Hallo Freunde diese Forums, ich möchte eine Gleichspannung von 325V (+/-10%) mit starkem Ripple (wegen Graetzgleichrichtung + 100uF) auf 565V (+/-10%) transformieren. Eine galvanische Trennung ist nicht erforderlich. Der Wirkungsgrad sollte wegen der großen Leistung hoch sein (95% bei Nennlast), der Leerlaufverbrauch der Schaltung ist nachrangig. Die Belastung der Schaltung liegt zumeist im Bereich von 50% bis 100%, Teillast unter 50% kommt kaum vor. Eine 50Hz Trafolösung scheidet wegen des Gewichts aus. Kurzschlußschutz ist nicht erforderlich, Übertemperaturabschaltung schon. Es sollen auch keine speziell gewickelte Induktivität oder Übertrager verwendet werden, sondern nur Bauteile, die als Standard beim Händler im Regal liegen. Ausserdem bevorzuge ich aus Kostengründen und wegen des Platzbedarfs eine integrierte Lösung mit externem Schalttransitor (gerne n-Kanal MOSFET), also keine Lösung ausschließlich aus diskreten Bauelementen. Mein Erfahrung beschränkt sich auf diesem Gebiet bisher auf eine Schaltung mit einem Buck-Boost-Schaltregler LM2574HV mit Vorregler von 120V auf 5V bei 90mA. Es fällt mir schwer, aus dem Durcheinander der Bezeichnungen erstmal die passende Topologie herauszufinden. Nach meinen Recherchen gibt es wohl folgende Schaltreglertopologien (https://de.wikipedia.org/wiki/Gleichspannungswandler) Sympathisch sind mir die Ladungspumpen, weil Kondensatoren als Speichereelemente ein überschaubares Verhalten zeigen (z.B. kein Sättigung wie bei einer Drossel). Ich konnte jedoch nur Lösungen für kleinste Ströme und minimale Spannungen und ohne externem Transistor finden Bei den Lösungen mit einfachen Induktivitäten springt mir die Lösung mit dem Aufwärtswandler (Boost Converter) ins Auge. Wie würdet Ihr vorgehen? Hier meine Idee: Der Aufwärtswandler besteht aus einer Drossel, einer schnellen Schaltdiode, einem Transistor als Schalter, einem Tiefpass am Ausgang (Blockkondensator), einem Spannungsteiler für die Regelung der Spannung und einer integrierten Elektronik zur Ansteuerung des Schalters. Die Versorgung der integrierten Elektronik z.B. UC3842 oder etwas Neueres erfolgt getrennt durch eine 12V Spannung. +325V-----------------------------| Drossel | +12V –--------| |--Diode--|-----565V------|--o –-----|--------- –------ / | R1 Ansteuer | \ Tr Kondensator | elektronik z.B. | | | R2 UC3842 o.ä. | | | | | | | GND-------------------------------|---------|---------------|--o Besondere Anforderungen zur Verbesserung des Wirkungsgrades: Niederohmige Drossel, schnelle Schaltdiode, low ESR Elko Meine Frage: - Gibt es bessere Ansätze? - Wird es Probleme geben bei der Bauelementeauswahl, z.B. schnelle Schaltdiode vs. hoher Strom vs. Schaltfrequenz vs. hohe Spannung - Ist ein Wirkungsgrad von 95% bei Nennlast realistisch? Die hauptsächlichen Verluste sollten am Transistor und an der Schaltdiode und evtl. am Kondensator auftreten, was meint Ihr? Vielen Dank für Euer Feedback laedi
Du schreibst ja selber, das Du transformieren willst, das geht halt nicht ohne Transformator oder Speicherdrossel. Ein Transformator ist halt groß und schwer, funktioniert bei der Leistung aber prima. Eine Specherdrossel würde für sich leichter, doch da kommen noch unzählige BE und Kühlkörper zusammen, bei der Leistung auch nicht gerade leicht. Das zum Gewicht.... Zur Funktion: Ein Trafo ist ein ausgereiftes Teil, sicher und verfügbar, eine SNT-Schaltung muss für diese Leistung schon gut entwickelt sein. Deine Skizze oben ist nichtmal von der Idee her zu gebrauchen, es fehlt alles, was sowas betriebsfähig macht (Snubberglied, Anlaufschaltung, Übervoltbegrenzung......) Gibt es vielleicht im Industriesektor auch fertig, kannste bestimmt einen Kleinwagen für hinstellen ;-) Warum also nicht gleich die offenbar vorhandene Wechselspannung hoch transformieren (ja, mit Trafo)? @Hinz, Motor? Du schreibst in Rätseln... Old-Papa
Lieber laedi Hört sich interessant an was du vorhast, jedoch ist das noch ein ziemlich waghalsiges Projekt das du da vorhast. Selbst erfahrene Ingenieure haben ziemlichen Respekt wenn es um solche Leistung geht. Dein Vorschlag für einen Boost Schalter würde ich dir nicht empfehlen, da diese nicht für diese Leistungsklasse geeignet sind. Ladungspumpen sind für sehr kleine Leistungen gu^t. Ich empfehle dir einen Schaltregler. Besonders die von Texas Instruments da diese gute Erklärungen für das Berechnen und Designen der Schaltung. Link: http://www.ti.com/lsds/ti/power-management/pwm-resonant-controller-products.page Da du dann mit hohen Frequenzen werden die Baugrösse des Transformators und den meisten Induktivitäten sehr klein ausfallen. Eine Frage noch: Machst du das alles selber wegen dem Lern- und Spasseffekt oder geht es einfach um ein Produkt das funktionieren soll. Weil du sonst am besten fertige Schaltnetzteile dafür kaufen kannst. gruss Sebi
Old Papa schrieb: > Motor? Du schreibst in Rätseln... Es riecht doch sehr nach den zwei üblichen Zwischenkreisspannungen bei Frequenzumrichtern.
Vielen Dank schonmal fürs erste Feedback, hier ein paar Kommentare und Ergänzungen: 1) Ja es handelt sich um die Zwischenkreisspannungen beim FU, bei der Leistung naheliegend :-)...okay, es könnte auch die Spannungsversorgung für einen kleinen Mittelwellensender mit Röhren sein, dann würde ich aber die Trafolösung bevorzugen. 2) "Motor im Dreieck schalten" wäre nur eine Teilösung :-) 3) Ein Trafo, einphasig, von 230V auf 400V für 2kW ist ein gewichtig Ding, Wahrscheinlich benötigt man sogar ein Wagen zum Transport. Ansonsten stimm ich old-papa zu, ein Trafo ist ausgereift, überlastfest, alltagstauglich. Nur ist er zu schwer und in der Größe zu teuer, selbst in Spartrafoschaltung. 4) Ich mache es wegen des Lern- und Spasseffekts und wegen Schranks Gesetz (wenn es das wirklich gibt): "Wenn es nicht funktioniert, mach es größer" Siehe auch: http://www.serious-technology.de/Ernsthafte%20Kaskade.htm bzw. in der Umkehrung: Wenn Du willst, dass es funktioniert, mach es gleich größer. Wäre es nicht mal interessant, herauszufinden, ob diese kleinen integrierten Schaltregler auch bei größeren Anforderungen nutzbar sind? Ich erwarte EMV Probleme und evtl. unsauberes Aussteuern des Mosfet durch Einkopplung am Gate usw. Mein erste Schritt wird sein, so einen Schaltregler mit meiner externen Beschaltung in Spice zu simulieren. Ich werde hier berichten. Gruesse, Laedi
laedi schrieb: > 3) Ein Trafo, einphasig, von 230V auf 400V für 2kW ist ein gewichtig > Ding, Wahrscheinlich benötigt man sogar ein Wagen zum Transport. Eine Kiste Bier ist schwerer.
> mit starkem Ripple (wegen Graetzgleichrichtung + 100uF) auf 565V (+/-10%)
transformieren.
Was soll das ? Bei dieser Leistung benoetigt man eh PFC. Der Kondenser
ist aber sowieso viel zu klein. Und ich wuerd dreiphasig am Eingang
arbeiten wollen. Da ist viles viel einfacher.
laedi schrieb: ... > 3) Ein Trafo, einphasig, von 230V auf 400V für 2kW ist ein gewichtig > Ding, Wahrscheinlich benötigt man sogar ein Wagen zum Transport. > Ansonsten stimm ich old-papa zu, ein Trafo ist ausgereift, überlastfest, > alltagstauglich. Nur ist er zu schwer und in der Größe zu teuer, selbst > in Spartrafoschaltung. ... > Gruesse, Laedi Ich hab da genau noch einen solchen als LL liegen (galvanisch getrennt, 220 auf 380, also älter) Den möchte ich nicht unerwartet auf dem Fuß haben, tragen geht aber noch problemlos. Schätze so um die 15-20kg. Allerdings ist eine Lösung für einen FU-Zwischenkreis wohl "etwas" anders aufzubauen! Old-Papa
Gleichspannung transformieren? Nee! Gleichspannung wird (spanlos)umgeformt!
Ich versteh den Sinn der Gewichtseinsparung nicht, wenn es um eine Motor-Anwendung geht. Oder willst Du den 2kW Motor auch noch auf 100 Gramm zurechtstutzen? Viel Spaß. Was ich probieren würde wäre einfach eine mehrphasige PFC-Schaltung. Die schafft die 2kW Dauerstrich locker und der Wirkungsgrad ist auch nicht so schlecht. Ich glaube ein Kumpel hat noch sowas für 3kW aus einem alten Servernetzteil rumliegen. Man müßte sie nur für 600V auslegen, ggf. andere FETs, andere Dioden, unter Umständen auch Neuwickeln der Spulen.
laedi schrieb: > ich möchte eine Gleichspannung von 325V (+/-10%) mit starkem Ripple > (wegen Graetzgleichrichtung + 100uF) auf 565V (+/-10%) laedi schrieb: > 3) Ein Trafo, einphasig, von 230V auf 400V für 2kW ist ein gewichtig > Ding, Wahrscheinlich benötigt man sogar ein Wagen zum Transport. > Ansonsten stimm ich old-papa zu, ein Trafo ist ausgereift, überlastfest, > alltagstauglich. Nur ist er zu schwer und in der Größe zu teuer, selbst > in Spartrafoschaltung. Delon: http://elektroniktutor.oszkim.de/analogtechnik/an_pict/delon.gif LG old.
Also mit einem Boost Wandler sollte das schon gehen. Klar muss man wissen was man tut, aber die sind auch in der Regel recht leicht zu beherrschen. Das einzige ist, die sind nicht Leelauffest. Also da muss man aufpasse. Mit am besten drei Phasen und die interleaved betrieben. Da gibt es wie schon erwähnt PFC Bausteine von Texas Instruments wie den UCC28070. Die Drosseln kannst du leicht selber wickeln. Als Kern eine ETD59 Kern und parallel Lackdraht drauf. Wenn das nicht galvanisch getrennt sein muss, dann muss der Draht auch nur die einfache Isolation haben. Aber wie gesagt, man sollte trotzdem wissen was man da tut! Gruß, Jens
Klar sind die Dinger leerlauffest. Bei der Leistung muß das Ding sowieso geregelt werden, sonst grillt es es alles, was man daran anschließt.
Hi, eine PFC wäre da schon angebracht. Bei 525V am Ausgang aber auch schon kniffelig wegen der EMV. Als Diode kommt da nur eine SiC in betracht. Von der Leistung ist 2kW ohne Probleme machbar, das geht mit einem E44 Ferrit Kern. Generell ist aber da ein sauberes Layout gefragt. Handverdrahtet geht da nicht mehr. Ein TI2818 funktioniert recht gut. Das ganze in Dreiphasentechnik ist ein technischer Overkill. Zudem der TO ja so wie es aussieht nur einphasig ankommt und für 2kW braucht es das wirklich nicht.
Was soll denn der Motor hinter dem FU später antreiben? Welche Nenndrehzahl wird denn angestrebt? Kommt der FU womöglich mit nur 380 - 400V Zwischenkreisspannung klar? Dann könnte unter Umständen eine Standard PFC für 230V ihren Dienst tun. Im Fingerforum hat kürzlich günstig einer parallelschaltbare PFC-Module von ACDC mit 1,6kVA Peak angeboten... www
Schmeiß mal die Suchmaschine nach "esab caddy tig 2200i ac/dc service manual" an. In dem Schweißgerät ist eingangsseitig eine PFC-Stepup auf 385V bei mehreren kW Leistung verbaut. Vielleicht hilfts ja bei deinem Projekt. www
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Hallo Freunde diese Forums, vielen Dank für das weitere Feedback. Und ja: PFC, Softstart und Spannungsstabilität bei Leerlauf muß ich unbedingt berücksichtigen. Für mich zum besseren Verständnis habe ich einen dieser Schaltregler, diesmal von LT genommen und die Anschaltung gemäß Datenblatt in LTSpice konfiguriert. Dann habe ich die Schaltung nach meinem Verständnis verändert und Spannung und Spannungsteiler im Schaltregler langsam angepasst. Was rausgekommen ist, seht Ihr im Bild. Ich bin selbst erstaunt, dass es - zumindest in der Theorie - schon mal funktioniert. Ob der Schaltkreis (sagt man das überhaupt noch so?) in LTSpice richtig abgebildet ist, kann ich nicht sagen. Das Modell zum LT3758 stammt von Linear Technology selbst, ich denke deshalb, dass sie ihre eigenen Produkte vernüftig in einem Simulationsprogramm abbilden können. Ich habe bei einer Last von 750W eine Spannung von ca. 500V erreicht. Bei geringerer Last ist die Spannung 10% höher, das zeigt mir schon mal, dass die Schaltung nicht optimal ist. Die SiC Schottky Diode ist hoffnungslos überfordert, ich hatte jedoch keine andere im Modellkatalog von LTSpice, denke aber, dass eine größere Diode mit höhere Sperrspannung kein Problem sein sollte. Die Verlustleistungen an Diode und Transistor betragen jweils so um die 2..5W. Die Gatespannung am LT3758 scheint auf 7V begrenzt zu sein, d.h. der Transistor sollte bei 6V schon ordentlich ausgesteuert sein, d.h. man muß sich den passenden Transitorschalter sogfältig aussuchen. Auch die Induktivität sollte passend ausgesucht sein, um Sättigung zu vermeiden. Ziel war es, 565V und 2kW zu erreichen. Im ersten Wurf habe ich - in der Theorie - 500V und 0,75kW erreicht. Es gibt also noch zu tun. Zur Erläuterung: hellblau: Eingangsspannung 325V mit starkem Ripple rot: Ausgangsspannung blau: aufgenommene Leistung grün: abgegebene Leistung beste Gruesse, laedi PS Haftungsausschluß: Die angegebene Schaltung arbeitet mit hohen Spannungen bei gleichzeitig hohen Strömen und ist gefährlich. Die abweichende Beschaltung führt evtl. zu einem anderen Verhalten des LT3758. Ein ungeprüfter Nachbau wird nicht empfohlen. Vorschriften sind einzuhalten.
Lesenswert: ST hat ein 3kW Evalboard, das zeigt recht gut um welche Dimensionen es sich handelt: http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/data_brief/DM00055540.pdf http://www.st.com/st-web-ui/static/active/en/resource/technical/document/user_manual/CD00223407.pdf Etwas spannungsfesterer Mosfet, evtl. auch IGBT, Drosseln und Kondensatoren etwas angepasst, dann ist das genau was Du auch willst. viel Erfolg Hauspapa
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