Guten Morgen,
ich entwickle einen Gleichspannungswandler im Rahmen meiner
Studienarbeit. Die Eckdaten des Wandlers sind folgende:
Eingangsspannung: 400 V- 600 V
Ausgangsspannung: 12 V
Ausgangsstrom: 0,5 A
Leistung: 6 W
Nun habe ich folgendes Problem und zwar ist die Taktung von dem UC3842
(Datenblatt: http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/UC3842A-D.PDF)
nicht kontinuierlich und von der Spannung zu niedrig.
Die Taktung erfolgt alle 1,5 Sekunden und liegt bei 4,6 V (gelbe
Kennlinie im Oszi-Bild) bei einer Eingangsspannung von 400 V.
Da die Taktung nicht richtig funktioniert können folglich auch nicht die
Ausgangsspannung (grüne Kennlinie im Oszi-Bild) und der Ausgangsstrom
stimmen.
Hat jemand eine Idee, woran das liegen kann?
Anbei sind der Schaltplan und das Layout.
Kurze Info zu dem Layout, dieses ist nicht das komplette Layout.
Es sind noch unabhängige Baugruppen auf der Platine, die aber nichts mit
der Funktion des Wandlers zu tun haben.
Vielen Dank im Voraus und einen schönen Tag.
Beste Grüße
Philipp
Ich finde den Eingangskondensator nicht. Woher bezieht der Transistor
seine (Puls-)Ströme?
Schau Dir mal das Layout von Schaltreglern an, und finde heraus, welche
Leiterbahnen hohe Pulsströme führen, und daher sehr kurz sein müssen.
Diese Grundlagen sehe ich auf der Primärseite nicht umgesetzt.
Auf der Sekundärseite sieht man nicht alle Leiterbahnen auf dem Bild.
JoergL schrieb:> Ich finde den Eingangskondensator nicht. Woher bezieht der> Transistor> seine (Puls-)Ströme?
Der Eingangskondensator ist außerhalb der Platine, da der Wandler nur
ein Teil eines größeren Systems ist. Der Eingangskondensator dient in
dem System als Zwischenkreiskapazität.
> Leiterbahnen hohe Pulsströme führen, und daher sehr kurz sein müssen.> Diese Grundlagen sehe ich auf der Primärseite nicht umgesetzt.
Okay, dann muss ich das Layout überarbeiten.
> Auf der Sekundärseite sieht man nicht alle Leiterbahnen auf dem Bild.
Die Leiterbahnen sind nicht vorhanden, da die Bauteile direkt mit dem
Ground-Polygon verbunden sind.
Philipp schrieb:> Schaltplan.png
Warum zerlegst du denn selbst einen solch simplen Schaltwandler in eine
Haufen von Schaltplan-Bruchstücken? Das ist extrem unübersichtlich und
fehlerträchtig.
Philipp schrieb:> Da die Taktung nicht richtig funktioniert können folglich auch nicht die> Ausgangsspannung (grüne Kennlinie im Oszi-Bild) und der Ausgangsstrom> stimmen.
Das hat mit der Stromversorgung am Pin 7 zu tun.
Bei 6W ist 4700uF viel zu fett, 220...470 uF halte ich für ausreichend.
> Die Taktung erfolgt alle 1,5 Sekunden und liegt bei 4,6 V
D.h Stromversorgung am Pin 7 bricht zusammen (oder sinkt auf
minimum),der Controller schaltet ab.
Die Ursache kann u.a. falsches Windungsverhältnis oder zu fett am
Ausgang demensionierte Elko sein.
Wenn das Windungsverhältnis stimmt, kann man den C12 verkleinern, oder
C9 erhöhen und probieren.
Philipp schrieb:> ich entwickle einen Gleichspannungswandler im Rahmen meiner> Studienarbeit.
Das erste was man an einer Uni lernen sollte:
Nicht solche hingerotzen Wortsuchspiele als angeblichen Schaltplan.
Diese Baugruppen auf einem Blatt sind eine Frechheit gegenüber dem
Leser, grottenfaul seitens des Ersteller muss JEDER Leser die Arbeit
machen wo denn überall diese Worte in den Signalanschlüssen autreten.
Hat er 2 gefunden, weiss er nicht ob es auch einen 3. gibt.
Philipp schrieb:> Die Taktung erfolgt alle 1,5 Sekunden und liegt bei 4,6 V
Klnigt wie das Überstromprinzip: C9 wird über R1 R2 aufgeladen, der
UC3842 macht einen Takt und entlädt dabei C9 wieder weil über D1 noch
keine ausreichende Spannung kommt weil der Ausgang C12 nicht schnell
genug aufgeladen werden kann. Grosse Elkos wirken beim Aufladen wie ein
Kurzschluss, sie nehmen Strom ohne Ende auf.
Warum verbindest Du pin2 des UC mit Primär-GND? Das kann doch garnicht
funtionieren.
Ja, dieser Schaltplan ist schlecht lesbar, da kommt keine Freude auf.
Was ist das eigentlich für ein grauslicher "Schaltplan"?
Ich hoffe mal, du hast das nicht so gelernt.
Das Label-Suchspiel was du da abgeliefert hast mag ein
CAE-Programm beglücken, aber für einen Menschen ist das
weitgehend unlesbar.
Siehe: Schaltplan richtig zeichnen
Frag wieder, wenn du das richtig gezeichnet hast.
Was ich bisher raus gehört habe:
- Layout (kürzere Wege)
- C12 verkleinern oder C9 vergrößern, da die Stromversorgung an Pin 7
zusammenbricht
- wegen der Wicklung: die Spannung an der Hilfswicklung beträgt 14 Volt,
wenn der UC3842 taktet
Der überarbeitete Schaltplan ist im Anhang, ich habe zur
Übersichtlichkeit den GND der Primärkreis hervorgehoben.
Es ist nur noch ein Label vorhanden, ich hoffe das passt so.
Beste Grüße
Philipp
Philipp schrieb:> Eingangsspannung: 400 V- 600 V
Dein R18 hält aber nur einen winzigen Bruchteil davon aus. Und wenn man
schon einen Optokoppler zur Potentialtrennung nimmt, dann legt man nicht
unter das Bauteil zwischen die Beine noch ein paar fette
Leiterbahnen. Und normalerweise sollten sekundärseitig die Leiterbahen
breiter sein, weil dort eher hohe Ströme fließen (aber vermutlich wird
dieses Problem mit der üblichen undurchdachten "Kupferflutmethode"
angegangen)...
Philipp schrieb:> Es ist nur noch ein Label vorhanden, ich hoffe das passt so.
Wenn du jetzt noch das Bauteilsymbol so machst, dass es nicht dem
IC-Gehäuse entspricht, sondern die Pins passend zu den Funktionen
platziert sind, dann werden die ganzen Leitungen, die dieses Symbol
umkreisen, zu simplen kurzen Strichen. So gehören z.B. Vfb und Isense
nach rechts, Vref dagegen nach links...
Lothar M. schrieb:> Dein R18 hält aber nur einen winzigen Bruchteil davon aus.
Der Widerstand ist nur zum Entkoppeln, da sollte nie ein hoher Strom
fließen.
> schon einen Optokoppler zur Potentialtrennung nimmt, dann legt man nicht> unter das Bauteil zwischen die Beine noch ein paar fette> Leiterbahnen.
Danke, werde ich überarbeiten.
> Und normalerweise sollten sekundärseitig die Leiterbahen> breiter sein, weil dort eher hohe Ströme fließen (aber vermutlich wird> dieses Problem mit der üblichen undurchdachten "Kupferflutmethode"> angegangen)...
Die Leiterbahnbreite beträgt 0.6096 mm. Dies sollte bei einem Strom von
0,5 A passen. Laut folgender Quelle:
http://www.pcb-pool.com/download/spezifikation/deu_cmso001_strombelastbarkeit.pdf> Wenn du jetzt noch das Bauteilsymbol so machst, dass es nicht dem> IC-Gehäuse entspricht, sondern die Pins passend zu den Funktionen> platziert sind, dann werden die ganzen Leitungen, die dieses Symbol> umkreisen, zu simplen kurzen Strichen...
Okay, danke für den Tipp, also einfach das Bauteil überarbeiten.
Philipp schrieb:> Der überarbeitete Schaltplan ist im Anhang
Die Polung der Wicklungen stimmt immer noch nicht. Du mußt entweder die
Primärwicklung oder Sekundär- und Hilfswicklung umpolen.
Ansonsten sieht das erstmal OK aus. Wenn der Regler immer noch aussetzt,
häng den Oszi über C9. Dann siehst du, ob es an der Versorgung liegt.
Axel S. schrieb:> Wenn der Regler immer noch aussetzt,> häng den Oszi über C9. Dann siehst du, ob es an der Versorgung liegt.
Das Schaubild sieht so aus.
- Gelbe Kennlinie Versorgung des UC3842 über C9
- Grüne Kennlinie Ausgangsspannung
Und wie gesagt, Schaltregler ohne Eingangskondensator direkt am
Transistor/Trafo kann funktionieren, muß aber nicht.
Es ist schön, daß dieser auf einer anderen Baugruppe sein soll, aber
Zuleitungsinduktivitäten haben schon viele Schaltungen von der korrekten
Funktion abgehalten. Von den auftretenden EMV-Aussendung mal ganz zu
schweigen...
Philipp schrieb:> Der überarbeitete Schaltplan ist im Anhang
Irgendwie ist der Trafo falsch.
Und für 1 (in Worten: Eine) Leitung hat dann die Umwandlung in eine
Linie immer noch nicht gereicht.
Philipp schrieb:> Das Schaubild sieht so aus.
Erkennbar Überlastungsabschaltung des UC3842 wegen Kondensatorwahl, oder
auch weil sowieso keine Leistung über D1 kommt.
Axel S. schrieb:> Die Polung der Wicklungen stimmt immer noch nicht. Du mußt entweder die> Primärwicklung oder Sekundär- und Hilfswicklung umpolen.
Heißt ich muss die Leitungen tauschen?
Philipp schrieb:> Heißt ich muss die Leitungen tauschen?
verrate uns bitte mal, was das für Trafo ist: Kern, Wicklungdaten,
Luftspalt
Außerdem ob die Polungen wie im Schaltsplan stimmen und zuletzt was für
MOSFET? Der STH60N10 hält nur 100V aus.
hinz schrieb:> Zu wenig Versorgungsspannung für den UC3842!
Anhand der Verhältnissen ergibt sich die Hilfsspannung von ca. 13.8V. Es
reicht, denke ich.
Tany schrieb:> hinz schrieb:>> Zu wenig Versorgungsspannung für den UC3842!>> Anhand der Verhältnissen ergibt sich die Hilfsspannung von ca. 13.8V. Es> reicht, denke ich.
Ich habe das ganze am Anfang meiner Studienarbeit mal simuliert, und da
hat es auch gepasst mit der Spannung.
Tany schrieb:> hinz schrieb:>> Zu wenig Versorgungsspannung für den UC3842!>> Anhand der Verhältnissen ergibt sich die Hilfsspannung von ca. 13.8V. Es> reicht, denke ich.
Dann schau halt mal ins Datenblatt!
Tany schrieb:> Min. Operating Voltage (After Turn On)>> min. typ. max> ---------------------------------------> UC3842/UC3844 8.5 10.0 11.5 V> UC3843/UC3844 7.0 7.6 8.2 V
Mea culpa! Die 16V sind ja nur die Einschaltspannung.
Philipp schrieb:> Lothar M. schrieb:>> Dein R18 hält aber nur einen winzigen Bruchteil davon aus.> Der Widerstand ist nur zum Entkoppeln, da sollte nie ein hoher Strom> fließen.
Je nach Potential wird es das aber. Wenn du die 400V z.B. aus dem Netz
gewinnst, dann hast du dort durchaus ein Potential gegen Erde. Und wenn
jetzt jemand die ausgangsseitige Masse an die Erde hält, dann bekommt
der Widerstand, der mit seiner schnuckeligen Bauform gerade mal 100V
abkann, auch mal eine so hohe Spannung, dass er überschlägt und
hoppala.
Und andersrum: wenn da dank des obigen Erdschlusses 100V am 10k
Widerstand anliegen, dann schmaucht der angesichts dieses anfallenden
Watts in kürzester Zeit von dannen.
Philipp schrieb:> Die Leiterbahnbreite beträgt 0.6096 mm. Dies sollte bei einem Strom von> 0,5 A passen. Laut folgender Quelle
Schon, aber wenn man Leiterbahnen ohne Aufwand breiter machen kann,
dann tut man das. Schließlich müsste das Kupfer sonst weggeätzt
werden...
Lothar M. schrieb:> Schon, aber wenn man Leiterbahnen ohne Aufwand breiter machen kann,> dann tut man das. Schließlich müsste das Kupfer sonst weggeätzt> werden...
Nur wenn man die Leiterplatte hobbymäßig herstellt.
Vielen Danke, für eure Hilfe :)
Ich werde die Tage das Layout überarbeiten und die Werte von C12 und R18
anpassen.
Die Leitungen an den Trafo richtig legen und auf der Sekundärseite
größer machen.
Zudem die Zwischenkreiskapazität auf der Platine platzieren.
Lothar M. schrieb:> Und andersrum: wenn da dank des obigen Erdschlusses 100V am 10k> Widerstand anliegen, dann schmaucht der angesichts dieses anfallenden> Watts in kürzester Zeit von dannen.
Ja, und dann die Luft und Kriechstrecken.
Immerhin ist eine Seite Hochspannung. Oder ist das gar keine
Schutztrennung?
Wenn das nämlich eine ist, musst du da mit 4kV AC ran, für den
elektrischen Sicherheitstest zwecks verstärkter Isolation.
in dem Fall wäre das Routing so unzulässig, und unter den OK müsste
möglicherweise noch eine Fräsung rein. Der Widerstand müsste 4kV AC
aushalten (oder da müsste ein passender Y-Kondensator rein).
Du wirfst viel Potential weg, wenn du das nicht machst. OK und Trafo
halten beide besagte 4kV AC aus, und das sind - neben dem besagten
Widerstand - die einzigen Bauteile zwischen Primär und Sekundärseite. Es
wäre ein leichtes, mit dieser Schaltung die elektrische Sicherheit
korrekt zu lösen.
Desweiteren würde ich die Entkopplung mit dem Kondensator (auf die
mehrfach hingewiesen wurde) nicht leichtfertig vom Tisch wischen.
Zumindest die Pads würde ich vorsehen, die kosten nichts.
hinz schrieb:> Gästchen schrieb:>> Immerhin ist eine Seite Hochspannung.>> Nö, Niederspannung.
Ich bin halt größtenteils auf der 24V-Seite unterwegs und nur teilweise
bei >230V. Daher ist das halt bei uns in er Firma der Sprachgebrauch
immer "Hochspannung" oder die "heiße Seite". Keine Schutzkleinspannung
ist damit gemeint.
Aber du hast recht, danke für die Korrektur, Niederspannung ist schon
korrekt :-)
Gästchen schrieb:> Lothar M. schrieb:> in dem Fall wäre das Routing so unzulässig, und unter den OK müsste> möglicherweise noch eine Fräsung rein. Der Widerstand müsste 4kV AC> aushalten (oder da müsste ein passender Y-Kondensator rein).
Ich bin gerade auf der Suche nach einem passenden Y-Kondesator für den
Spannungsbereich.
Philipp schrieb:> Gästchen schrieb:>> Lothar M. schrieb:>> in dem Fall wäre das Routing so unzulässig, und unter den OK müsste>> möglicherweise noch eine Fräsung rein. Der Widerstand müsste 4kV AC>> aushalten (oder da müsste ein passender Y-Kondensator rein).>> Ich bin gerade auf der Suche nach einem passenden Y-Kondesator für den> Spannungsbereich.
Y1 wäre möglicherweise die richtige Klasse. Das ist für "verstärkte
Isolation" zugelassen, was hier vermutlich sinnvoll wäre.
Die werden mit Spitzenspannungen von 8kV geprüft. Das müsste den Test
überstehen, aber sicher bin ich mir jetzt auch nicht. Solches Zeug
vergesse ich immer schnell.
Hängt aber davon ab, ob die Ausgangsspannung des Wandlers wirklich eine
Schutzkleinspannung sein muss, oder ob sie auch gefährlich sein darf.
Bei "darf gefährlich sein" kann man sich den Aufwand schenken, hat aber
dafür zu beachten, dass das als Netzspannung gilt. Ergo steht sämtliche
daran angeschlossene Elektronik sicherheitstechnisch gesehen unter
Netzspannung. Was unpraktisch ist.
Zu den Kondensatorklassen:
http://www.kemet.com/Lists/FileStore/900%20Series%20Product%20Training%20Module.pdf
Normen:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Leiterbahnabst%C3%A4nde
Hat schon wer brav zusammengetragen :-)
Ich würde mir zumindest Mühe geben, das sauber zu machen. Gibt bestimmt
Extrapunkte :-)
Philipp schrieb:> Schaltplan.png
Immer noch etwas verwirrend, aber immerhin schon in einem Stück und
nicht mehr in Scheiben :-P
Wenn du der Schaltung noch etwas Langlebigkeit verpassen willst, schalte
parallel zu C9 noch einen 47nF - 100nF Kerko. Dieser Elko ist die Nummer
1 Ursache für 'Motorboating' nach ein paar Betriebsjahren. Wenn das
nicht geht, nimm zumindest einen guten Low-ESR.
Die Schaltung rund um den TL431 allerdings ist noch unnötig kompliziert
und energieverschwendend. Einen Parallelwiderstand zur LED des
Optokopplers ist unnötig und der Vorwiderstand der LED mit 220 Ohm
unnötig klein für 12V. Nimm einen 1k o.ä. und lass den parallelen
Widerstand weg.
Und wenn du schon eine Doppeldiode als Gleichrichter nimmst(?), dann
kannst du die beiden Dioden auch parallel schalten.
Matthias S. schrieb:> Und wenn du schon eine Doppeldiode als Gleichrichter nimmst(?), dann> kannst du die beiden Dioden auch parallel schalten.
Danke, daran habe ich gar nicht gedacht.
Tany schrieb:> Der übernimmt doch den mindeststrom für den TL431.
Der liegt aber bei 1 mA und nicht bei 54 :-P Wenn man also unbedingt
einen Mindeststrom haben will (der TL431 lässt aber die LED sowieso mit
mehr als 1 mA leuchten) kann man da einen 10k nehmen.
Danke nochmals an alle für die Lösung meines Problems!
Die Taktung funktioniert jetzt einwandfrei, sowie die Selbstversorgung.
Die Ausgangsspannung macht noch ein bisschen Probleme, aber das bekomme
ich schon hin :)
Layout.png
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Schaltplan.png
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Taktung.png
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