Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Auswahl der FETs


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Abdurrahman K. (Gast)


Angehängte Dateien:

Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,
ich würde gerne in der folgenden Schaltung die Schalter durch FETs 
ersetzen. Kann mir jemand welche empfehlen?
Viele Grüße

von der schreckliche Sven (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
PNG oder JPG?

von Joe F. (easylife)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Bei deiner Schaltung kommt aber nur in der ersten Millisekunde was 
Wirres raus, und dann ist Schluss...
Wird mit FETs nicht besser.

von Abdurrahman K. (Gast)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hier ist die PNG-Datei für die Schaltung.

von Abdurrahman K. (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

kann es vielleicht daran liegen, dass der Befehl startup fehlt, sodass 
beim Start der Simulation das Einschalten der Spannungsquelle nicht 
simuliert wird und deswegen was "wirres" herauskommt?!

von Joe F. (easylife)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ne, lag daran, dass ich den Regler falsch interpretiert habe.
Ich dachte du erzeugst eine positive und eine negative Spannung und R1 
ist deine Last. Ich hatte mir den Strom in R1 angeguckt, und da ist 
natürlich wenig zu sehen...
Interessanter Regler auf jeden Fall! Mir ist spontan noch nicht so ganz 
klar, wie der es hinbekommt die Spannung für unterschiedliche Lasten 
konstant zu halten, aber das ist ja nicht dein Thema...

Also, eigentlich müsste es reichen auf der linken Seite N-Ch FETs und 
auf der rechten Seite P-Ch FETs zu nehmen.
Der N-Ch FET wird leitend, wenn die +5V am Gate anliegen, der P-Ch FET 
bei -5V, d.h. das Gate Signal müsste an beiden FETs eher synchron sein 
und nicht um 180° versetzt wie bei deinen jetzigen Schaltern.

Die Ansteuerung muss in der Realität auch vom Timing etwas anders 
aussehen (dead time), um zu verhindern, dass die FETs den Kondensator 
kurzschließen (shoot through). Ein FET schaltet ja nicht schlagartig ab.

: Bearbeitet durch User
von Abdurrahman K. (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ahh okay,
also grundsätzlich, dieser Wandler hat eine Spannungsverstärkung
U_out/U_1 =(2D-1)/(D-D^2), wobei D das Tastverhältnis eines PWM-Signals 
ist.

In diesem Beispiel ist das Tastverhältnis zu D = ton/T = 1us/2.02us = 
0.5

Daher ist Spannungsverstärlung am Ausgang 0 V und der Strom an der Last 
R1 ist bei dieser Konstellation 0 A.

Mir ist auch klar das man auf der "linken" Seite n-channel enhancement 
FETs verwenden kann und auf der "rechten" Seite entspechende p-channel 
enhancement FETs. Kannst du mir speziell auf dem Markt erhältliche FETs 
empfehlen?

Kannst du mir auch bei der Ansteuerung der FETs behilflich sein?

von Joe F. (easylife)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Welcher Strom fließt in deiner Anwendung maximal am Ausgang, und bleibt 
es beim Tastverhältnis 0.5?
Die Kriterien für die FETs sind folgende:
- max. Strom
- max. auftretende Spannung am FET
- FET muss bei +/-5V am Gate sehr gut durchsteuern

Akif K. schrieb:
> Kannst du mir auch bei der Ansteuerung der FETs behilflich sein?

Wie erzeugst du denn die +/-5V Signale in der Realität?
Oder gibt es da noch gar nichts?

Statt S2 und S4 könntest du auch je eine Schottky-Diode nehmen, um das 
Design und vor allem die Ansteuerung einfacher zu machen, oder ist das 
eine bewusste Entscheidung für einen FET gewesen?

: Bearbeitet durch User
von Abdurrahman K. (Gast)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Betrachtet man die Steuerungskennlinie des Wandlers, weist diese um den 
Arbeitspunkt 0.5 einen linearen Verlauf auf.

Geplant ist (steht noch nicht fest) mit einer Vorverzerrung die 
nichtlineare Kennlinie zu linearisieren.

Die Kriterien für die FETs habe ich auch so ausgesucht (Ids, Vds, Vgs), 
aber das Schaltverhalten ist immer miserabel ausgefallen.

Zur Erzeugung der PWM-Signale könnten PWM-ICs verwendet werden. Da habe 
ich mich noch für keinen entschieden.

Die Schalter S2 und S4 durch Dioden zu ersetzen funktioniert leider 
nicht, weil abhängig vom Tastverhältnis kann die Schaltung die Polarität 
der Ausgangsspannung wechseln.

von Joe F. (easylife)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Akif K. schrieb:
> Betrachtet man die Steuerungskennlinie des Wandlers, weist diese um den
> Arbeitspunkt 0.5 einen linearen Verlauf auf.

Ja, nur bei 0.5 ist die Ausgangsspannung relativ unabhängig von der 
Last.

Akif K. schrieb:
> Die Schalter S2 und S4 durch Dioden zu ersetzen funktioniert leider
> nicht, weil abhängig vom Tastverhältnis kann die Schaltung die Polarität
> der Ausgangsspannung wechseln.

Das kann eigentlich nicht sein. Die Ausgangsspannung kann nicht positiv 
(ggü. GND) sein, oder übersehe ich da etwas?


Andere Frage: warum willst du das Ding diskret bauen?
Es gibt so viele fertige und sehr günstige integrierte Regler...

Daher nochmal die Frage: welchen Strom benötigst du maximal am Ausgang?

: Bearbeitet durch User
von Abdurrahman K. (Gast)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Also, mein Ziel ist es einen Class-D-Verstärker mit einem sogenannten 
Cuk-Konverter zu realisieren. Heutzutage werden ja hierfür in der Regel 
Vollbrücken verwendet; der Nachteil hierbei ist der hohe Stromrippel 
wodurch Filter notwendig sind, um die Welligkeit zu dämpfen.

Bei einem Cuk-Konverter können hingegen die Spulen gekoppelt werden, um 
so den Ausgangsstromrippel zu eliminieren.

Der Standard-Cuk-Konverter, wie er in der Literatur am häufigsten zu 
finden ist, ist jedoch aufgrund der nichtlinearen Kennlinie ungeeignet. 
Möglicher Lösungsansatz ist eine Parallelschaltung aus zwei 
Cuk-Konvertern. Dadurch habe ich eine Schaltung wie im Anhang beigefügt, 
mit entsprechender Steuerungskennlinie.

Für die Ansteuerung der Schalter habe ich einen allgemeineren Ansatz 
versucht zu realisieren. Vielleicht kann sich deine Frage dadurch 
klären.

Mein Plan ist es, die Steuerungskennlinie im Anhang durch eine 
entsprechende Funktion 1/x zu linearsieren, um so einen linearen Verlauf 
zu haben, und den Klirrfaktor zu reduzieren. Ob das funktioniert, kann 
ich im Moment nicht sagen.

von Joe F. (easylife)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Also ich sehe den Vorteil nicht wirklich.
Die Induktivitäten hast du halt in den Regler verlagert.
Guck dir mal den Step-Response an, für Audio nicht wirklich brauchbar.

von Abdurrahman K. (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Joe,
das mit der Step-Response habe ich nicht ganz verstanden. Was willst du 
damit sagen und warum ist dies nicht für Audio brauchbar?

Vielen Dank im Voraus

von Abdurrahman K. (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,
die Idee Audio-Leistungsverstärker mit einem Ćuk-Konverter zu
realisieren wurde von Slobodan Ćuk im Jahre 1978 vorgestellt, aber das
Prinzip konnte sich bis heute nicht durchsetzen.


Ich möchte kurz erklären warum:

Die Grundtopologie des Ćuk-Konverters ist aufgrund seiner unipolaren
Ausgangsspannung und der starken Nichtlinearität der Steuerungskennlinie
ungeeignet für den Einsatz in einem AudioLeistungsverstärker. Erst die
Brückenschaltung aus zwei Ćuk-Konvertern (Full-Bridge-Ćuk-Konverter)
kann als Leistungsstufe eines Klasse-D-Verstärkers Verwendung finden.

Der Full-Bridge-Ćuk-Konverter weist für kleine und große
Tastverhältnisse D sehr hohe Ströme in den primären Spulen (?1 und ?3)
auf. Dies hängt mit der niederohmigen Last eines Lautsprechers (4 Ω oder
8 Ω) und durch das Gleichsetzen von Ein- und Ausgangsleistung zusammen.
Daher muss der Aussteuerbereich auf maximal 0,35 ≤ ? ≤ 0,65 begrenzt
werden, um die hohen Ströme zu vermeiden.

In diesem Bereich ist jedoch die Steuerungskennlinie bereits nahezu
linear, weshalb das Verfahren der Vorverzerrung zur Linearisierung der
Steuerungskennlinie des Full-Bridge-Ćuk-Konverter nicht zielführend ist.
Es müssen andere Regelungsmaßnahmen wie die Rückkopplung oder die
One-Cycle-Control-Technik
[http://static.elitesecurity.org/uploads/3/1/315343...]
vorgenommen werden, da auch im linearen Bereich der Steuerungskennlinie
für niedrige Frequenzen nichtlineare harmonische Verzerrungen auftreten.
Insbesondere bei 800 Hz ist der Klirrfaktor sehr hoch. Zu höheren
Frequenzen hin (ab 4 kHz) sind dagegen keine Oberwellen mehr vorhanden.

Darüber hinaus weist die Signalübertragung im Frequenzbereich von 100 Hz
bis 20 kHz keine konstante Übertragungscharakteristik auf, sondern nimmt
zu hohen Frequenzen hin ab. Somit ist der Full-Bridge-Ćuk-Konverter als
Verstärker eher für einen Subwoofer geeignet als für
einen Vollbereichs-Lautsprecher.

Außerdem wird ein Eingangswiderstand benötigt, um die Schaltung zu
stabilisieren. Mit dem Einführen von Widerständen nimmt jedoch auch der
Wirkungsgrad des Wandlers ab, weshalb dieser so klein wie möglich
gewählt werden sollte, was wiederum eine längere Einschwingdauer zur
Folge hat.

Vergleicht man die heute weitverbreitete Vollbrücke mit einem
Full-Bridge-Ćuk-Konverter, so ergeben sich folgende Unterschiede, was
die Bauteile betrifft. Der Full-Bridge-Ćuk-Konverter benötigt vier
Transistoren, zwei gekoppelte Spulen mit einem Kopplungsfaktor 0,8 (bei
diesem Wert wird der Ausgangsstromrippel nahezu eliminiert) sowie zwei
Kondensatoren.

In der Praxis könnte unter Umständen der ohmsche Widerstand der Spulen
?1 und ?3 als Eingangswiderstand ausreichend sein und sei daher
vernachlässigt. Somit ist die Anzahl der Bauelemente nahezu gleich. Es
ist aber wesentlich schwieriger preiswerte gekoppelte Spulen mit einem
Kopplungsfaktor 0,8 auf dem Markt zu finden.

Somit kann man meiner Meinung nach die Idee Audio-Leistungsverstärker
mit einem Ćuk-Konverter zu realisieren in der Schublade wegpacken und am
besten nie wieder rausholen.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.