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
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
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
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
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.
