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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik UC3843 Flyback-Wandler 12V -> 180V


Autor: Mario Richter (mario001) Benutzerseite
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Hallo zusammen,

ich bastle gerade an einem Flyback-Wandler 12V -> 180V mit einem UC3843 
für meine nächste Nixie-Uhr. Schaltplan und Fotos vom Aufbau hänge ich 
mit an. Den Trafo hab ich mit Hilfe der Seite von Prof. Schmidt-Walter 
(http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de/smps/smps.html) ausgelegt und 
auf einem EFD25-Kern selbst gewickelt.

Die gute Nachricht: Der Wandler scheint soweit schon zu funktionieren. 
Wirkungsgrad der Schaltung liegt so bei 60..75%, je nach Last.

Die schlechte Nachricht: Irgendwas stimmt mit Hasi nicht ... Im Ernst, 
die Signale in der Schaltung kommen mir komisch vor. Bei den 
Oszi-Screenshots im Anhang (gelb: Trafo Sekundärseite, cyan: Gate vom 
MOSFET, pink: ISense) sieht man, dass der UC3843 keine gleichmäßige 
Ansteuerung macht, sondern immer eine Periode einen breiten Impuls 
ausgibt und die nächsten Perioden dann nur sehr schmale. Besonders bei 
höherer Last am Ausgang (25mA) sieht man das deutlich.

Frage an die Experten, woran kann das liegen? Ich habe schon mit 
verschiedenen Werten für a) den RCD-Snubber, b) das RC-Glied am 
ISense-Eingang und c) dem Kompensationsglied an Pin 1 des UC3843 
gespielt, ohne dass sich jedoch wirklich was ändert.

Danke für Eure Antworten, viele Grüße,
Mario

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Sieht für mich danach aus, als würde der ISense Eingang eine Abschaltung 
initiieren.
Lese ich da wirklich 100nF im Snubber über der Primärseite? Das kommt 
mir sehr gross vor.

Autor: Christian Kück (chris111)
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Was hast Du für eine Diode im Snubber? Nicht das dir beim Ausräumen der 
Diode der Strompeak über den Isense den Cycle terminiert. Nimm was 
Mittelschnelles für die Diode. Der 470 Ohm ist schon recht niederohmig. 
Wie hast Du die Auslegung des Snubbers getestet?

Mit freundlichen Grüßen
Christian

Beitrag #4880570 wurde von einem Moderator gelöscht.
Autor: Nase (Gast)
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Hast du wirklich UC3843 verbaut oder versehentlich doch -44 oder -45?

Autor: Mario Richter (mario001) Benutzerseite
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Danke für die schnellen Antworten! :-)

Den Snubber hab ich damals (d.h. mit noch einem anderen Trafo) nach 
dieser Anleitung ausgelegt: 
http://ecee.colorado.edu/~ecen4517/materials/flyback.pdf Mit dem 
aktuellen Trafo komm ich da auf Werte von R = 400 Ohm und C >= 25nF. 
Also schon in der Größenordnung, die ich eingesetzt habe ... ?

Ich hab den Snubber mal deutlich verkleinert, auf 1,2nF und 2k6. Macht 
keinen Unterschied ... Als Diode hab ich eine MBRS240 eingesetzt (hatte 
ich grad zur Hand), testweise hab ich auch mal eine 1N4007 versucht. 
Auch das ändert irgendwie gar nichts?

Wenn ich den C am Eingang ISense vergrößere, dann tut sich was - die 
Ansteuerimpulse für den MOSFET werden gleich. Aber das ist ja nicht Sinn 
der Sache, denn dann sieht er den Strom nicht mehr richtig. Ist 
eventuell mein Lochrasteraufbau zu schlecht?? (Ich wollte eh noch ein 
richtiges Layout machen...)

Der Chip ist ein UC3843BL von UTC (gekauft bei Reichelt).

Autor: Christian Kück (chris111)
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Wenn der Zementwiderstand dein 0,47 Ohm shunt ist, hat er viel zuviel 
Induktivität. Versuch mal zwei "normale" 1 Ohm Widerstände parallel. 
Oder auch nur 1 Ohm. Die Stromgrenze mit 0,47 Ohm liegt bei 2A was schon 
zu hoch sein dürfte.

Mit freundlichen Grüßen
Christian

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Mario R. schrieb:
> Ist
> eventuell mein Lochrasteraufbau zu schlecht?? (Ich wollte eh noch ein
> richtiges Layout machen...)

Das wissen wir natürlich nicht, weil wir nur die Bestückungsseite sehen, 
aber wenn du sekundär 25mA abzapfst, würde primär bei 100% Wirkungsgrad 
ja etwa 380mA fliessen, also real deutlich über 400mA. Da muss der 
MOSFet Kreis schon sinnvoll und mit stärkerem Querschnitt gebaut werden 
- auch der Masse Anschluss des UC sollte niederohmig sein. Im ST 
Datenblatt ist eine Offline Appliaktion, die dir bei Isense und Snubber 
helfen kann.

Autor: Christian S. (roehrenvorheizer)
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Hallo,

auf den ersten Bildern sieht man mehrfaches Schalten.

meine Vorschläge:

vergrößere den Eingangs-Elko auf z.B. 500 ... 1000 uF aufgeteilt in 
mehrere einzelne Elkos. Abstand des Elkos zum FET sollte minimal sein. 
Die Leiter nicht zu dünn. Das IC nur am zentralen GND-Punkt anschließen.

ändere das RC-Glied an Pin3 auf ca 1k Ohm und 470pF

der Source-Widerstand sollte induktivitätsarm sein.

Ich konnte mal solch ein Problem beseitigen durch Vergrößern des 
Gate-Widerstandes. Es waren nur 10 Ohm eingebaut. Du könntest hier mal 
die Wirkung eines Potis 100 Ohm testen.

Siehe:
http://danyk.cz/univ_m_en.html

mit freundlichem Gruß

Autor: anagrammatikalisch (Gast)
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Entschuldige bitte, Mario, ich kann nicht ganz fassen, was ich zu sehen 
glaube: Ist Dein "MOSFET" tatsächlich ein BTS121, also ein "Smart 
Low-Side- Switch" ???

Autor: Mario Richter (mario001) Benutzerseite
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Danke für die vielen Antworten und hilfreichen Infos!

Ich hab heute den 0,47R-Shunt gegen vier 2,2R-Widerstände getauscht, und 
siehe da, das Ganze sieht deutlich besser aus (siehe Anhang). Kein 
doppeltes Schalten mehr, saubere Ansteuerung. Nur als ich dann noch 
andere Betriebsspannungen probiert hab, konnte ich das doppelte Schalten 
hier und da noch sehen, meist um 10 bis 11V herum. Aber gut, auf jeden 
Fall ist es DEUTLICH besser.

Auch paar zusätzliche Elkos hab ich probiert, die haben erst mal nichts 
weiter bewirkt. Ins finale Layout werden sie trotzdem mit reinkommen, 
schaden sicher nicht.

Die Änderung des RC-Glieds auf 1kR/470pF hat das Verhalten wieder 
verschlechtert, genauso wie die Erhöhung des Gate-Widerstands. Da bin 
ich wieder auf die ursprünglichen Werte zurück.

Hehe, der BTS121A ist schon ein MOSFET 
(http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/infineon...), der 
ist mittlerweile schon abgekündigt. Den hab ich aus der Bastelkiste 
gekramt, schien mir mit seinen 100V recht passend für erste Versuche 
damals noch ohne Snubber :-)

==============

Ich werd jetzt als nächstes mal ein "anständiges" Layout machen und den 
Regler nochmal aufbauen. Ich denke, das könnte das Verhalten weiter 
verbessern.

Danke nochmals Euch allen für die Hilfe!

Viele Grüße,
Mario

Autor: hinz (Gast)
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Mario R. schrieb:
> Hehe, der BTS121A ist schon ein MOSFET
> (http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/infineon...)

Abs. max.:

Gate-source voltage V_GS: ± 10V

Autor: Mario Richter (mario001) Benutzerseite
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Ups, stimmt ... Danke für den Hinweis. War aber wie gesagt eh nur zum 
Testen, das Ding ist längst abgekündigt. Ins finale Design kommt was 
Moderneres rein :-)

Autor: anagrammatikalisch (Gast)
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Das würd ich an Deiner Stelle nicht tun - testen mit einem FET mit evtl. 
völlig anderen Parametern als bein "finalen" Teil.

Da fängst Du Dir nach dem ganzem Optimieren am Schluß wieder neue Bugs 
ein.

Autor: Mario Richter (mario001) Benutzerseite
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Geb ich dir vollkommen Recht -- mit dem richtigen Layout ändert sich 
aber ja eh wieder alles ein bißchen. Dann kann (muss) ich da nochmal ein 
paar Kandidaten testen und die eine oder andere Optimierungsrunde 
drehen.

Autor: Andreas Messer (amesser)
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Ich denke Du kannst den Wirkungsgrad durch andere Schutzbeschaltung 
verbessern. Aufgrund der Topologie des Sperrwandlers fließen während der 
Sperrphase nicht nur die Energie in deinen Sekundärkreis, sondern über 
deinen Snubber dabei auch immer ~ (12V/470 Ohm) ~ 25 mA. Ich denke Du 
fährst besser mit einer Begrenzung der Drain Source Spannung per 
Supressordiode. Eventuell noch ein Snubber um die Drain-Source Spannung 
im Abschaltfmoment niedrig zu halten.

Autor: M.N. (Gast)
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Interassant!
Ähnliche Module gibt es auch aus Asien:
Ebay-Artikel Nr. 172199525364
Ebay-Artikel Nr. 322374615632

Autor: Axel R. (Gast)
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PIN5(GND) vom UC3843 muss DIRKET und KURZ mit dem unteren Ende deiner 
4x2.2Ω verbunden sein. Sonst stellen sich exakt die von Dir genannten 
Effekte ein.
Dieser Punkt (GND-Seite des Shunt) sollte dein zentraler Massepunkt 
werden.
---
Man kann sich viel mit dem Thema auseinandersetzen. Ich hatte seinerzeit 
einen Boost-Converter mit dem 3843 gebaut und musste sogar noch eine 
Slopekompensation mit rein nehmen, weil mein Duty über 50% lag. Ohne gab 
es auch immer einen Langen und einen kurzen Schaltzyklus nacheinander.
Ich weis nicht, ob es hier das gleiche ist, eher nicht...

man kann die Verlustleistung am Shunt etwas verringern, wenn man den 
I_max Komparator mit zwei Dioden in Flussrichtung schon etwas vorspannt.
Gibt es ja genug Appnotes von und drüber. Bei deinen eher geringen 
Strömen auch sicher nicht unbedingt erforderlich.

Viel Erfolg! Berichte bitte weiter

StromTuner

Autor: Michael Bertrandt (laberkopp)
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M.N. schrieb:
> Interassant!
> Ähnliche Module gibt es auch aus Asien:

Nicht wirklich. Beide laden Kondensatoren,
sind also so ähnlich wie die in batteriebetriebenen
"Elektronenblitzen" verwendeten Sperrwandler.

> Ebay-Artikel Nr. 172199525364

ZVS (zero voltage switching) ist nicht das was der UC3842 macht.

> Ebay-Artikel Nr. 322374615632

Das braucht eine Spannungsqelle die mindestens 10A liefert,
denn der Schalttransistor bleibt so lange an, bis die
Strombegrenzung zuschlängt, eben bei 10A. Kann man
modifizieren, bringt dann weniger Leistung, hat also
überdimensionierte Bauteile.

beide begrenzen wenn der Elko "voll" ist (spannungsgeregelt).

Marios Schaltung ist schon deutlich besser zur Nixie-Versorgung.

: Bearbeitet durch User
Autor: THOR (Gast)
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Andreas M. schrieb:
> Ich denke Du kannst den Wirkungsgrad durch andere
> Schutzbeschaltung
> verbessern. Aufgrund der Topologie des Sperrwandlers fließen während der
> Sperrphase nicht nur die Energie in deinen Sekundärkreis, sondern über
> deinen Snubber dabei auch immer ~ (12V/470 Ohm) ~ 25 mA. Ich denke Du
> fährst besser mit einer Begrenzung der Drain Source Spannung per
> Supressordiode. Eventuell noch ein Snubber um die Drain-Source Spannung
> im Abschaltfmoment niedrig zu halten.

Mit der Variante von Mario habe ich selbst bessere Erfahrungen gemacht 
was den Stromverbrauch (Wirkungsgrad) angeht.

Aber die Dimensionierung ist wichtig, ich hab da 10k, 200nF und nen 
IRF840.

Autor: Andreas Messer (amesser)
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THOR schrieb:
> Mit der Variante von Mario habe ich selbst bessere Erfahrungen gemacht
> was den Stromverbrauch (Wirkungsgrad) angeht.
>
> Aber die Dimensionierung ist wichtig, ich hab da 10k, 200nF und nen
> IRF840.

Ich habe mir das Thema grad nochmal angesehen - jetzt hab ich glaube ich 
diesen Snubber erst mal richtig verstanden. Ja mit dem höheren 
Widerstandswert macht das auch Sinn. Letzendlich muss man den Snubber 
durch Messen an den Übertrager/Strom anpassen, mit dem Oszi sicher kein 
Problem.

Autor: Mario Richter (mario001) Benutzerseite
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Hallo zusammen,

die Lösung mit dem Snubber mit TVS-Diode hatte ich auch entdeckt, aber 
nicht selbst ausprobiert. Inzwischen glaube ich, dass sich die Schaltung 
an der Stelle recht unkritisch verhält, weil eben auch der MOSFET mit 
100V viel ab kann - ich kann den Snubber-R wohl nochmal größer machen, 
Richtung 10k, wie von THOR erwähnt.

Slopekompensation ist ein interessanter Tip, vielleicht probiere ich das 
noch aus. Ich hab ja unter ca. 11V (wo das Tastverhältnis höher wird) 
auch immer noch die langen und kurzen Schaltzyklen, evtl. kann ich da 
noch was verbessern.

Seit dieser Woche hat mich die Arbeit wieder - deswegen komme ich 
weniger zum Basteln. Aber ich bleibe dran und werde weiter berichten :-)

Grüße, Mario

Autor: Andreas R. (Gast)
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Hallo
Hab seit ca 12 Jahren ne Nixe Uhr mit dem IC. Bei mir war auch slope 
compensation nötig.
Hab später noch eine andere Variante mit dem ehrwürdigen mc34063 gebaut 
mit einem tabed inductor Design. Das wäre für dein Design vielleicht 
auch was, da du eh keine galvanische Trennung brauchst.

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