Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Sperrwandler DC in 24V welches IC / TOPSwitch


von Stefan (Gast)


Lesenswert?

Hallo,

ich bin auf der Suche nach einem SteuerIC für ein Sperrwandler Netzteil.

Die Eingangsspannung beträgt 16-30V DC,
benötigte Ausgangsspannungen jeweils potentialgetrennt 4x15V / 50mA und 
5V / 1A

Welches SteuerIC / OPSwitch kann ich hierfür verwenden? je weniger ext. 
Bauteile desto besser..

Danke!

von Stefan (Gast)


Lesenswert?

auch wenn er schon etwas älter ist, könnte der TL494 was passendes 
sein...

von no topswitch! (no! ;-) (Gast)


Lesenswert?

Wozu denn einen Offline(!)-"TOPSwitch" für einen DC-DC-Wandler?

(Übrigens ist das IMHO schon ein ziemlich hochtrabender Name für eine so 
mangelhafte Familie / Baureihe von Controller-ICs. Obwohl ich aber - 
zugegeben - die neueste Generation nicht getestet habe.)

Also erst mal könntest Du in dem Fall freilich einen Flyback bauen. 
Dafür käme z.B. der gute alte LM2577 in Frage - der würde das 
leistungsmäßig schon noch packen, denke ich.

Statt der einfachen Drossel für einen Step-Up-Betrieb käme halt ein 
Speichertrafo zum Einsatz. Die Diode wanderte auf die Sekundärseite, 
genauso wie der Feedback-Spannungsteiler.

Allerdings: Ich nehme mal stark an, Dir reicht es, wenn die 15V-Ausgänge 
potentialgetrennt sind (vom Eingang, voneinander, und den 5V). Und 
GND_primär = GND_5VDC sein dürfte (oder gar besser sollte?).

Auf den Gedanken komme ich einfach aufgrund statistischer 
Wahrschein-lichkeit... Habe ich recht? Dann nämlich hätte man so einige 
mögliche Vorteile: Zuallererst bräuchte man hier dann nicht einmal einen 
Optokoppler, TL431, etc.

Ein Flyback kann - wie andere Topologien auch - nur die Last eines 
Ausganges ausregeln. Daher würde man wohl bevorzugt die Spannung des 
Ausgangs mit der größten Last (und Leistung) - hier den 5VDC-out - 
"direkt regeln".

(Und die Spannungen der restlichen, also der "schwachen" 15V-Ausgänge, 
der "natürlichen cross-regulation" überlassen - völlig in Ordnung, das 
funktioniert beim Flyback ja recht gut.)

Aaaaber: Sollte es wirklich so sein, daß die 5VDC den gleichen GND haben 
dürften, wie der 16-30VDC- Eingang ... dann gäbe es wohl eine noch etwas 
kompakter realisierbare Option: Einen Fly-_Buck_ nämlich - eine Kombi 
aus Sync-Buck und Flyback.

Bei einem Fly-Buck wiederum müßte die Leistung für die 5VDC (also das 
Gros der Leistung) nicht von einer Flyback-Wicklung getragen werden 
(mit Flyback-inhärenten hohen Verlusten).

Stattdessen könnten die 5VDC ganz einfach vom Buck-Teil produziert 
werden.  So daß nur die vier 15VDC Rails mit Flyback-Wicklungen erzeugt 
werden müssten. Da für Fly-Bucks wg. d. Stromumkehr nun einmal eine 
synchrone Schaltstufe notwendig ist, wäre der Buck-Betrieb 
hocheffizient.

Das alles würde sowohl geringstmögliche Verluste für die 5VDC-Erzeugung 
bedeuten (ja immerhin 62,5% der Gesamtleistung - effizienter:), als auch 
die o. g. "cross-regulation" erhalten - die 15VDC wären also exakt 
identisch gut geregelt wie beim "normalen Flyback".

Also nochmal kurz: Alternativlos wäre der Flyback nur, wenn wirklich 
alles (!) zu allem (!) potentialgetrennt sein sollte, oder gar müßte - 
dann aber braucht man auch einen OC. Sollte eine Trennung von Eingang zu 
5VDC unnötig sein, kann auf letzteren verzichtet werden.

In dem Fall aber wäre gleich ein Fly-Buck anzuraten, da dieser 
(eventuell sogar WEIT) effizienter sein kann - auch bei kleinerem 
Speichertrafo/ leichterer Drossel - indem der Großteil der Leistung über 
den synchronen Abwärtsregler geschickt wird.

Entscheide Du... für jede Wahl wirst Du hier wohl umfassend geholfen.

von Stefan (Gast)


Lesenswert?

Die 5V müssen zur Eingangsspannung nicht potentialfrei sein, lediglich 
die 4x15V. Diese benötige zur Ansteuerung von N-Fets welche highside 
verbaut sind.

Deine Lösung mit dem LM2577 als Fly-Buck gefällt mir!
auf dieser werde aufbauen.

von No Y. (noy)


Lesenswert?

Lm5160

von hinz (Gast)


Lesenswert?


von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


Lesenswert?

MC34063 :-P

no topswitch! (no!  ;-) schrieb:
> Übrigens ist das IMHO schon ein ziemlich hochtrabender Name für eine so
> mangelhafte Familie / Baureihe von Controller-ICs
Meiner Erfahrung nach funktionieren die recht gut, wenn sie von 
einigermassen qualitativen Bauteilen umgeben sind und die Herren 
Konstrukteure das Datenblatt beachten.

von Mark S. (voltwide)


Lesenswert?

Guxtu nach LNK304 und Du verstehst das schlechte image von Power 
Integrations. Bei mir sind die auf derselben Liste wie 
Tantal-Kondensatoren.

von no topswitch! (no! ;-) (Gast)


Lesenswert?

Stefan schrieb:
> Die 5V müssen zur Eingangsspannung nicht potentialfrei sein, lediglich
> die 4x15V. Diese benötige zur Ansteuerung von N-Fets welche highside
> verbaut sind.
>
> Deine Lösung mit dem LM2577 als Fly-Buck gefällt mir!
> auf dieser werde aufbauen.

Der LM2577 ist ein Boost-IC, war für evtl. Fly-BACK gedacht.

> Lm5160 - Vorschlag von No Y.

Besonders gut für Fly-BUCK.  :)  Dafür muß (auch bei andere ICs kann das 
so sein) der FPWM Pin auf "high", um den "CCM" = kontinuierlichen Modus 
zu wählen. Das ist nötig, damit der "Fly-Buck"-Teil arbeiten kann.  --- 
Datenblatt S. 14, Abschnitt "Synchronous Rectifier".

https://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjY38SLu6PYAhUQ6KQKHduTARcQFggyMAE&url=http%3A%2F%2Fwww.ti.com%2Flit%2Fds%2Fsymlink%2Flm5160.pdf&usg=AOvVaw1Rquv3aoTS8bsRamBBSwwm

...damit wird klar, daß dafür /Fly-Buck) nur Synchrone Buck ICs (ob FETs 
integriert oder nicht - egal), und darunter nur die, welche 
kontinuerlichen Stromfluß in der Drossel zulassen, funktionieren. (Hatte 
ich oben nicht näher ausgeführt - sorry...)

Matthias S. schrieb:
> Meiner Erfahrung nach funktionieren die recht gut

Man könnte sagen: "Ich hab´s halt net mit den PI Dingern." (Ja, ganz
speziell LNK30X war mehrfach - scheinbar grundlos - böse zu mir.)
Daß es damit noch gar niemals nie ging... wollte ich nicht sagen.

> MC34063 :-P

Nun ja - was geht mit dem IC eigentlich nicht?  :)  Manchmal ist das 
Einfachste das Beste - hier aber, denke ich, würde damit - völlig 
verkehrend - der Aufwand den Nutzen stark übersteigen... :)

hinz schrieb:
> UC3845

Hast mich erwischt: Auch mit einem Forward (Eintakt-Flußwandler) könnte 
man  einen Flyback prinzipiell ersetzen - der wäre also nicht 
"alternativlos", wenn allgemeine Potentialtrennung erwünscht. Benötigt 
aber auch sekundäre Drossel(n).

Für die von mir genannte, dem Flyback (Funktions-Prinzps-) inhärente 
"cross-regulation" der Sekundärausgänge sollte beim Forward mit 
zueinander gekoppelten Drosseln gearbeitet werden.

Das erhöht halt wieder den Aufwand ggübr. anderen Lösungen.

Stefan, ich hoffe Du liest das hier noch, bevor Du beginnst, mit einem 
LM2577 einen Fly-Buck bauen zu wollen... O.O

Ansonsten - allen ein frohes Fest!!!

von Klaus (Gast)


Lesenswert?

Stefan schrieb:
> benötigte Ausgangsspannungen jeweils potentialgetrennt 4x15V / 50mA

Stefan schrieb:
> lediglich die 4x15V. Diese benötige zur Ansteuerung von N-Fets

Die 50mA (ist ja wohl Dauerleistung gemeint) würde ich mir noch mal 
genauer ansehen. Wie häufig werden denn die FETs geschaltet? In anderen 
Fällen tuts ne simple Ladungspumpe mit ein paar 100nF ohne Einsatz von 
Wickelgütern und Optokopplern. Ganz Feige nehmen P-FETs und sparen sich 
Entwicklung (einmalig) und Stromverbrauch (immer) von speziellen 
Wandlern.

MfG Klaus

von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

Stefan schrieb:

> Die 5V müssen zur Eingangsspannung nicht potentialfrei sein, lediglich
> die 4x15V.

Dann würde ich die 5V durch ein eigenes Netzteil erzeugen. Für die
4x15V könnte man auch 2 fertige DCDC-Wandler nehmen.

von Stefan (Gast)


Lesenswert?

Die N-FETs werden nur im Minuten-Takt geschaltet, ist keine 
PWM-Anwendung.. Ich muss damit nur Versorgungsspannungen 
ein/ausschalten, aber auf der HighSide. Die Schaltströme sind bei ca. 
100A.

Ich denk es wird bei einer FlyBACK Lösung bleiben.
Ich benötige auch noch andere Spannungen, die kann ich damit gleich mit 
erzeugen..

von Dieter W. (dds5)


Lesenswert?

Stefan schrieb:
> Ich muss damit nur Versorgungsspannungen
> ein/ausschalten, aber auf der HighSide. Die Schaltströme sind bei ca.
> 100A.

Wenn Zugriff auf den Bezug der HighSide besteht, hilft vielleicht schon 
ein Pegelshifter.

von Dieter W. (dds5)


Lesenswert?

Harald W. schrieb:
> Für die 4x15V könnte man auch 2 fertige DCDC-Wandler nehmen.

Die meisten Wandler haben nur einen +- dual Ausgang. Da sind die 
Spannungen nicht galvanisch voneinander getrennt.

von Stefan (Gast)


Lesenswert?

der positive Bezugspunkt ist bei jedem FET ein anderer.

lediglich GND ist bei allen Quellen gleich. GND-Seitig kann ich nicht

schalten, das würde da ganze ja wesentlich erleichtern.

Im Prinzip muss ich zwischen 4 Stromquellen (HochstromElkos) hin und her 
schalten, deren GND's sind verbunden auch mit dem Verbraucher.

eine Verbindung der Fet - S Pins unter den Stromquellen ist nicht 
möglich.
daher würde ich also 4 potentialfreie Steuerspannungen benötigen

von no topswitch! (no! ;-) (Gast)


Lesenswert?

Klaus schrieb:
> Die 50mA (ist ja wohl Dauerleistung gemeint) würde ich mir noch mal
> genauer ansehen. Wie häufig werden denn die FETs geschaltet?

Stefan schrieb:
> Die N-FETs werden nur im Minuten-Takt geschaltet, ist keine
> PWM-Anwendung..

Mann, Du machst mich fertig. Du willst mit XXX Ampere (bei 
wahrscheinlich XXX Volt) arbeiten... Aber Du weißt die nötige 
Treiberleistung nicht einmal 256stelwegs (halbwegs wäre stark 
untertrieben) einzuschätzen? Geschweige denn, zu "überschlagen" 
(approximierte Berechnung mit Sicherheitszuschlag)?

Und ich rattere weihnachtlich mein Gehirn rum, verfasse ganze Romane, um 
die bestmögliche (aufwandsärmste und gleichzeitig effizienteste) Lösung 
zu präsentieren... nur, weil ich an einer Endstufe mit dem von Dir 
genannten Bedarf an Treiberleistung trotz wenig Zeit, und durchaus 
"anderem zu tun", halt ausreichend Interesse gefaßt hatte.

Innerhalb von wenigen Minuten findet man hier auf der Seite, oder in 
diversen Appnotes (Google: "Mosfet Gate Drive Requirements" oder... ja, 
sonstwas an passenden Tag-Kombis halt), die Grundbedürfnisse von FETs.

Ohne auch nur das Geringste über die Leistungsbauteile zu wissen 
irgendwelche Grill- oder Kaminanzünder (bzw. kinetische Zünder - gut für 
Plastiksprengstoff?) zu konstruieren kann man auch billiger haben.

An so etwas wollte ich mich eigentlich weniger beteiligen - und schon 
gar keine Gänsekeule und sogar 2, 3 Küsse von ... dafür versäumen. Hab 
ich aber. Böser Stefan.

MfG, und frohe Weihnachten.   )-:

von Das Brot (Gast)


Lesenswert?

Mark S. schrieb:
> Guxtu nach LNK304 und Du verstehst das schlechte image von Power
> Integrations. Bei mir sind die auf derselben Liste wie
> Tantal-Kondensatoren.

Weil Infineon Dein Brötchengeber ist.

von Stefan (Gast)


Lesenswert?

Spannung beträgt 20-40V / Strom kurzzeitig ca. 50-180A

Wieso eine höhere Treiberleistung?

für den Schaltvorgang habe ich etwa 1 sec. Zeit

die Fets werden fast stromlos eingeschaltet, der "Kurzschlussstrom" wird 
erst später geschaltet, nicht direkt von den "Umschalt" Fets.

von Markus M. (markus_4)


Lesenswert?

Ich denke, er meinte, dass bei der Schaltfrequenz und -geschwindigkeit 
eher deutlich weniger Leistung ausreicht.

von Stefan (Gast)


Lesenswert?

ich benötige etwa 25mA für Elektronik welche noch mit
an der jeweiligen Gate-Ansteuerung hängt, sowie 5mA für eine LED.

von Klaus (Gast)


Lesenswert?

Stefan schrieb:
> Die N-FETs werden nur im Minuten-Takt geschaltet, ist keine
> PWM-Anwendung.. Ich muss damit nur Versorgungsspannungen
> ein/ausschalten, aber auf der HighSide. Die Schaltströme sind bei ca.
> 100A.

Da nimmt man einen High-Side-Switch wie den BTS550 oder einen der 
neueren Kollegen. Da ist alles fertig drin einschließlich der 
Ansteuerung. Die Led klemmt man dann einfach an die 5V Versorgung.

Wenn aber das Ziel ist, es so kompliziert und so fehlerträchtig wie 
möglich zu machen, dann fängt man halt mit diesen Vorgaben

Stefan schrieb:
> potentialgetrennt 4x15V / 50mA

an.

MfG Klaus

von Maxim B. (max182)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Stefan schrieb:
> Hallo,
>
> ich bin auf der Suche nach einem SteuerIC für ein Sperrwandler Netzteil.
>
> Die Eingangsspannung beträgt 16-30V DC,
> benötigte Ausgangsspannungen jeweils potentialgetrennt 4x15V / 50mA und
> 5V / 1A
>
> Welches SteuerIC / OPSwitch kann ich hierfür verwenden? je weniger ext.
> Bauteile desto besser..
>
> Danke!

Hallo,
am einfachsten könnte das mit Buck-Wandler OKI-78SR (gibt es bei 
Reichelt) und isolierten DC/DC-Wandler (so wie NME0515SC, ebenfalls bei 
Reichelt) gehen. Nicht gerade effizienteste Lösung, dafür die 
einfachste.

OKI-78SR arbeitet mit Eingangsspannung von 7 bis 36 Volt, paßt also sehr 
gut. Liefert allerdings nur 1,5 A max. Deshalb ein OKI-78SR für Ausgang 
5V, und noch ein für vier DC/DC-Wandler, die 4x15V / 50mA liefern. Da 5 
Volt stabilisiert wird, werden auch 15 Volt-Ausgänge stabilisiert. 
Wirkungsgrad wird für 5 Volt - Ausgang bei angegebener Eingangsspannung 
etwa 85 - 90%, und für 15 Volt-Ausgänge etwa 66 - 72%.

Viele Grüße,

: Bearbeitet durch User
Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.