequenz, umso höher kann also auch die Spannung pro
Windung sein, bevor der Kern in die Sättigung gerät.
Bei Frequenzen bis zu wenigen kHz verwendet man anstatt Ferrit besser
Eisenblechkerne, weil die durchweg höhere µ und weitaus höhere
B_sat-Werte haben. Nachteilig ist allerdings die Geräuschentwicklung bei
so niedrigen Frequenzen.
Ich empfehle dir zunächst einmal die Glättungsdrossel zu berechnen, denn
dabei sind ganz ähnliche Überlegungen erforderlich wie für den
Übertrager.
Danke für die Antworten.
Der Kern ist aus einem Schaltregler der mit etwa 100kHz betrieben wurde.
In der Applikation wurden mehrere Vsek damit erzeugt.
Ich habe aber keine weiteren Daten zum Kern und möchte auch diesen Kern
verwenden da ein anderer jetzt nicht ohne weiteres zu beschaffen ist.
>Statt den 2N4150 solltest du MOSFETs mit diskreten Gatetreibern aus je>einem BC327 und BC337 nehmen.
Wie oben geschrieben werde ich MosFETS verwenden (Logik-Level Typen) Ich
denke die Treiberstufe im IC ist mit 50-100mA start genug das Gate
direkt zu treiben. (Muss es ja nur über 3-5V schaffen da Logic Level
FET). GGf noch ein nicht allzu großer Widerstand von Gate nach Masse um
es schnell genug zu entladen damit nicht beide gleichzeitig Leiten?
Kannst du mir das mit der Spannung/Windung und der Sättigung genauer
erklären?
Grüße
>Hi,>http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/smps.html>Grüße
Ich kann dir nicht ganz folgen welcher Teil dort hilfreich für mich ist.
Nochmal zum verständnis, ich möchte ja KEINE Speicherdrossel oder
Speichertrafo bauen sondern quasi einen Hochfrequenztrafo/Übertrager für
ca. 80-100kHz
>http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/smps.htmlChristoph K schrieb:> Ich kann dir nicht ganz folgen welcher Teil dort hilfreich für mich ist.
Das ist allerdingg bitter wenn man da nicht die Topologie erkennt die
man bauen will.
Ein Tipp: Du sparst ein MosFet-Paar + ein Dioden-Paar ein indem Du einen
Übertrager mit Mittelanzapfungen verwendest und in Kauf nimmst das sich
dafür die nötigen Sperrspannungen verdoppeln.
Na, klingelts jetzt ?
Christoph K schrieb:> ich möchte ja KEINE Speicherdrossel oder> Speichertrafo bauen
Tja, dann werden die Peakströme aber ziemlich dramatische Ausmaße
annehmen wenn Du mit brachialer Gewalt in den Ausgangselko speist.
Lese Dich lieber noch mal in die Theorie ein.
@Michael:
>Das ist allerdingg bitter wenn man da nicht die Topologie erkennt die>man bauen will.>Ein Tipp: Du sparst ein MosFet-Paar + ein Dioden-Paar ein indem Du einen>Übertrager mit Mittelanzapfungen verwendest und in Kauf nimmst das sich>dafür die nötigen Sperrspannungen verdoppeln.>Na, klingelts jetzt ?
Du kannst dir deinen zynismus sparen. Die Website ist für mich erstmal
nicht Hilfreich, da mich im moment NICHT die ausgangsdrossel
interessiert. Ich möchte zunächst den Trafo dimensionieren. Und ich
möchte dafür auch NICHT eine vorgefertigte Formel verwenden sondern die
physikalischen zusammenhänge verstehen. Wenn du dir die Mühe machst in
meinen geposteten SChaltplan zu sehen stellst du fest, dass dort bereits
ein Design mit Mittelanzapfung gewählt ist und auch eine Symmetrische
Ausgangsspannung erzeugt wird.
Was mich jetzt primär interessiert ist wie ich am besten auf eine gute
Zahl für die Primärwindung komme und wie diese von den Größen wie
gewähltes Kernmaterial/Geoemetrie, Eingangs/Ausgangsspannung und
erwarteten Strömen Primär/Sekundär abhängt. Im Prinzip dachte ich ist
folgendes wichtig: Der Magnetisierungsstrom + der Laststrom
sekundärseitig (Übersetzungsverhältnis beachten) fließt durch die
Primärspule. Der Kern darf bei dem dadurch entstehenden magn. fluss noch
nicht sättigen. Soweit richtig? Weiter möchte ich den
Magnetisierungsstrom so gering wie möglich halten oder? Wovon hängt
dieser genau ab? Und gibt es limits hierfür, bzw. wer
beschränkt/bestimmt den Laststrom den ich übertragen kann=?
Christoph K schrieb:> Wieviele Primärwindungen brauche ich und wonach richtet sich das?
Das hast du doch schon selbst erkannt:
> Der Kern darf bei dem dadurch entstehenden magn. fluss noch> nicht sättigen.
Die sich daraus ergebende minimale Windungszahl n=(U*t)/(B*A) muss auf
jeden Fall auf den Kern (U=an die Wicklung gelegte Spannung, t=Zeit
während der die Spannung an der Wicklung liegt, n=Windungszahl,
A=Kernquerschnitt, B=Flussdichteänderung während t).
Man kann auch vom Magnetisierungsstrom ausgehen und erhält dabei idR
eine höhere Windungszahl n=SQRT((U*t)/(Im*AL)) .
Bei deinem Kern bekommt man für B=0,3T, U=12V und t=5µs eine minimale
Windungszahl von 1,2Wdg. Dabei wird aber der Magnetisierungsstrom dIm
mit ca. 11,5A bei (Al=1000) viel zu hoch liegen. Also vergrößert man die
Windungszahl soweit es die Randbedingungen (Wickelraum,
Wicklungsverluste...) erlauben.
Danke ArnoR ! Ich muss es mir später nochmal im Detail anschauen und
werde sicher noch ein Paar fragen haben aber genau nach dem Schema habe
ich mir das vorgestellt. Super!
Christoph K schrieb:> Kann man sagen, dass Magnetisierungsstrom = Verlustleistung bedeutet?
Ja, der Magnetisierstrom fließt aus der Versorgung durch die Schalter
und ist nicht Teil der übertragenen Leistung, er magnetisiert nur den
Kern. Allerdings muss man beachten, dass der keine Konstante ist,
sondern zeitproportional zunimmt. Der oben genannte Wert ist der
Spitzenwert nach t.
@ArnoR:
Ich glaube ich kann das soweit nachvollziehen, allerdings frage ich mich
wie du auf B, also die Flussdichteänderung der oberen Formel kommst?
(Aus den vorhandenen Informationen)
@kfz-audio
Hintergrund ist, dass hochwertige Audioschaltungen, insbesondere
Leistungsstarke Endstufen eben Bipolare Spannungsversorgungen benötigen
(Wenn man nicht massive, vererrungen produzierende, Elkos im Ausgang
benötigt. (Auch kein VDD/2 wie bei vielen Class D)Des weiteren braucht
man im KFZ sowieso, aber auch wenn man z.B. gängige und günstige
Industrieschaltnetzteile verwenden möchte sowieso noch eine Erhöhung der
Ausgangsspannung. Der Push-Pull wandler ist an der Stelle eigentlich
Ideal weil er sowohl die Transformation der Spannungsniveaus als auch
die erzeugung der symmetrischen Spannung übernimmt.
Klar kann man auch Class-D amps mit H-Brücke und unipolarer versorgung
verwenden, aber das ist nicht Frenziel der Übung.
Die 2 möglichen Anwendungen in nächster Zeit.
2 mal 80V DC für Bass-Topteil mit Class-AB Endstufe gespeist aus 24VDC
Industrieschaltnetzteil (günstig erhältlich)
Zum spielen: Subwoofer-Endstufe für meinen Smart 12V -> 2 mal 24V -->Lm
3886 Bridge Mode. Klar kann man auch eine Endstufe kaufen ich will aber
Filter etc. selbst dimensionieren und möchte es einfach selbst
erledigen. Zumal viele käufliche Endstufen auch nichts anderes als eine
Push-Pull architektur intern nutzen.
Christoph K schrieb:> Klar kann man auch Class-D amps mit H-Brücke und unipolarer versorgung> verwenden, aber das ist nicht Frenziel der Übung.
Einfache Halbbrücken mit symmetrischer Versorgung kann man vielleicht
noch im Aftermarket finden. So als Kopie von Konsumer-/Heimgeräten,
bei denen das bis heute üblich ist.
Im professionellen (OEM) Markt gibt es fast nur noch Vollbrücken,
weil es wesentlich günstiger ist, an dieser Stelle mehr Silizium
zu investieren, als in aufwändigere Netzteile.
Da erübrigt sich die Frage nach einer symmetrischen Versorgung
und nebenbei braucht die Versorgungsspannung auch nicht mehr so
hoch zu sein, wie bei einer symmetrischen Versorgung.
Sicher fällt da der LM3886 raus (Halbbrücke), aber dieser Chip ist auch
nicht
für KFZ-Anwendungen entwickelt worden.
Es gibt eine ganze Range an aktuellen Vollbrücken von ST, NXP, Maxim,
usw.
AB- und Class-D.
Dafür wird dann auch nur noch ein einfacherer Booster benötigt.
Soll der LM3886 leistungstechnisch in einer KFZ-Anwendung umgesetzt
werden, wird man um eine Class-D-Lösung nicht herum kommen.
Niemand wird hier eine derart hohe Verlustleistung akzeptieren
und dafür auch noch ein teureres Netzteil zur Verfügung stellen.
Christoph K schrieb:> allerdings frage ich mich> wie du auf B, also die Flussdichteänderung der oberen Formel kommst?> (Aus den vorhandenen Informationen)
Die Flussdichteänderung (0,3T) hab ich doch nicht berechnet, sondern
zugrunde gelegt. Ein guter Leistungsferrit (N87, N97 o.ä.) hat eine
Sättigungsflussdichte von etwa 0,5T, da kann man schon mal 0,3T für die
Beispielrechnung nehmen. Was du da einsetzt hängt natürlich von deinem
Kern und den vorgesehenen sonstigen Bedingungen ab.
kfz-Audio:
Die Konfiguration aus 2 LM3886 in Brücke ist dann eine Class-AB
Vollbrücke. Symmetrische Versorgungsspannung ist IMMER von nöten wenn
der Ausgang frei von Common Mode sein soll und KEINE
Ausgangskondensatoren verwendet werden sollen.
Die meissten KFZ Stufen sind ja mittlerweile sowieso Class-D und kommen
somit gut mit unipolar + Step-up aus... Für einen Subwoofer könnten mir
wohl auch THD+N specs relativ egal sein. Das Ziel ist aber selber bauen.
Das ist auch kein kommerzielles Projekt. Sondern ein Einsteig ins Thema
Push-Pull Wandler.
Wer gute Lautsprecher hat oder baut und wert auf Qualität und nicht auf
Bassgewummer legt braucht in einem KFZ auch keine x KW Leistung. Und die
LM3886 müssen in Punkto Klangqualität erstmal geschlagen werden von den
Car Audio schachteln. Wie gesagt es geht nicht darum möglichst billig x
KW zu erzeugen um eine schlech optimierte Basskiste zum hüpfen zu
bringen.
Christoph K schrieb:> Die Konfiguration aus 2 LM3886 in Brücke ist dann eine Class-AB> Vollbrücke. Symmetrische Versorgungsspannung ist IMMER von nöten wenn> der Ausgang frei von Common Mode sein soll und KEINE> Ausgangskondensatoren verwendet werden sollen.
Bei Ihrer Vollbrücke aus 2x LM3886 hat die Last eben keinen
Massebezug mehr. Das ist bei allen Vollbrücken so.
Genau in diesem Fall (was Sie ja sowieso vor haben) benötigt man
keine symmetrische Versorgung mehr.
Hier ein Beispiel, wie das dann integriert aussieht (also das,
was Sie ungefähr nachbauen werden):
http://www.st.com/web/catalog/sense_power/FM1934/SC1761/PF253951?s_searchtype=partnumber> Die meissten KFZ Stufen sind ja mittlerweile sowieso Class-D und kommen> somit gut mit unipolar + Step-up aus... Für einen Subwoofer könnten mir> wohl auch THD+N specs relativ egal sein.
Das ist richtig. Im Vergleich zu Mitteltöner- und Hochtöner-Kanälen.
> Das Ziel ist aber selber bauen.> Das ist auch kein kommerzielles Projekt. Sondern ein Einsteig ins Thema> Push-Pull Wandler.
Dann muss man trotzdem nicht den Blick aufs Ganze verlieren.
Wenn Sie die Leitung von (wieviel auch immer, ~50W/8Ohm?) benötigen,
dann wäre meine Empfehlung, sich im Bereich von Class-D-Enstufen-ICs
umzusehen, mit Single-Supply-Versorgung.
Ob Sie nun Ihre Zeit in die Entwickung eines Step-Ups stecken oder
in ein PushPull-Netzteil, sollte doch egal sein.
Oder ist ein StepUp zu einfach?
> Wer gute Lautsprecher hat oder baut und wert auf Qualität und nicht auf> Bassgewummer legt braucht in einem KFZ auch keine x KW Leistung. Und die> LM3886 müssen in Punkto Klangqualität erstmal geschlagen werden von den> Car Audio schachteln. Wie gesagt es geht nicht darum möglichst billig x> KW zu erzeugen um eine schlech optimierte Basskiste zum hüpfen zu> bringen.
Habe ich auch nie behauptet. Es macht aber keinen Sinn, Technologie
einzusetzen, die im Vergleich zu aktuellen Möglichkeiten viele Nachteile
mit sich bringt. Ein Class-D-Endstufen-IC ist für genau Ihre Anwendung
(Subwoofer) die ideale Wahl.
Wie auch immer, ich wollte Ihnen nur eine andere Möglichkeit aufzeigen.
Muss mich jetzt weiter um Verstärker für unsere OEMs kümmern.
Der SG3524 hat eine Ausgangsbeschaltung, die eher für die Ansteuerung
von Bipolartransistoren gedacht ist. Natürlich bekommt man "irgendwie"
auch Mosfets damit angesteuert.
Der SG3525 hat gleich push-pull-Ausgänge, das vereinfacht das ganze.
Da du über deinen Kern wenig weißt außer der früher verwendeten
Frequenz, einfach ein paar Windungen drauf und mit dem Oszilloskop
anschauen. Mittelpunkt und +12V über Widerstand verbinden. Als Last eine
Wicklung mit ein paar Windungen mit Widerstand abschließen. Bei zu wenig
Windungen am Eingangskreis sieht man am Widerstand einen stark
rampenförmigen Stromverlauf am Widerstand. Für ein experimentell
aufgebautes Einzelstück und gerade zum Lernen kann man das mal machen.
Ich würde mit 2 x 3-4 Windungen für die Eingangsseite anfangen und den
Versuch mit der höchsten zu erwartenden Spannung betreiben.
Die Wicklung auf der Ausgangsseite ergibt sich aus
(N1 * Ua(max) / Ue(min)) + Verluste + Reserve.
NB: Ausgangsdrossel ist notwendig. Deine Schaltung produziert sonst
unnötig viel Wärme und Störungen. Für Bastelzwecke überschlägig ab halbe
Kerngröße des Übertragers. Wenn du eh experimentell aufbaust, kannst du
dir die Stromverläufe ja einmal mit und einmal ohne anschauen.
So, ich habe den Wandler jetzt aufgebaut. Mit einem Windungsverhätlnis
von 3:7 Windungen (0,75 Litze). Da ich ja den UC3524 nutze der quasi
einen einzelnen NPN mit offenen C und E als Ausgang hat ist natürlich
die Schaltgeschwindigkeit der MosFETS nicht allzu hoch.Ich habe deshalb
ca. 28kHz als Schaltfrequenz momentan. Alles noch ohne Feedback. Als
Ausgangsspannung sehe ich 32.5V (Mittelanzapfung sekundär offen.
Einweggleichrichtung + Elko zwischen den Windungsenden --> 7+7, 9V
Eingangsspannung).
Der Kern erwärmt sich (nur 8.6k Last) 5-7°C über Raumtemperatur. Liegt
es daran, dass die Schaltfrequenz nun zu niedrig ist für diese
Windungszahl?
Eingangsstrom 250mA.
Wohin verschwindet diese Leistung? Sind das Verluste im Kern? Kann mir
jemand den Mechanismus dieser Verluste erklären?
Christoph K schrieb:>> Wohin verschwindet diese Leistung? Sind das Verluste im Kern? Kann mir> jemand den Mechanismus dieser Verluste erklären?
Da musst Du wohl schon etwas mitteilsamer in den Details sein, wenn Du
eine gescheite Antwort haben willst:
-Was für Ein Trafo /Kernformat/effektiver Querschnitt
-Wieviele Windungen? Was für Draht (HF-Litze?)
-wie sieht der Sekundärkreis genau aus
-Was für eine Last
Davon mal abgesehen halte ich eine PWM-gesteuerte push-pull-Schaltung
für eine ausgesprochen schlechte Lösung, vor allem, wenn Du die
Ausgangsdrossel partout einsparen willst.
Die Chancen, dass es bei größerer Last dann mal Bumm macht, stehen
ziemlich gut.
@voltwide
die meißten Infos die du suchst stehen im Verlauf des Threads. Mir fällt
so spontan keine besser Lösung ein um eine bipolare Ausgangsspannung
>Uein zu erzeugen.
Kernformat sieh oben: 6cm Außendurchmesser. 3.5cm Innendurchmesser,
1.4cm höhe
Kernmaterial: Ferrit, genauere Daten nicht vorhanden, Stammt aus
Schaltregler mit 70-100kHz und >100W Leistung.
Litze, Keine HF Litze, läuft momentan mit 50kHz. 0.75^2mm
Windungen 3:7 --> 3 primär, 7 sekundär.
Geplant: +-24V 1A aus 12V in. Momentan: 9V in --> etwa 16Vac * 2 Aus ->
Last ist ein Halogenspot. Den Juckt die Form des Ausgangssignal erstmal
wenig. Keine kapazitive Last. Aktuell auch noch kein Feedback. Sondern
45% + 45% Pulsweite. Mit dem Spot habe ich 1.6A am Ausgang.
Wer sich also die Mühe macht zu lesen vor dem Motzen würde in der Lage
sein die allermeisten Informationen zu finden.
Das hört sich doch gut an für den Anfang.
Auch ein Ringkern hält nicht das ganze magnetische Wechselfeld im
Kernmaterial, wenn die Wicklungen an verschiedenen Stellen sitzen. Mit
der Anordnung der einzelnen Wicklungen auf dem Kern dürfte sich der
Verlust noch etwas drücken lassen. Experimentier mal mit parallel
aufgebrachten Eingangswicklungen und der Verteilung dieser Wicklungen
auf dem Kern. Hast du ein Oszilloskop zur Verfügung? Damit läßt sich gut
herausfinden, was grad in deinem Kern passiert.
Vielleicht kommst du bei niedriger Schaltfrequenz besser hin mit einem
Wicklungsverhältnis von 4:10, dann ist auch noch etwas Reserve da bei
Belastung. Läßt sich ja alles ausprobieren.
