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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik SMPS Übertrager mit Schirmwicklung, gibt es sowas fertig?


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Autor: SMPS (Gast)
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Hallo zusammen,

ich möchte mich mit dem Selbstbau eines störungsarmen Schaltnetzteils 
(+-15V & +5V) für Analogschaltungen beschäftigen, ähnlich wie hier 
beschrieben:

https://www.elektroniknet.de/elektronik/power/stoerarme-schaltnetzteile-85023.html

Hauptsächlich um den Kondensator zwischen Primär und Sekundärseite zu 
vermeiden, der zwar die Störausstrahlung verringert aber mir dafür die 
Schaltungsmasse gegen den PE verseucht, suche ich nun einen passenden 
Übertrager mit Schirmwicklung. (Ausgangsstrom so ~0,5-1A, Schaltfrequenz 
>100kHz) Das dürfen auch ruhig 3 einzelne Übertrager sein, ist mir sogar 
lieber. Das das nur als teuer spezialangefertigtes Bauteil verfügbar ist 
denke ich nicht, auch "kleinere" Hersteller haben Entwicklungen in dem 
Bereich gemacht:

http://www.funk-tonstudiotechnik.de/SMPS-24T-Info-2-spaltig-neu.pdf

Kennt Ihr etwas passendes?

Danke und Gruß.

Autor: voltwide (Gast)
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Wenn Du bei Würth-Elektronik nichts passendes findest, stehen die 
Chancen schlecht.Davon einmal abgesehen glaube ich nicht, dass mit der 
Schirmwicklung allein ein CE-konformes Abstrahlverhalten zu schaffen 
ist.
Alternativ könntest Du den Y-Kondensator von sekundär-GND nach PE 
verlegen.

Autor: SMPS (Gast)
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Danke für Deine Antwort!

>Alternativ könntest Du den Y-Kondensator von sekundär-GND nach PE
>verlegen.

Ich war mich diesbezüglich nicht sicher, die Schleife zurück vom 
Schalter wird dadurch ja größer, muss zusätzlich durch den 
Primärgleichrichter und durch 2x Y Kondensatoren. Ist die 
Störabstrahlung dann nicht wieder wesentlich höher? Wenn man es gut 
macht sollten die Störströme aber lokal bleiben und nicht in den PE aus 
dem Gerät heraus oder in die Sekundärmasse Stören können.

Bei WE gibt es einen Übertrager der passt, aber keine Schirmwicklung 
hat. (2x24V, 2x0,28A) Zwei Stück davon, sekundär parallel um die 500mA 
zu erreichen. Ich habe mal angehängt wie die Schaltung aussehen könnte 
mit 2x TNY268. Danach könnte man noch einen Kapazitätsmultiplizierer 
schalten oder einen LDO mit hohem PSRR im relevanten Bereich (gibt es 
von TI) um Taktreste auszufiltern. Wobei der Pi Filter in der Simulation 
schon erstaunlich gut wirkt.

Autor: Mark S. (voltwide)
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Anhand des Schaltplanes läßt sich sich nur sehr bedingt auf die 
Störaussendung schließen. Willst Du ein CE-Zeichen anbringen oder nur 
generell "wenig Störungen" aussenden?

: Bearbeitet durch User
Autor: Mark S. (voltwide)
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SMPS schrieb:
> Ist die
> Störabstrahlung dann nicht wieder wesentlich höher?

Es wäre ein Versuch...

Ansonsten: zwei Trafos = doppelte Störauskopplung = schlechter Plan

: Bearbeitet durch User
Autor: SMPS (Gast)
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>Willst Du ein CE-Zeichen anbringen oder nur
>generell "wenig Störungen" aussenden?

Auch wenn ich es selbst (mangels Messtechnik) nicht so genau nachmessen 
kann, Ziel ist natürlich ein Gerät welches die Anforderungen an 
Störausstrahlung und Störfestigkeit erfüllt. Wenn ich eine 
Analogschaltung anschließe und mit dem Scope z.B. an der Gerätemasse bin 
möchte ich keine Störungen über den Schutzleiter einkoppeln. (wie das 
bei vielen Laborschaltnetzteilen der Fall ist)

>Ansonsten: zwei Trafos = doppelte Störauskopplung = schlechter Plan

Geht leider nicht anders weil ich nicht an andere Übertrager kommen 
kann, es ist sogar ein dritter Übertrager für die 5V vorgesehen.
Ich vermute aber das lässt sich in Grenzen halten wenn man akribisch die 
Masse/PE Führung macht? Meine Idee wäre ein PE "Sternpunkt" an den 
Kondensatoren welche die Sekundärmasse mit dem PE verbinden. Dadurch 
bleiben die Störströme lokal, es gibt keine Einkopplung zwischen PE und 
Masse. (ich hoffe man versteht was ich meine)

Autor: Dieter (Gast)
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Wenn EMV ein Problem ist und besonders niedrig sein soll, dann kann man 
mit doppelt geschirmten Gehäusen arbeiten. Zwischen Gehäuse 1 und 2 
befindet sich dann jeweils ein zweites Entstörfilter für die Ausgänge 
und Eingänge.

Autor: Mark S. (voltwide)
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Du solltest Dir erstmal Klarheit verschaffen, welche Störungen Dich 
wirklich stören. Wenn es der Ableitstrom durch den Y-Kondensator ist, 
dann geht es um 100Hz-Störungen und deren Oberwellen, d.h. deutlich 
hörbar angesiedelt im Audiobereich. Lass den Y-Kondensator weg und Ruhe 
herrscht im Audioband.
Die Oberwellen des Schaltwandlers sind eine andere Tasse Tee und 
interessieren Dich persönlich eigentlich nur, wenn Du ein AM-Radio 
betreibst. Anders sieht die Sache aus, wenn das Ganze CE-konform werden 
soll. Dann kannst Du die Idee mit mehreren Trafos getrost vergessen.

Autor: SMPS (Gast)
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>Wenn EMV ein Problem ist und besonders niedrig sein soll, dann kann man
>mit doppelt geschirmten Gehäusen arbeiten. Zwischen Gehäuse 1 und 2
>befindet sich dann jeweils ein zweites Entstörfilter für die Ausgänge
>und Eingänge.

Es ist nicht mehr ein Problem als bei allen anderen Schaltnetzteilen, 
die Leitungsgebundenen Störungen will ich aber so weit irgendwie möglich 
loswerden.

>Du solltest Dir erstmal Klarheit verschaffen, welche Störungen Dich
>wirklich stören. Wenn es der Ableitstrom durch den Y-Kondensator ist,
>dann geht es um 100Hz-Störungen und deren Oberwellen, d.h. deutlich
>hörbar angesiedelt im Audiobereich.

Moment, über den Y-Kondensator über den Übertragern koppel ich doch 
massig HF Störungen in meine Analogschaltung gegen Erde, warum sind die 
100Hz vom Gleichrichter am Eingang hier relevanter?
Es ist erstmal egal was angeschlossen wird, ein paar OPVs, ein VCA...
Da ist noch kein Projekt geplant, für meine Zukünftigen Projekte möchte 
ich das Netzteil als Basis nutzen, Ripple und Rauschen sollten also 
breitbandig niedrig sein. Gerade OPVs und co haben ja zu höheren 
Frequenzen einen immer schlechteren PSRR.

>Anders sieht die Sache aus, wenn das Ganze CE-konform werden
>soll. Dann kannst Du die Idee mit mehreren Trafos getrost vergessen.

Irgendwie muss das ja mit den 2 Trafos gehen ohne Y-Kondensatoren. Das 
oben von mir verlinkte Netzteil schafft das ja auch, ziemlich sicher 
über den PE. Und diverse andere Geräte haben auch mehrere Übertrager 
verbaut.

Autor: weichkekshasstoreo (Gast)
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Mark S. schrieb:
> DEN Y-Kondensator

(und das schriebst Du zwei mal)

Y-Kondensatoren aber treten als Paar auf. Die ganze Bezeichnung (sowie 
auch die Benennung der Klassifizierung und der nötigen Spezifikationen), 
das "Y", resultiert aus dieser paarigen Anordnung. (Und zwar sind die 
beiden "Äste" des Y oben gemeint.)

Es handelt sich um die Funkentstör-Caps, welche im Netzfilter zwischen 
N und PE sowie zwischen L und PE platziert werden. Der X-Cap ist dagegen 
ja zwischen L und N anzuordnen.

Im Anhang siehst Du ein Bild (Kopie Wikipedia "Funkentstörung").

Ziehe mal in Gedanken die beiden Erdungssymbole (diese stellen beide das 
PE-Potential dar) gleichzeitig zusammen auf einen Punkt (am besten exakt 
senkrecht unterhalb des X-Cap), so daß beide Y-Caps "schräg stehen" - 
und schon hat man die "Äste" des Y.

(Genaugenommen müßte man noch den unteren "Ast" des Y ergänzen.)

Jetzt sollte die Bezeichnung "Y-Kondensator" unverwechselbar sein.

Autor: weichkekshasstoreo (Gast)
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Bis auf die erste Zeile: "(und das schriebst Du zwei mal)"
war das alles für den TO gedacht. Nicht für Mark Space.

Autor: SMPS (Gast)
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>Ziehe mal in Gedanken die beiden Erdungssymbole (diese stellen beide das
>PE-Potential dar) gleichzeitig zusammen auf einen Punkt (am besten exakt
>senkrecht unterhalb des X-Cap), so daß beide Y-Caps "schräg stehen" -
>und schon hat man die "Äste" des Y.

Die Kondensatoren von denen Du schreibst zwischen L/N & PE sind Teil des 
Filters am Eingang, das passt soweit.

Es gibt aber nochmal einen Y-Kondensator in typischen Schaltnetzteilen 
der zur Funkentstörung Primär und Sekundär verbindet, C8 hier:

http://cxema.my1.ru/_pu/62/77548904.jpg

Weil er die Basisisolierung für SKII überbrückt muss das auch ein 
Y-Kondensator sein. Und genau der wird mir Ärger machen, er verringert 
zwar Funkstörungen koppelt aber den HF "Dreck" als Gleichtaktstörung in 
die Sekundärseite. Und genau die Störungen will ich durch C86/C87 
stattdessen Richtung PE schicken, weiß aber nicht ob die Schleife C86 -> 
CY1/CY2 -> Gleichrichter niederimpedant genug ist.

Autor: Mark S. (voltwide)
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Das ist der, den ich mit Y-Kondensator meinte. Bei Schutzklasse 2 gibt 
es nur diesen einen. Und genau dieser Kondensator wird Dir den 
obertonreichen 100Hz-Störstrom aus der primärseitigen Gleichrichtung als 
Gleichtaktstörung in den Sekundärkreis koppeln, solange Du diesen nicht 
nach PE ableitest.

Autor: SMPS (Gast)
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>Und genau dieser Kondensator wird Dir den
>obertonreichen 100Hz-Störstrom aus der primärseitigen Gleichrichtung als
>Gleichtaktstörung in den Sekundärkreis koppeln, solange Du diesen nicht
>nach PE ableitest.

Genau das ist meine Frage, reicht dafür stattdessen der C von Masse 
gegen den PE ohne einen Störsender zu basteln? Die Sekundärseite soll 
nur hochohmig mit dem Schutzleiter verbunden sein, (Gegen 
Brummschleifen) muss also SK2 Anforderungen erfüllen.

Autor: Dieter (Gast)
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SMPS schrieb:
> ... Und diverse andere Geräte haben auch mehrere Übertrager verbaut.

Gute Geräte haben tatsächlich zwei (oder drei) Übertrager verbaut, die 
aber besonders gesteuert werden. Bei der vollen Leistung versucht man 
nahe an einem Taktverhältnis vom 50% zu liegen, so dass der zweite 
Übertrager genau um die halbe Phase versetzt arbeitet (oder drei 
Übertrager um 1/3 Phase). Dazu käme noch die doppelte Schirmung, bzw. 
Doppelgehäuse.

Das können spezialisierte Firmen auf Schaltnetzteile so gut wie von der 
Stange in kleinen Stückzahlen liefern, ist aber nicht bei großen 
Elektronikhäusern einfach so aus dem Katalog zu bestellen.

Autor: Mark S. (voltwide)
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SMPS schrieb:
> Genau das ist meine Frage, reicht dafür stattdessen der C von Masse
> gegen den PE ohne einen Störsender zu basteln?

Ich denke, dass dies der Weg wäre. Sofern es Dir um die 
leitungsgebundenen Störungen auf der Netzseite geht, wirst Du aber um 
eine Messung kaum herumkommen. Eine Minimalkonfiguration für derartige 
Pre-Compliance-Messungen bestände aus einer 230V-Netznachbildung, einem 
Trenntrafo und einem Spektrumanalysator. Alles andere ist stochern im 
Kaffeesatz.

Autor: SMPS (Gast)
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>Bei der vollen Leistung versucht man
>nahe an einem Taktverhältnis vom 50% zu liegen, so dass der zweite
>Übertrager genau um die halbe Phase versetzt arbeitet (oder drei
>Übertrager um 1/3 Phase). Dazu käme noch die doppelte Schirmung, bzw.
>Doppelgehäuse.

Ich hatte auch schon danach gesucht ob es fertige ICs gibt die sich 
synchronisieren lassen, konnte aber nichts finden. Es gibt eigentlich 
nur die Möglichkeit (wie im von mir verlinkten Dokument zu dem Netzteil) 
das ganz so kompakt aufzubauen wie möglich (niederinduktiv bis zum 
primär Siebelko) und das Filter am Eingang so "gut" wie möglich 
aufzubauen.

>Sofern es Dir um die
>leitungsgebundenen Störungen auf der Netzseite geht, wirst Du aber um
>eine Messung kaum herumkommen. Eine Minimalkonfiguration für derartige
>Pre-Compliance-Messungen bestände aus einer 230V-Netznachbildung, einem
>Trenntrafo und einem Spektrumanalysator. Alles andere ist stochern im
>Kaffeesatz.

Die Netznachbildung kann man sich grob nach den Plänen im Netz aufbauen, 
Stell/Trenntrafo ist vorhanden.
Der Spektrumanalysator ist ein Problem, ich habe ein Schätzeisen im 
Scope (TDS3014B) welches allerdings nur unter 10MHz anzeigen kann. 
Entsprechende HW kann ich mir unter Umständen bei mir im Betrieb 
ausleihen.

Autor: Mark S. (voltwide)
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Erfahrungsgemäß ist der Bereich der ersten Oberwellen (0,15..1MHz) die 
größte Hürde, so dass man mit 10MHz Bandbreite schon mal los legen 
könnte.
Um Dein setup größenordnungsmäßig zu "kalibrieren" kannst Du vergleichen 
mit einem käuflichen Netzteil eines renommierten Herstellers, z.B. 
Laptopnetzteil von Lenovo, Fuji, Sony etc. Die halten üblicherweise die 
Grenzwerte ein.

Ich glaube allerdings nicht, dass die Empfindlichkeit des Scope-Eingangs 
ausreichen wird um diese doch recht kleinen Pegel zu messen. Als recht 
brauchbare low-cost-Lösung habe ich in meiner Firma den DS815 von Rigol 
angeschafft - der hat seinen KP von 1500€ längst eingespielt.

: Bearbeitet durch User
Autor: SYNC pin (Gast)
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SMPS schrieb:
> Ich hatte auch schon danach gesucht ob es fertige ICs gibt die sich
> synchronisieren lassen, konnte aber nichts finden.

Die gibt es aber definitiv (vielleicht nicht unbedingt mit integriertem 
Schalter, wie die TNY). Bestimmt nicht all zu selten, obwohl ich (zu 
lange her) jetzt nicht mit einer Auswahl dienen könnte.

Man muß nur meines Wissens bei vielen davon (oder gar allen) die interne 
Oszillatorfrequenz mittels des vorgesehenen R (oder auch der RC-Kombi) 
auf "knapp unter f_sync" einstellen, so viel ich weiß.

Ich bin kein Fachmann, aber ein Hochsetzen der wirksamen Schaltfrequenz 
durch Interleaving hört sich schon vielversprechend an. (Ein anderer 
Ansatz wären Resonanzkonverter... da aber sind viele Topologien allein 
über die Frequenz geregelt, andere zumindest zum Teil - was Interleaving 
ziemlich erschweren dürfte.)

An Deiner Stelle würde ich noch mal gründlicher suchen. Welche Tags 
hattest Du verwendet? "controller", "sync", ... ? Ich kann einfach nicht 
glauben, daß so eine Suche ergebnislos verlaufen sollte.

Ich hatte früher(TM) viele Datenblätter von Controller-ICs "in Händen", 
und dabei so einige mit sync Eingang. Sollte sich das entscheidend 
geändert haben? (Wieso sollte...?)   :-/

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