Anbei die Simulation eines Step up Wandlers für Nixie Röhren V in 12V, Vout 180V, RLast 3.6k In der akutellen Simulation erreiche ich nur 69% Effizienz, was sehr wenig ist, ich möchte min 80%, besser 85% Mir ist bekannt, das ein StepUp nicht grösser 5 gemacht werden sollte, und das doch ein Flyback achsoviel besser wär. Es gibt genügend StepUp die die gewünschte Funktion für Nixies oder sogar Geigerzähler liefern. Ich möchte jedoch meine eigene Schaltung habe, da es nicht so toll ist, fremde Schaltpläne/Ideen auf seine Homepage zu packen. Wer kann mir Tipps geben wie man die Schaltung verbessern kann? Das Mosfet ist praktisch nicht ersetzbar. Mir ist kein anderes Modell mit so wenige Ron und nC Gate-Change bekannt, was in einem DPak oder kleiner verfügbar ist (SMD!). Den Ausgangskondensator habe ich bei Digikey gefunden, scheinbar sind 3.5Ohm der niedrigst verfügbare ESR in diesem Bereich. Cin ist ein Aluminium-Polymer Kondensator. Was kann man hier noch optimieren?
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Du könntest ja vlt mal den 1 Ohm-Meßwiderstand in Deine Betrachtung einbeziehen!
Johnny S. schrieb: > Mir ist bekannt, das ein StepUp nicht grösser 5 gemacht werden sollte, > und das doch ein Flyback achsoviel besser wär. Es gibt genügend StepUp > die die gewünschte Funktion für Nixies oder sogar Geigerzähler liefern. > Ich möchte jedoch meine eigene Schaltung habe, da es nicht so toll ist, > fremde Schaltpläne/Ideen auf seine Homepage zu packen. > Was sollen wir Dir denn raten, wenn die besseren Lösungen von vornehinein ausgeschlossen werden?
Jörg H. schrieb: > Johnny S. schrieb: > >> Mir ist bekannt, das ein StepUp nicht grösser 5 gemacht werden sollte, >> und das doch ein Flyback achsoviel besser wär. Es gibt genügend StepUp >> die die gewünschte Funktion für Nixies oder sogar Geigerzähler liefern. >> Ich möchte jedoch meine eigene Schaltung habe, da es nicht so toll ist, >> fremde Schaltpläne/Ideen auf seine Homepage zu packen. >> > Was sollen wir Dir denn raten, wenn die besseren Lösungen von > vornehinein ausgeschlossen werden? Nicht die "Bau eine komplett andere Schaltung"-Lösung Was kann man an der bestehenden Schaltung umbauen, damit die Effizienz höher wird. Mit der Flyback-Variante habe ich mich lange auseinander gesetzt, und diese ist für meinen Zweck leider nicht geignet oder bau bar
die spule hat reserven.. 120 mOhm sind bissl zu füll bei dieser leistung. sind zwar nur knapp 30 mW aber überall ist was zu holen.. :-) bleib bei unter 25 mOhm und erhöhe die induktivität. (180µH bis 220µH) bei solch extremen tastverhältnissen "macht" sich ne höhere induktivität besser. beide eigenschaften zusammen vergrößern die mechanische größe der spule. gugg auch, das du nen spulenkern mit nem echten luftspalt hast, keinen im kernmaterial verteielten.. nen etd29 kann ich mir gut vorstellen. das tastverhältnis berechnet sich übrigens allein so: tastverhältnis = 1-( Uin / Uout ) also 92,7 % on-zeit die schafft der lt1619 mal eben so grad nicht mehr.. auf kante gestrickt.. daher wohl auch der mäßige wirkungsgrad. mit 15 V versorgungsspannung kommt das besser hin (90,9%), die spule dann aber auf mindestens 220µH besser 330µH erhöhen.. berechnungshilfen gibts hier..: http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de/smps/aww_smps.html und dann kannste evl noch bissl an der kompensation spielen..
rio71 schrieb: > Ja, klar... kann man alles. Aber sollte man? Wollte meinen folgenden Beitrag schon vor Deinem schicken, hatte aber grad kein Netz... deshalb unverändert, wie zuvor, Grundaussage bleibt. Also: @Johnny S.: Du kennst ja gar nicht die Definition von "eigene Idee" - obwohl es Dir ja so unendlich wichtig zu sein scheint, den Schein zu wahren... ^^ Fakt ist, daß man mit einem Boost-Conv. bei so hohen Übersetzungsverhältnissen (zumindest mit "normalen" Bauteilen) keinen viel besseren Wirkungsgrad erreichen kann ... Kennst Du den Begriff "Duty-Cycle" (=Tastgrad, bzw. Verhältnis der Einschaltdauer d. Schalters zur Periodendauer [=1/Schaltfrequenz])? Dieser dürfte bei Dir so um die 0,92 bis 0,94 liegen. Sogar, wenn Du das Glück hast, daß Dein Regelkreis nicht instabil wird über 0,90 - ist das aber trotzdem Quatsch. Du mußt ja einen MOSFET benutzen, der die auftretende Spitzenspannung (minimal über der Ausgangsspannung) aushält - dieser hat bei steigender Spannungsfestigkeit einen immer größeren Rds(ON) und immer höhere (parasitäre) Kapazitäten. Noch dazu muß dieser - wie oben genannt - sehr lange eingeschaltet bleiben, was die Verluste maximiert. (Und sogar in Spule und Diode, ja sogar in den Leiterbahnen, entstehen durch den "Extrembetrieb" viel höhere Verluste.) ### Erster Schritt, um diese zu verringern, wäre eine Spannungs- Ver-doppler- bzw. vielfältiger- Kaskade o.ä. - such mal nach "Sepic multiplied Boost Converter", und/oder beschäftige Dich halt mal allgemein mit Schaltungen dieser Art. Der FET muß dann nur die Eingangsspannung der Multiplier - Schaltung "aushalten", was ansonsten bessere Eigenschaften erlaubt. Und auch mehrere Dioden und Kondensatoren in Reihe sind (verlustmäßig) immer noch besser als oben erwähnte Mißverhältnisse. Damit wären dann u.U. 75% Effizienz drin. ### Zweiter Schritt (auch, wenn Du es nicht glauben willst) wäre ein "Speichertrafo" (=gekoppelte Spulen), also der "Umbau" des Boost- zum Flyback-Konverter, da sich so Ein- und Ausgangsspannung aufeinander "abstimmen" lassen. Weit über 80% möglich, wenn man unbedingt will. ### Dritter Schritt in Bezug auf höhere Effizienz wäre ein Eintakt-Flußwandler - allerdings braucht dieser einen "echten" Trafo, und - für die Regelung - eine Filterdrossel. Bis zu 90% - mit Anstrengung. ### ... ich könnte jetzt noch so einiges aufzählen. Und für jede "Verbesserte Topologie" kann man - man höre und staune - FETs mit immer weniger relativer Spannungsfestigkeit, und daher besseren Eigenschaften benutzen. Auch im Rest der Schaltung entstehen immer weniger Verluste dabei. ----------------------------------------------------------------------- Weißt Du, Bauteile und Topologien haben halt gewisse Grenzen. Deshalb macht man ja verschiedene. Wäre alles egal, oder zumindest teilweise durch Zauberei lösbar, würde längst ein einziger Standardwandler für wirk-lich al-les ver-baut ... Womit ich nicht sagen will, daß man - innerhalb oder außerhalb von sinnvoll - diese Grenzen auch "aufweichen" kann. Z.B. kannst Du für Deine unter 10 Watt Ausgangsleistung einen sauteuren GaN-FET mit echt fetter HF-Litze auf einem ETD59 Kern aus 3C95 in eine Boost-Converter Schaltung wurschteln - und auch gute Wirkungsgrade erreichen. Aber wolltest Du nicht (D?)eine Schaltung "zum Nachmachen für Deine FANS"? ^^
Nun, wie es aussieht differiert sich der LT1916 von anderen Schalt-IC's Die Schaltung eines bekannten Nixie-Googlegroups Mitglieds erreicht bis zu 87% mit einem MAX1771 Bei 10W Ausgangsleistung werden um 85% erreicht. http://www.desmith.net/NMdS/Electronics/NixiePSU/MAX%201771%20V5%20schematic.png http://www.desmith.net/NMdS/Electronics/NixiePSU.html Mit einem teureren, nicht SMD werden bei 24W sogar fast 88% erreicht. Und das mit einem IC aus dem Jahre 2002 sowie einem Mosfet mit gigantischen 280m Ron! Das heutige Problem ist hald, das die Industrie auf immer kleiner baut. Somit fallen diverse Schaltregler nur schon wegen der Baugrösse (DFN etc) einfach weg. Nunja, ich werd nun mal bei dem Herrn nachfragen ob ich seine Schaltung mit Quellenangabe in mein Projekt abkupfern darf.
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Homo Habilis schrieb: > Fakt ist, daß man mit einem Boost-Conv. bei so hohen > Übersetzungsverhältnissen (zumindest mit "normalen" Bauteilen) keinen > viel besseren Wirkungsgrad erreichen kann ... dem ist nicht so.. ich hab einen zusammengebaut (zum rumspielen), der 12V auf 400V macht (auch bis 500V+) bei ähnlichen leistungen.. (bis 15/20 watt sowas) der hat 85% bis hin zu 90% wirkungsgrad. läuft mit nem uc3843 der auch nur echt schlampig beschaltet ist.. (ohne slope-compensation, ohne error amplifier compensation, ganz ohne current-sense und dem ganzen drumrum..) spule ist ein neubegewickelter ehemals flyback-kern mit echtem luftspalt und 0,75 installationskabel. ok, er hat folien-C's am ausgang, und nen, damals, bissl exotischen SPW47N60C3 (650V ; 47A ; 0,07 ohm) als schalter, aber... ist kein hexenwerk...
rio71 schrieb: > ist kein hexenwerk... Das sage ich doch gar nicht. Hast Du meine (nach Lesen Deines Posts vor dem Versenden des meinigen noch nachträglich eingefügte) Stellungnahme dazu nicht gelesen? "Ja, klar... kann man alles. Aber sollte man?" Du willst ihm anscheinend unbedingt die absolute Machbarkeit auch als sinnvoll "verkaufen", oder wie? Natürlich ist es möglich_ - und natürlich mit _irdischen Bauteilen. Auch ich lege für meine Projekte (Stückzahl meist nur im einstelligen Bereich) mehr Wert auf Lebensdauer, als z.B. die Industrie. Und benutze häufig "zu gute" Bauteile, zur Effizienzsteigerung. Allerdings stelle ich nix auf eine Homepage - wo es zwischen 1 und evtl. X000000 Leser nachbauen sollen. In dem Fall sollte man doch nicht mit ETD29 und SPW47... für unter 10 Wattchen daherkommen... oder hältst Du das für sinnvoll? Freilich muß man hier nicht der Industrie folgen - aber doch "im vernünftigen Rahmen" bleiben. Und tut man das, landet man ziemlich genau bei meinen o.g. Angaben. Man kann zwar alles optimieren, aber recht viel mehr ist dadurch auch nicht drin. Oder denkst Du nicht, solch eine Bauvorlage für viele sollte halbwegs "normal" dimensioniert sein, damit auch viele sie tatsächlich nachbauen wollen? Der "GaN + ETD59"- Vorschlag war natürlich stark überzogen - aber nur, um es deutlich zu machen. Bitte bedenke also den Sinn hinter meiner Gesamtaussage, und häng Dich nicht an der Widerlegung einzelner Sätze auf. Ok? ^^ Johnny S. schrieb: > Nunja, ich werd nun mal bei dem Herrn nachfragen ob ich seine Schaltung > mit Quellenangabe in mein Projekt abkupfern darf. Ist nicht nötig, wenn Du nicht willst. Es ist kein Problem, eine passende Schaltung ohne "moralisches Copyright (mC)" aufzutreiben (durch Suche - selbst auszuführen), oder auch ... hier eine entsprechende Schaltung zu erfragen bzw. die Entwicklungshilfe dafür. Nur wolltest Du anfänglich ja unbedingt "Deine" Schaltung, und hast sinnige Änderungen praktisch ausgeschlossen. Hättest Du das mal gelassen... ...und stattdessen simpel nach Vorschlägen für diese spezielle Anwendung gebeten (+ Bedingungen wie (mC) und Homepage und ... etc. angegeben), hättest Du wohl schon 3 oder 4 Kandidaten vorliegen. Davon eine ausgesucht, die Du dann, nach Deinem Geschmack, für mehr Effizienz noch in zweiter, 3., 4. Option durch Bauteiltaustausch(e), Modifikation, etc., darstellen könntest. Aber eine Topologie, die nur mit (von der allgemeinen Praxis ausgehend, die halt bis auf die Lebensdauer recht nahe an der Industrie liegt, auch bei den meisten "Nachbauern") stark überdimensionierten Bauteilen Deine Ansprüche (und die ziehe ich mal als Referenz für die Allgemeinheit heran) erfüllte, würde ich nicht als "Vorlage" wählen. Meine Meinung - sorry.
Ach ja, @Johnny S. - ich habe mir übrigens die Schaltung(en) Deiner Beispielseiten nicht angesehen, auch nicht deren Dimensionierung. Das halte ich auch für relativ unwichtig... Nicht jeder, der sowas ins Netz stellt, denkt über die bestmögliche Lösung nach. (Die meisten freuen sich schon über die Funktion *an*sich* ... und/oder wollen schlicht angeben damit vor anderen.) Auch nicht jeder, der sowas nachbauen will. Aber willst Du möglichst viele erreichen, weil das Konzept einfach gut ist, dann sind meine Argumente eben nicht für die Katz.
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Wiedererwartend bin ich auf einen Trafo gestossen, der die Baugrösse eine Spule hat! http://media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Pulse%20PDFs/PA0367A.pdf mit 11x11 millimetern könnte ich Leben. Meine Jetzige Spule hätte Durchmesser 12mm! Also hab ich den Trafo mal in meine Schaltung eingesetzt und die Schaltung auf "Flyback" umgebaut. Den Kopplungsfaktor mi 0.979 errechnet. Leider auch hier, nur knapp 75% Effizienz. Leider finded man im Datenblatt des LT1916 keine Beschreibung wie man denn die Werte für den Vc Pin berechnet, kann es daran etwa liegen?
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Da der MOSFET aufgrund des Tastgrades im Wesentlichen leitet, ist sein geringer RDSon schon ein Ziel. 250mOhm zu 10mOhm bedeutet schon etwas, zumal ordentlich Strom in die Spule gefüttert werden muss. Aber vielleicht sortierst du deine Effizienzrechnung mal ein bisschen in Teile und suchst den Ursprung der Verluste. Dann, wie ein Ingenieur, werden die größten Verluste zuerst minimiert. Es kann, wie einer der Vorredner schrieb, auch am ungünstigen Tastgrad liegen, für den der Controller nicht gemacht ist.
Homo Habilis schrieb: > Aber sollte man?" Du > willst ihm anscheinend unbedingt die absolute Machbarkeit auch als > sinnvoll "verkaufen", oder wie? nö.. es geht hier nicht um dich oder mich.. thema steht oben... und was er vom gesagten hier mitnimmt oder auch nicht darf er ganz allein entscheiden.. :-) peace und btt...
Hallo, na, ihr erzeugt ja schon im Vorfeld ordentliche Reibungsverluste. Ein paar Tipps zur Steigerung des Wirkungsgrades: - möglichst niederohmigen Shunt verwenden - FET sollte niedrigstmöglichen RDS_on haben. Notfalls mehrere parallel schalten. Dies muß aber die Ansteuerelektronik treiben können, sonst werden die Schaltflanken zu flach. - Shottky-Diode verwenden. Die Diode sollte keine unnötig hohe Spannung aushalten können, sonst hat sie eine unnötig hohe Flußspannung. Am besten Shottky. Man kann auch zwei parallel schalten. Achtung. Bei dem extremen Tastverhältnis eine deutlich stärkere Diode verwenden, da sie in 1/20 der Zeit die volle Energie übertragen soll. - kurze Verbindungen mit ausreichend Querschnitt benutzen - mehrere Kondensatoren parallel schalten zur Verringerung des ESR. Auch Kondensatoren werden warm. - das Wichtigste: Spule und Kernmaterial! Durch Versuche mit unterschiedlichen Materialien findet man dasjenige mit den geringsten Verlusten heraus. Der Kern muß in der Lage sein, die geforderte Energiemenge auch zu speichern. Deshalb den Luftspalt geeignet einstellen. Kern darf nicht zu klein sein, da er sonst zu weit ausgesteuert wird. Hierfür eignen sich Ferrit-Schalenkerne. Vom Kupferlackdraht mehrere parallel nehmen zur Verringerung des ohmschen Widerstandes (Skin-Effekt) oder spezielle HF-Litze. - die Schaltfrequenz sollte so niedrig sein, daß die Umschaltverluste des FETs nicht ins Gewicht fallen - Man kann die Spule als "spartrafo" auslegen. FET an die Mitte und Diode ans obere Ende. - Keine Drossel-Kerne/Spulen verwenden, sondern Speicher-Spulen. - Versuch macht kluch... Wünsche noch viel Erfolg bei der Optimierung. mit freundlichem Gruß
Johnny S. schrieb: > Das Mosfet ist praktisch nicht ersetzbar. Mir ist kein anderes Modell > mit so wenige Ron und nC Gate-Change bekannt, was in einem DPak oder > kleiner verfügbar ist (SMD!). Der MOSFET scheint aber gerade das Problem zu sein, bzw. dessen hohe Gate-Charge. Ich habe ihn gerade mal testweise in der Simulation aus dem Eingangspost durch einen BSZ16DN25NS3 (höherer RDS_on, dafür nur 8nC Gate Charge) ersetzt und sehe weniger als die Hälfte an Verlustleistung am FET. (ca. 1,1W gegen 2,5W). Bei weniger als 1A Strom sind die Verluste durch den RDS_on fast schon vernachlässigbar gegenüber den Schaltverlusten. Vermutlich kann man noch einen besseren Transistor finden - ein niedriger RDS_on und möglichst viel Strombelastbarkeit ist eben nicht immer eine gute Wahl!
Wie sieht denn überhaupt das Layout aus? Wichtiger Faktor! Gruß Jobst
Ich wuerd zB einen LT1683 empfehlen, der hat eine externe Push-pull Endstufe und einen Trafo. Da wird die Dimensionierung auch vernuenftiger, und der Wirkungsgrad noch besser wie bei einem Fly-back. Bei einem Boostregler sollte man bedenken, dass der Ausgangsstrom im Fet ueberhoeht ist. Wenn der Ausgang 1A bringen soll, der Fet aber nur 10% eingeschaltet ist, muss der Fet 10A bringen. Und der Eingangskondenser muss auch die 10A bringen. Oh, und das die Spule,die ja auch geladen werden muss, muss die auch die 10A bringen. Ohne zu saettigen. Tut sie das ?
Jobst M. schrieb: > Wie sieht denn überhaupt das Layout aus? > Wichtiger Faktor! > > > Gruß > > Jobst Ja das Layout ist wichtig. Wenn aber eine Simulation schon ein scheiss Ergebnis bringt, braucht man sich noch nicht ums Layout zu kümmern :) Wenn man in der Simulation z.b. 85-95% erreicht, kann man anfangen das Layout zu designen
Dampf T. schrieb: > Ich wuerd zB einen LT1683 empfehlen, der hat eine externe Push-pull > Endstufe und einen Trafo. Da wird die Dimensionierung auch > vernuenftiger, und der Wirkungsgrad noch besser wie bei einem Fly-back. > > Bei einem Boostregler sollte man bedenken, dass der Ausgangsstrom im Fet > ueberhoeht ist. Wenn der Ausgang 1A bringen soll, der Fet aber nur 10% > eingeschaltet ist, muss der Fet 10A bringen. Und der Eingangskondenser > muss auch die 10A bringen. Oh, und das die Spule,die ja auch geladen > werden muss, muss die auch die 10A bringen. Ohne zu saettigen. Tut sie > das ? Ohjeh, der LT1683 braucht aber viele Bauteile! Und ein kleiner push-pull trafo in grösser einer Smd-Spule (so 13x13mm) wird auch nicht leicht zu finden, wenn überhaupt Serienmässig verfügbar.
Christian S. schrieb: > - Shottky-Diode verwenden. Die Diode sollte keine unnötig hohe Spannung > aushalten können, sonst hat sie eine unnötig hohe Flußspannung. Am > besten Shottky. Man kann auch zwei parallel schalten. Bei 180V dürfte der "Wirkungsgrad" einer Schottky-Diode eher schlechter als der einer normalen Si-Diode sein.
Johnny S. schrieb: > Wenn aber eine Simulation schon ein scheiss Ergebnis bringt Ich käme nicht auf die Idee sowas zu simulieren. Na, viel Spaß noch ... Gruß Jobst
Jobst M. schrieb: > Johnny S. schrieb: >> Wenn aber eine Simulation schon ein scheiss Ergebnis bringt > > Ich käme nicht auf die Idee sowas zu simulieren. > Na, viel Spaß noch ... > > > Gruß > > Jobst Du würdest also diverse Mosfets (Stückpreis meist >2€), sowie Dioden, Trafos etc kaufen, PCB's ätzen lassen um sowas zu testen? Nun gut, das Budget habe ich leider nicht.
Nein, die Parameter liegen ausserhalb des vernuenfigen Bereiches, deshalb wuerd man's auch nicht zu bauen versuchen. Den Trafo fuer einen Push-Pull Wandler wickelt man erst mal selbst.
Jobst M. schrieb: >> Wenn aber eine Simulation schon ein scheiss Ergebnis bringt > > Ich käme nicht auf die Idee sowas zu simulieren. Ja, eine Krankheit zu simulieren, ist oft wesentlich sinnvoller. :-)
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