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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Fragen zur Funktion eines konkreten Schaltreglers


Autor: ghl (Gast)
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Hallo,

ich habe ein paar Fragen zur Funktion des Schaltreglers der in den 
angehängten Bildern zu sehen ist. Ich habe den Schaltplan mal in LTSpice 
übertragen und den Schaltplan sowie die den Spice-Circuit mit angehängt.

Der RC-Snubber über D2 und der Snubber-Cap über Q2 ist von mir 
hinzugefügt um die Transienten zu begrenzen, da sonst die Simulation 
recht langsam ist.
R5 dient dazu die Sekundärseite auf ein definiertes DC-Potential zu 
legen.
Die Induktivitäten sind mit einer Dimensionierung eines entsprechenden 
Wandlers nach Schmidt-Walter [0] so hingeraten.

Mein Verständnis soweit: Es handelt sich um einen Flyback-Wandler <5W. 
Auf der Sekundärseite richtet D2 gleich und C3 glättet. Die 4,3V-Zener 
D3 dient in Verbindung mit dem Optokoppler U1 und R3 zur "Regelung" und 
Begrenzung der Ausgangsspannung.

Auf der Primärseite glättet C1 die von D1 einweggleichgerichtete 
Netzspannung. Q2 ist das Primäre Schaltelement und R1 liefert den Strom 
um Q2 zum leiten zu bringen. R2 und Q1 begrenzen den Strom durch Q2 auf 
~40mA, also cycle-by-cycle current limiting. U1 bildet mit Q1 eine 
Darlingtonstufe zur Regelung der Sekundärspannung. Über eine weitere 
Wicklung wird über R3 und C2 Q2 abgeschalten.

Soweit mein Verständnis. Wie bestimmt sich jetzt die Schaltfrequenz und 
der Duty-Cycle der Wandlers? Ich vermute beide müssen mit C2 und R3 
zusammenhängen. Hängt da auch noch die Induktivität von L1 und L2 mit 
drinnen? Oder kann man das nicht ohne Weiteres einfach Berechnen?

Durch Messung habe ich festgestellt, dass die Ausgangsspannung sehr 
"weich" ist. Als Flyback ist der Wandler ja prinzipiell erstmal 
unbedingt kurzschlussfest. Würdet ihr das auch dieser Implementierung 
zutrauen? Wie würdet ihr die Überlastverhalten der Schaltung 
voraussagen? Ich weiß - ich könnte es ausprobieren, ich möchte aber das 
Teil nicht mutwillig zerstören.

Danke für Eure Zeit und eure Beiträge.

[0] http://schmidt-walter.eit.h-da.de

Autor: Marek L. (mareklew)
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Auf den ersten Augenblick schätze ich, dass die Schaltfrequenz durch die 
Sättigung vom Kern definiert werden könnte. Solange das Feld aufgebaut 
wird, liefert L2 ne positive Spannung, wenn der Kern sättigt, bricht die 
zusammen und sägt den Q2 über C2 ab. Die Umladezeit Q2 definiert, wie 
lange der Strom in die Sekundärseite fließen kann.
Nur ne Vermutung...
Gruß,
Marek

Autor: ghl (Gast)
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Hm. Der Strom durch R1 ist ~65uA bei 325V. Bei einem hfe von 5 - 100 
würden 0.325mA - 1.3mA fliessen. Kann es sein, dass L2, R4, C2 der 
Mitkopplung dienen um Q2 aufzusteuern? R2/Q1 würde dann bei erreichen 
von 40mA Q2 den Basisstrom wegzapfen. Falls das nicht passiert, wird Q2 
geschlossen, sobald C2 leer ist.

Autor: Jan K. (madengineer)
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Das ganze eine gewisse Ähnlichkeit zu den ganzen selbstschwingenden 
Sperrwandlern, wie man sie aus den Kamerablitzen kennt. Dort ist aber 
die Feedbackwindung in Reihe mit dem Basisvorwiderstand.

Das ganze passt auch zu dem selbstschwingenden Flusswandler von dieser 
Seite hier:
http://www.joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap8/Kapitel8.html (Bild 8.1C)

Der Shunt R2 mit dem Transistor Q1 könnte eine Art Strombegrenzung sein 
für den Ausgang und der Q1 könnte den Strom des Optokopplers mit 
Verstärken.


Hoffentlich willst du diese Netzteil nicht ernsthaft benutzen.
Die typischen gefährlichen Schwachstellen die man bei den chinesischen 
Billignetzteilen findet, gibt es auch hier. Der Isolationsabstand an den 
Entstörkondensator zwischen Primär und Sekundörseite ist durch die 
Leiterbahnen sehr gering. Der Kondensator selber ist garantiert kein 
Y-Kondesator. Wie gut die Isolation des Trafos ist kann man gar nicht 
abschätzen. Ebenso fehlt eine Sicherung oder dessen Ersatz (fusible 
resistor). Aber auf jedenfall ein nettes Studienobjekt hast du da :-)

SChöne Grüße
Jan

Autor: Peter R. (pnu)
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Gerade wenn man den Aufbau eines solchen Schaltnetzteils sieht, weiß 
man, warum der Zoll solche "Kunstwerke" abfangen muss.

 Da ist ja wirklich Null Rücksicht auf Funktionssicherheit oder 
elektrische Sicherheit genommen worden.

L1,L2,L3 sollten doch eigentlich Teilwicklungen des Transformators sein?
und keine separate Induktivitäten.

Autor: Jan K. (madengineer)
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Peter R. schrieb:
> Gerade wenn man den Aufbau eines solchen Schaltnetzteils sieht, weiß
> man, warum der Zoll solche "Kunstwerke" abfangen muss.

Ja das ist für den Otto-Normal-Verbraucher auch mehr als sinnvoll, da 
sie die Risiken nicht, geschweige denn erkennen können.
Aber wenn die zu radikal durchgreifen, haben wir als Bastler es auch 
schwer und sind auf den Ermessensspielraum der Zöllner angewiesen.
Ich persönlich Schraube alles was ich an Spielzeug aus Fernost bekomme 
als erstes einmal auf und schau es mir von Innen an. Besonders schlimm 
sind da die Lithiumionen Lader mit Doppelschacht für 18650. Elektrische 
Sicherheit vergleichbar mit dem oben gezeigen Netzteil und dazu noch 
eine Zenerdiode als einzige Spannungsreferenz um die 4,2V 
Ladeschlussspannung einzuhalten und natürlich beide Schächte hart 
parallel geschaltet.
Bei Lasertechnik ist der Zoll auch immer sehr aufgeregt und mann muss 
sehr viel Überzeugungsarbeit leisten und mit dem 
Laserschutzseminarzertifikat winken, um überhaupt was aufm Zollamt 
rauszubekommen.


Peter R. schrieb:
> eilwicklungen des Transformators sein?
> und keine separate Induktivitäten.

Sind sie, in der Simulation an dem Text "K L1 L2 L3 1", dieser besagt, 
dass alle 3 ideal gekoppelt sind..

Autor: ghl (Gast)
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Jan K. schrieb:
> Das ganze eine gewisse Ähnlichkeit zu den ganzen selbstschwingenden
> Sperrwandlern, wie man sie aus den Kamerablitzen kennt. Dort ist aber
> die Feedbackwindung in Reihe mit dem Basisvorwiderstand.
>
> Das ganze passt auch zu dem selbstschwingenden Flusswandler von dieser
> Seite hier:
> http://www.joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap8/Kapitel8.html (Bild 8.1C)
Hm. Im angehängten asc bzw Schaltbild ist übrigens L3 verkehrt herum für 
einen Flyback. Ich habe es nun in beide Richtungen probiert und 
zumindest in der Simulations ist der Wicklungssinn von L3 für die 
Funktion (fast) egal. Da werde ich denn Wicklungssinn mal vermessen 
müssen.

Jan K. schrieb:
> Der Shunt R2 mit dem Transistor Q1 könnte eine Art Strombegrenzung sein
> für den Ausgang und der Q1 könnte den Strom des Optokopplers mit
> Verstärken.
Sehe ich auch so.

Jan K. schrieb:
> Hoffentlich willst du diese Netzteil nicht ernsthaft benutzen.
Das Gehäuse ist mit 73ct recht günstig. Das bekommt man sonst nicht. 
Dazu noch einen Optokoppler (wenn man dem traut), eine USB-Buchse, ein 
600V NPN (angeblich) und etwas Kleinkram … geht schon. Ich will einen 
Off-Line LED-Treiber mit einem im Regler-IC integrierten MOSFET 
aufbauen. Aber wenn das tatsächlich ein Flusswandler ist, muss ich noch 
einmal etwas nachdenken. Leider ist der Trafokern nicht dokumentiert. 
Diese leidigen Induktivitäten und Übertrager …

> Die typischen gefährlichen Schwachstellen die man bei den chinesischen
> Billignetzteilen findet, gibt es auch hier. Der Isolationsabstand an den
> Entstörkondensator zwischen Primär und Sekundörseite ist durch die
> Leiterbahnen sehr gering. Der Kondensator selber ist garantiert kein
> Y-Kondesator.
Nö, ist er nicht.

> Wie gut die Isolation des Trafos ist kann man gar nicht
> abschätzen.
Dann kann man es immer noch als nicht-isolierte ungefähr-5V-Quelle 
benutzen.


> Ebenso fehlt eine Sicherung oder dessen Ersatz (fusible
> resistor). Aber auf jedenfall ein nettes Studienobjekt hast du da :-)
Ja, aber erstmal eine Sicherung finden die ein geringeres 
Schmelzintegral hat als die Halbleiter oder der Draht der Primärwicklung 
…
Und überhaupt: Sicherungen sind Evolutionsbremsen.

Peter R. schrieb:
> Gerade wenn man den Aufbau eines solchen Schaltnetzteils sieht, weiß
> man, warum der Zoll solche "Kunstwerke" abfangen muss.

Soweit kommt's noch! Mir wurde noch eigenverantwortliches Handeln 
anerzogen. Was bei Überregulation herauskommt sieht man ja beim Ätzen: 
man kann kein H2O2 mehr vernünftig kaufen.

Peter R. schrieb:
> Da ist ja wirklich Null Rücksicht auf Funktionssicherheit oder
> elektrische Sicherheit genommen worden.
Das stimmt so nicht. Auf den Scheibenkerkos steht zumindest "1kV" oder 
"500V". Damit besteht mMn Funktionssicherheit. Ob die Widerstände, um 
die Funktionssicherheit zu erfüllen, Surge aushalten müssen weiß ich 
gerade nicht. Ich bezweifle aber, dass die 0204er (oder was auch immer 
die Bauform ist) können.

Autor: ghl (Gast)
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Ich habe den Trafo jetzt vermessen. Die Hilfspannung auf der primären 
Seite  ist gleichsinnig zur Primärwicklung gewickelt, die 
Sekundärwicklung ist gegensinnig gewickelt. Damit ist es wirklich ein 
Flyback. Ich habe auch gleich noch die Induktivitäten gemessen. Die 
primäre Wicklung hat 1.1mH, die sekundären ~22uH. Die 
Streufeldinduktivität habe ich mit 38uH bestimmt. Damit komme ich auch 
einen Koppelfaktor von 0,967. Den aktualisierten Schaltplan habe ich 
angehängt. Ich habe natürlich vergessen, den Serienwiderstand zu messen 
…

Zur Funktion: Ich bin jetzt mehr oder weniger davon überzeugt, dass R1 
Q2 leicht aufsteuert und über L2/R3/C2 eine Mitkopplung erfolgt. Ist C2 
leer oder ein Strom durch R2 von ~40mA erreicht nimmt der Strom durch L1 
ab. Die im Kern gespeicherte Energie entlädt sich über L3. Die 
Rückinduktion führt einerseits zur Spannungserhöhung über Q2 
(=Flybackspannung) andererseits zum Laden von C2 sowie dem kompletten 
Abschalten von Q2, soweit noch nicht geschehen.

Viele Grüße und vielen Dank für die Beteiligung.

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