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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Randbedingungen beim Aufbau eines diskreten Synchongleichrichters


Autor: Christian S. (roehrenvorheizer)
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Randbedingungen beim Aufbau eines diskreten Synchongleichrichters


Hallo allerseits,

es wäre doch mal interessant, einen Schaltwandler mit einem 
Synchrongleichrichter aufzubauen, um dessen Verhalten besser kennen zu 
lernen. Im ersten Anlauf habe ich mir dieses Schaltbild heraus gesucht, 
bei dem der Leistungsteil recht übersichtlich und nachbausicher 
erscheint. Um den Steuerteil geht es mir hier in erster Linie nicht.

http://www.joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap6/Kapitel6.html
Bild 6.1 K Step-Down-Wandler mit aktivem Schalter statt Diode

Die Frequenz dürfte laut Formel bei 23 kHz liegen.

Die beiden Transistoren im IC sind mit den Emittern an GND und lassen 
Strom vom Pluspol über den Arbeitswiderstand R7 = 1 kOhm fließen, um den 
oberen P-FET einzuschalten. Mit Hilfe der Dioden D2 und D3 ist entweder 
der P-FET oder der untere N-FET eingeschaltet. D1 und T3 beschleunigen 
das Abschalten des obren P-FETs. Eine separate Diode gibt es nicht, denn 
diejenige im N-FET kann zur Wirkung kommen.

Nun hätte ich einige Fragen:

1. Mir fällt auf, daß vor den beiden FETs 100 Ohm-Widerstände geschaltet 
sind. Das ist nach meiner Erfahrung unüblich hoch. Für 23 kHz könnte die 
Flankensteilheit gerade noch ausreichen.
Müßte man aufgrund unterschiedlicher Gate Ladungsmengen diese 
Widerstände anpassen, damit die Schaltung auch mit anderen als den 
angegebenen FET-Typen funktioniert?

2. Sind die beiden 100 Ohm Widerstände genauso ausgewählt, daß sich die 
Wirkungen der beiden FETs gerade so überschneiden?
Es darf doch keine Lücke in den Leitzeiten offen bleiben, denn sonst 
würde es eine starke Spannungsüberhöhung oder einen Kurzschluß geben. 
Die Body-Diode des unteren FET würde im einen Fall leiten.

3. Müßte man diese beiden Widerstände an andere FET-Typen grundsätzlich 
anpassen?

4. Würde der Lestungsteil der Schaltung mit genau diesen FET-Typen auf 
Anhieb funktionieren? Ich wäre da eher skeptisch.

5. Wird das üblicherweise so gebaut im normalen Leben  für die 
angestrebte hohe Stromstärke oder ist das nur Lehrbuchtauglich?

6. Andere Varianten von Synchrongleichrichtern steuern den zweiten FET 
über eine zusätzliche Wicklung auf der Spule. Warum macht man das hier 
nicht?


Schon mal anke für die Antworten.
Mit freundlichem Gruß

Autor: Homo Habilis (Gast)
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Christian S. schrieb:
> Würde der Lestungsteil der Schaltung mit genau diesen FET-Typen auf
> Anhieb funktionieren?

Das denke ich schon. So, wie sie ist. (Anpassung an, und Ausnutzung von, 
relativ ähnliche(r) Qg) Aber bei Veränderungen sind diese natürlich mit 
Folgen verbunden. Auch wird ja je nach FET

Christian S. schrieb:
> Um den Steuerteil geht es mir hier in erster Linie nicht

Der Leistungsstufe geht es aber immer um den (An-)Steuerteil. Was Du 
meinst, unabhängig betrachten zu können, ist es nicht.

Und auch die erforderlichen Eigenschaften des (vom Ansteuerungs- bzw. 
Treiberteil teilweise getrennt betrachtbaren) Regelungsteiles werden an 
die Topologie und deren genauen Zweck angepaßt.

Christian S. schrieb:
> 5. Wird das üblicherweise so gebaut im normalen Leben  für die
> angestrebte hohe Stromstärke oder ist das nur Lehrbuchtauglich?

Nun, heutzutage sind integrierte Treiber sowie ebensolche Controller 
oder gar (bis auf die passiven Teile) komplette Konverter immer leichter 
zu erwerben. Allerdings ist gerade der TL494 in vielen Bastelkisten noch 
vielfach vorhanden...

Also: "Nur lehrbuchtauglich" - das ist schwer übertrieben bzw. 
grundsätzlich unzutreffend, ja gar beleidigend für Jörgs schöne (ja, 
auch sehr lehrreiche) Sammlung an Infos und Schaltungen... ^^ ...die 
gesamte Seite entspricht eher der Bezeichnung "Praktische Anwendungen".

Freilich ließe diese sich in vieler Hinsicht noch ergänzen (z.B. LLC mit 
ZVS; oder mehr zur PSFB; jedoch nicht zwingend nötig, und der man hat 
noch anderes zu tun, als eine Lehrseite zu pflegen), aber ich halte sie 
für einen guten Einstieg.

Christian S. schrieb:
> Warum macht man das hier nicht?

Warum sollte "man"? ^^ (Alleine schon, weil man statt einer fertigen 
Drosselspule eine Eigenfertigung, oder zumindest schwerer 
aufzutreibendes Bauteil, verwenden müßte.)

Nicht böse gemeint, aber ich wiederhole: Das ist eine freiwillig ins 
Netz gestellte (und fachlich gute) Seite, ohne Verpflichtung, jede 
Modernisierung / Aktualisierung des derzeitigen "State-of-the-Art" 
sofort miteinzubeziehen /zu ergänzen. Und: Was dort steht, ist recht 
praxisnah, und gilt "noch immer".

Oder wolltest Du eine Zusammenfassung der Unterschiede und Vorteile 
bei/mit diesen möglichen Modernisierungen? Dachte, dazu findet man schon 
bei den IC-Herstellern Aufklärung. Thematik insgesamt sehr umfangreich. 
(Gibt ja viele Verbesserungen.)

Daß Jörg nicht alles nur denkbare über Schaltnetzteile hinzufügen kann 
und will, ist zumindest mir kein "Rätsel"... ^^

Evtl. solltest Du Dich auf einzelne Teile der Thematik beschränken, und 
dazu recherchieren, oder auch dann hier bei der Recherche im Netz 
auffindbare Stolpersteine, bzw. halt schwierigere Einzelfragen, zur 
Diskussion stellen. (Ich fürchte, in diesem Thread sind es zu viele auf 
einmal...)

Du weißt doch schon einiges, ich traue Dir zu, zumindest den Großteil 
selbst herauszufinden. (Ernsthaft.) Außer natürlich, meine beiden mögl. 
Interpretationen Deiner Fragegründe sind falsch - dann klär mich bitte 
auf, ok? ^^

Autor: Homo Habilis (Gast)
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"...je nach FET...": Man könnte auch die FETs noch mehr an die Schaltung 
anpassen, oder noch mit Schottky parallel arbeiten, etc.

Das aber trifft hier wohl nicht ganz Jörgs Gedanken, aus dem guten, 
alten TL494 (mit möglichst wenig Aufwand und Kosten) ein ausreichendes 
Maximum an Flexibilität und auch Effizienz herauszuholen.

Autor: Christian S. (roehrenvorheizer)
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Hallo, ja, danke schon mal.

Dann hat die nächste Experimentierschaltung schon mal eine gute 
Prognose.


"(Ich fürchte, in diesem Thread sind es zu viele auf einmal...)"
Nunja, das war eben die Menge, die mir zu dieser Schaltung eingefallen 
ist. Denn falls ich am realen Aufbau mit dem Oszilloskop dessen 
Verhalten studiere, können gerade diese 100 Ohm Widerstände zusammen mit 
der Auswahl der FETs (eine kleine Auswahl habe ich da, aber mehr als 
4...5 Typen gibt die Lagerhaltung dann auch nicht her) mir viel 
Ungewißheit bereiten, falls der Leistungsteil wirklich gar nicht das 
erwartete macht oder die Tendenz zeigt, sich selbst zu zerstören. Eine 
wirksame Strombegrenzung wäre auch hier wieder ein klarer Vorteil.

"Und: Was dort steht, ist recht praxisnah, und gilt "noch immer""
Paraxisnah ist auf Jörgs Seite schon alles, sowie die Erklärungen dazu. 
Das sollte keine niederschmetternde Kritik sein. Nur gab es mal die 
Geschichte mit den drei Transistoren, die zur  "peak current protection" 
eingesetzt werden aus einem TL494-application report von Texas (Seite 20 
unten), die auf Anhieb jedenfalls gar nicht funktionierte. Diese war nur 
eine Prinzipschaltung, die noch zusätzliche Widerstände erfordert. 
Außerdem funktioniert diese drei-Transistor-Halteglied nur in einem 
begrenzten Frequenzbereich und kann sich bei zu hoher Frequenz 
aufhängen. Die innere Verstärkung darf auch nicht zu hoch sein... Das 
meine ich mit "Lehrbuchtauglich". Die Schutzschaltung zum SG3525 
funktioniert ja ganz gut beispielsweise.

An den neumodischeren Sachen bin ich primär nicht interessiert, da ich 
die Gehäuse schon gar nicht handhaben kann. Und mit ICs im DIL-Gehäuse 
kann ich das fachliche genauso gut lernen und damit experimentieren.

Mal schauen, ob sich die Wirkung der beiden FETs irgendwann auf dem 
Oszilloskop schön beobachten läßt. Es dauert aber noch mit dem Aufbau.

MfG

Autor: Homo Habilis (Gast)
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Christian S. schrieb:
> Eine wirksame Strombegrenzung wäre auch hier wieder

...einer von Jörgs genannten "Funktionsbausteinen", siehe:

http://www.joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap6/Kapitel6.html#6.1

...Bild6.1E.

Autor: Christian S. (roehrenvorheizer)
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Diesen Funktionsbaustein habe ich mehrfach aufgebaut und erprobt. Bei 
mir funktioniert er nicht wie erwartet. Ich habe ihn allerdings mit 
kleinen Widerstandswerten (etwa die Hälfte) bei 12 V verwendet und 
nochmals bei 5V auf dem Steckbrett ausprobiert und untersucht. 
Jedenfalls habe ich die neu aus der Tüte entnommenen Z-Dioden nicht auf 
korrekte Zenerspannung ausgemessen.

In diesem Fall der Stepdown-Experimentierschaltung werde ich also auf 
andere erfolgreich erprobte Bausteine ausweichen, z.B. den Stromspiegel.

mfG

Autor: Homo Habilis (Gast)
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Christian S. schrieb:
> Diesen Funktionsbaustein habe ich mehrfach aufgebaut und erprobt. Bei
> mir funktioniert er nicht wie erwartet.

Hm.

Christian S. schrieb:
> Ich habe ihn allerdings mit
> kleinen Widerstandswerten (etwa die Hälfte) bei 12 V verwendet und
> nochmals bei 5V auf dem Steckbrett ausprobiert und untersucht.
> Jedenfalls habe ich die neu aus der Tüte entnommenen Z-Dioden nicht auf
> korrekte Zenerspannung ausgemessen.

Letzteres dürfte nicht die einzige mögliche Ursache für Fehlfunktion 
sein. Was alles wurde wie genau umdimensioniert??? Da müssen so einige 
Voraussetzungen stimmen.

Christian S. schrieb:
> In diesem Fall der Stepdown-Experimentierschaltung werde ich also auf
> andere erfolgreich erprobte Bausteine ausweichen, z.B. den Stromspiegel.

So? Zeig mal, was genau Du da als Beispiel verbauen wollen würdest...

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Homo Habilis schrieb:

> Der gute alten TL494...

...war zu der Zeit, als der Artikel geschrieben wurde, vermutlich
ein "modernes innovatives" Bauteil.

Autor: Boris O. (bohnsorg) Benutzerseite
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Christian S. schrieb:
> 1. Mir fällt auf, daß vor den beiden FETs 100 Ohm-Widerstände geschaltet
> sind. Das ist nach meiner Erfahrung unüblich hoch. Für 23 kHz könnte die
> Flankensteilheit gerade noch ausreichen.
> Müßte man aufgrund unterschiedlicher Gate Ladungsmengen diese
> Widerstände anpassen, damit die Schaltung auch mit anderen als den
> angegebenen FET-Typen funktioniert?

Mir fällt auf, dass noch Dioden parallel geschaltet sind. Was dann 
»üblich« oder »unüblich« anbelangt, hängt vom gewünschten 
Schaltverhalten ab. Mit den 100 Ohm wird nicht nur der Gatestrom 
begrenzt, die Gate-Kapazität wird auch entkoppelt. Gemeinsam mit einer 
Leitungsinduktivität gibt das einen Schwingkreis und die Schaltflanken 
klingeln.

Bei 23kHz ist noch längst keine kritische Grenze für die beiden FETs 
erreicht. Die beiden gehen sicher noch in einem 250kHz oder gar 
500kHz-Wandler. Dafür reicht aber der TL494 weder hinsichtlich der 
Regelgeschwindigkeit, noch bzgl. der Ansteuerleistung.

Eine Hilfswicklung macht die Spule aufwändiger. Vielleicht führst du dir 
die Beschaltung des IC mal zu Gemüte (es werden auch ein P- und ein 
N-Kanal eingesetzt, Bezugspotenziale berücksichtigen), warum das sog. 
shoot-through unwahrscheinlich ist.

Autor: Christian S. (roehrenvorheizer)
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Hallo,

"Gemeinsam mit einer Leitungsinduktivität gibt das einen Schwingkreis 
und die Schaltflanken klingeln."

interessant.

An der Schaltung zur Strombegrenzung habe ich im Prinzip die Widerstände 
halbiert und 2N3906 als Transistoren verwendet, die 200mA können.
Also 4,7k zu 2,2k, 470 zu 220. Dioden beibehalten.

Autor: Christian S. (roehrenvorheizer)
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Die Stromspiegelgeschichte hier würde ich nochmals einbauen:

https://www.mikrocontroller.net/attachment/292543/...

T1 und T2 bleiben so, T3 und T4 müßten ans TL494 angepaßt werden. 
Letztendlich soll Pin4 des TL494 auf +5V gezogen werden an 10k 
Arbeitswiderstand.

MfG

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