Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Galv. getrennter DC/DC Wandler, <=2W, Selbstbau, SN6501


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von Alexander (Gast)


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Hi,
bisher habe ich die DC/DC Wandler von Recom verwendet, um highside 
Schalter anzusteuern:
R05P21509D (Vin=5V, Vout = +15V,-9V)

Wichtig ist mir eine geringe Kapazität zwischen Eingang und Ausgang. Da 
ich mittlerweile mehrere Schaltungen entwerfe, und entsprechend höhere 
Stückzahlen (min. 30) dieser DC/DC Wandler benötige, mache ich mir über 
eine günstigere Variante Gedanken. Dabei habe ich den SN6501 von TI 
entdeckt, der nur 1/5 des Preises beträgt. Jetzt bin ich gerade dabei, 
die ganze Sache mal durchzurechnen.

Die Berechnung meines Übertragers befindet sich als Bild im Anhang. Ich 
komme auf eine magn. Flussdichte von 211mT, was für einen Ferrit ja 
sicherlich (noch) im Rahmen ist (vll. sollte jedoch der nächstgrößere 
Kern in Erwägung gezogen werden, um die Sättigung zu verhindern).
Bei 2 Windungen auf der Primärseite würde man ca. 10 Windungen auf der 
Sekundärseite haben (vll. 11-12 Windungen wenn man noch einen LDO 
ranhängen möchte und die Spannungsabfälle über den Dioden 
berücksichtigt). Da der Strom nicht so hoch ist auf der Sekundärseite, 
können die Windungen sicherlich mit geringerem Querschnitt gewickelt 
werden. So sollten Primär- und Sekundärseite räumlich weit weg sein 
voneinander, und eine geringe Kapazität zwischen Eingang und Ausgang 
sollte möglich sein.

Zusammengefasst:
Vin = 5V, Vout = 24V (anschließend aufgesplittet in 15V und -9V), Pmax = 
2W

Passt das so oder übersehe ich etwas? Falls das Konzept mehr oder minder 
passt, dann wäre es finanziell betrachtet sicherlich eine Lösung, die 
man in Erwägung ziehen könnte.

Kennt ihr ggf. weitere Treiberstufen, die mit noch höherer Frequenz 
arbeiten als der SN6501? Treiber für Resonanzwandler o.ä.?

Vielen Dank. Ich bin gespannt auf eure Antworten.

von Gerd E. (robberknight)


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Alexander schrieb:
> Da
> ich mittlerweile mehrere Schaltungen entwerfe, und entsprechend höhere
> Stückzahlen (min. 30) dieser DC/DC Wandler benötige, mache ich mir über
> eine günstigere Variante Gedanken.

willst Du die Übertrager alle selber wickeln?
Wenn Du das kannst und die Zeit für hast wird das ne gute Lösung.

Du könntest aber auch alternativ versuchen mit fertigen Übertragern 
auszukommen und die gewünschten Spannungen dann per Stepup zu erreichen. 
Ist zwar vom Wirkungsgrad nicht optimal, aber Du kommst halt mit 
fertigen Bauteilen aus.

Schau mal bei WE z.B. nach dem 750313626. Der (und die ganze Serie) sind 
für hohe Isolationsspannungen gemacht, ich vermute mal dadurch dürfte 
auch die Kapazität gering sein.

> Kennt ihr ggf. weitere Treiberstufen, die mit noch höherer Frequenz
> arbeiten als der SN6501? Treiber für Resonanzwandler o.ä.?

ganz simpel: 74HC14 als astabiler Multivibrator, 74LVC1G80 um den Takt 
exakt auf 50/50 zu bekommen, den Ausgang davon einmal direkt in einen 
N-FET, zum anderen einmal invertiert in einen anderen N-FET. Die 
restlichen Gatter des HC14 schaltest Du noch als Mosfet-Treiber 
dazwischen.

Läuft bei geeigneten Bauteilen gut bis 500kHz.

Spannungsregelung und Überlastschutz dann per LDO auf der Sekundärseite.

von Alexander (Gast)


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Hi Gerd,
vielen Dank für deinen Input.

Gerd E. schrieb:
> Alexander schrieb:
> willst Du die Übertrager alle selber wickeln?
Jap, war so angedacht. Da es nicht allzuviele Windungen werden, hält 
sich der Aufwand hoffentlich noch im Rahmen.
> Wenn Du das kannst und die Zeit für hast wird das ne gute Lösung.
Danke, das hoffe ich sehr :)
> Du könntest aber auch alternativ versuchen mit fertigen Übertragern
> auszukommen und die gewünschten Spannungen dann per Stepup zu erreichen.
> Ist zwar vom Wirkungsgrad nicht optimal, aber Du kommst halt mit
> fertigen Bauteilen aus.
> Schau mal bei WE z.B. nach dem 750313626. Der (und die ganze Serie) sind
> für hohe Isolationsspannungen gemacht, ich vermute mal dadurch dürfte
> auch die Kapazität gering sein.
Ich bin bereits mit WE in Kontakt, um nach den Kapazitäten in deren 
Übertragern Informationen einzuholen. Letzter Stand ist, dass die 
jeweiligen Ingenieure die diesbezüglich noch Messungen durchführen 
müssen. Mal sehen, was die Ergebnisse bringen.
> ganz simpel: 74HC14 als astabiler Multivibrator, 74LVC1G80 um den Takt
> exakt auf 50/50 zu bekommen, den Ausgang davon einmal direkt in einen
> N-FET, zum anderen einmal invertiert in einen anderen N-FET. Die
> restlichen Gatter des HC14 schaltest Du noch als Mosfet-Treiber
> dazwischen.
> Läuft bei geeigneten Bauteilen gut bis 500kHz.
500kHz hat auch der SN6501, wenn ich das Datenblatt richtig verstehe. 
Ich dachte eher, dass es ggf. ein Treiber-IC gibt, das für 
Resonanzwandler o.ä. entwickelt wurde, die dann mit 1MHz oder so takten. 
Ansonsten werde ich wohl den SN6501 einsetzen.

Gruß,

von LEler (Gast)


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Hallo Alexander,

anbei ein paar Anmerkungen:

- Du wirst sehr große Verlust in deinem Ferritkern haben, wenn du ihn 
bei 300 kHz um 200mT auslenkst. Da bist du bei N87 garantiert jenseites 
vom 1 kW/m³-Verlustdichte, das ist zu viel!

-Zwei Windungen auf der Primärseite sind sehr wenig, deine 
Hauptinduktivität ist dann sehr klein (einstelliger uH-Bereich bei einem 
E16/12/5-Kern aus 3C90) und der Magnetisierungsstrom hoch.

- Für zwei Watt ist dein Kern recht groß gewählt, einer mit 10 mm² 
schafft  das auch.

- Ich empfehle einen kleinen E-Kern (z.B. E13) mit geteiltem 
Spulenkörper (zwei Kammern), auch damit erreicht man recht kleine 
Koppelkapazitäten (einstellig pF).

- Zum Betreiben eignet sich ein selbstschwingender Treiber z.B. IR25603 
(es gibt auch Varianten für 100V und Vollbrücke).

- Wenn du +15V und -9V erzeugen willst (für deinen IGBT), dann wickele 
die Sekundärwicklung entsprechend diesem Verhältnis und füge einen 
zweiten Glättungskondensator ein, dass du direkt +15V und -9V aus der 
Schaltung erhälst.

Just my 2 Cent

LEler

von LEler (Gast)


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Nachtrag, habe mir deine Rechnung nochma angesehen:

>Ich komme auf eine magn. Flussdichte von 211mT, was für einen Ferrit ja
>sicherlich (noch) im Rahmen ist

Nein, du kommt auf eine max. Flussdichte (B_peak = (Delta B)/2) von 105 
mT (auf deinem Zettel steht es richtig: Delta B), das sollte für N87 bei 
300 kHz verlusttechnisch noch im Rahmen sein.

von Gerd E. (robberknight)


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Alexander schrieb:
> Ich bin bereits mit WE in Kontakt, um nach den Kapazitäten in deren
> Übertragern Informationen einzuholen. Letzter Stand ist, dass die
> jeweiligen Ingenieure die diesbezüglich noch Messungen durchführen
> müssen. Mal sehen, was die Ergebnisse bringen.

WE ist diesbezüglich echt nicht schlecht, da erreicht man noch Leute die 
einem helfen können.

Lass Dir vielleicht nen Sample schicken, dann kannst Du es selber messen 
oder in Deiner Schaltung ausprobieren.

>> Läuft bei geeigneten Bauteilen gut bis 500kHz.
> 500kHz hat auch der SN6501, wenn ich das Datenblatt richtig verstehe.

Eher etwas drunter.

> Ich dachte eher, dass es ggf. ein Treiber-IC gibt, das für
> Resonanzwandler o.ä. entwickelt wurde, die dann mit 1MHz oder so takten.
> Ansonsten werde ich wohl den SN6501 einsetzen.

Wo ist denn Dein Problem daß es mehr als 500 kHz werden sollen? Ich hab 
bei mir im Probeaufbau die Frequenz mit nem Poti einstellbar gehabt und 
dann verschiedene Werte ausprobiert. Irgendwann nehmen die 
Schaltverluste überhand. Da müsste man dann mehr Aufwand in die 
Ansteuerung reinstecken und dafür sah ich keinen Bedarf.

Ich fand die SN6501 zu teuer für das was sie leisten.

Wenn es Dir um Leistung geht ist der SN6501 auch keine so gute Wahl weil 
dessen FETs nicht besonders dicke sind (350mA max). Da kannst du mit nem 
externen Dual-N-FET (wie im oben von mir skizzierten Aufbau) ohne großen 
Aufwand wesentlich mehr reißen. Außerdem könntest Du natürlich auch 
direkt mit höheren Spannungen als 5V auf den Übertrager gehen, was für 
Deinen Bedarf mit 15V etc. hilfreich sein kann.

Die WE Übertrager sind auch nicht schlecht, wenn Du ein wenig 
Spannungsverluste einkalkulierst und mit denen leben kannst, kriegst Du 
mit denen gut 5W rüber ohne daß der unnötig warm wird.

von Alexander (Gast)


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vielen Dank an euch.

Ich werde wohl eine Leiterplatte für den SN6501 herstellen, auf der ich 
dann verschiedene Übertrager testen und ausprobieren kann.

Wenn mehr Erfahrung auf dem Gebiet vorhanden ist und Zeit/Geld für 
weitere Optimierungen vorhanden sind, werde ich auf andere Lösungen 
ausweichen.

Gruß,

von Tim (Gast)


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Lass dich nicht entmutigen. So schlecht ist das IC SN6501 nicht, auch 
wenn es nur mit 5V operiert und den Strom nicht limitiert. Es hat ein 
kleines Package und für viele Anwendungen ist es sicherlich eine 
praktische Lösung. Allemal besser als ein Konstrukt aus mehreren ICs, da 
Platinenplatz nicht umsonst ist und die Zuverlässigkeit eher sinkt.

Ich persönlich bin kein Freund von Würth Midcom, da diese Firma immer 
sehr schnell große Stückzahlen haben will und eben keine kleinere 
Prototypenserien entwickeln möchten. Außerdem machen sie ein riesiges 
Geheimnis daraus wie der Transformator aufgebaut ist, warum auch 
immer...
Da sind die Chinesen/Thailänder (Ja ihr habt richtig gehört) eindeutig 
weiter und vor allem der Service ist besser.

Bis zur welcher Arbeitsspannung willst du denn isolieren? 1200Vdc?

von Alexander (Gast)


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Tim schrieb:
> Lass dich nicht entmutigen. So schlecht ist das IC SN6501 nicht,
> auch
> wenn es nur mit 5V operiert und den Strom nicht limitiert. Es hat ein
> kleines Package und für viele Anwendungen ist es sicherlich eine
> praktische Lösung. Allemal besser als ein Konstrukt aus mehreren ICs, da
> Platinenplatz nicht umsonst ist und die Zuverlässigkeit eher sinkt.
>
> Ich persönlich bin kein Freund von Würth Midcom, da diese Firma immer
> sehr schnell große Stückzahlen haben will und eben keine kleinere
> Prototypenserien entwickeln möchten. Außerdem machen sie ein riesiges
> Geheimnis daraus wie der Transformator aufgebaut ist, warum auch
> immer...
> Da sind die Chinesen/Thailänder (Ja ihr habt richtig gehört) eindeutig
> weiter und vor allem der Service ist besser.
>
> Bis zur welcher Arbeitsspannung willst du denn isolieren? 1200Vdc?

Angedacht waren zunächst <800Vdc, um genügend Luft nach oben zu haben. 
(Noch) bin ich in der Konzeptionsphase und möchte meinen Focus auf den 
eigentlichen Protypen legen. Da am Ende verschiedene Prototypen 
miteinander verglichen werden, in denen jeweils mehrere high side 
Schalter vorhanden sind, kommen die entsprechenden Stückzahlen für die 
DC/DC Wandler zusammen.

Vielen Dank an euch.

Cheers,

von Tim (Gast)


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Für Untersuchung kann man durchaus selber wickeln, dann bekommt man auch 
genau die Induktivität die man wirklich braucht. Nimm einfach ein N87 
12er oder 16er Kern und versuche bei mind. 50µH zu bleiben. Je nach Kern 
also ca. 10 primäre Windungen.

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