Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Sperrwandler verstehen


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von Mark T. (bitts)



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Hallo,

ich habe hier ein defektes Netzteil (USB-Steckernetzteil), bei dem die 
Spannung schon bei der Hälfte des Stroms (0,5A) stark einbricht, welcher 
ein anderes, baugleiches Netzteil liefert (1A). Für die Fehlersuche habe 
ich mir den Plan aufgezeichnet.

Plan:
http://up.picr.de/33675288vy.jpg

Oberseite:
http://up.picr.de/33675289dx.jpg

Unterseite:
http://up.picr.de/33675290eg.jpg


Mir leuchtet nicht so ganz die Sekundärseite des Optokopplers ein. Nach 
meinem Verständnis sind dort Emitter und Kollektor vertauscht.


Außerdem verstehe ich nicht, wie das Teil scharf auf 5V geregelt wird. 
Der Optokoppler wird nach meinem Verständnis schon deutlich vor dem 
Erreichen der 5 V leitend. Die Diode auf der Sekundärseite ist 
vermutlich eine Z-Diode.

Abgesehen davon, dass ich gerne die Wirkungsweise des Schaltung 
verstehen würde, bin ich auf Fehlersuche. Mir ist aufgefallen, dass der 
E-Kern des Übertragers sehr locker ist. Er lässt sich um mind. 2 mm 
seitlich verschieben.


Ich bin für jeden sachdienlichen Hinweis dankbar.

: Bearbeitet durch User
von Teo D. (teoderix)


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Lade die Bilder doch besser gleich hier is Forum herauf. Dann sieht sich 
das eventuell auch einer an!

von Mark T. (bitts)


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Erledigt

von Toxic (Gast)


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Mark T. schrieb:
> Erledigt

Reparaturhinweise gebe ich keine:
Diese Netzteile wuerde ich erst gar nicht einsetzen.Sicherheitsabstand 
nicht gewaehrleistet,keine Sicherung und der Trafo hat wahrscheinlich 
zwischen Primaer und Sekundaerwicklung noch nicht einmal etwas 
"Pergamentpapier dazwischen....
Lebensgefaehrlich......

von Günter Lenz (Gast)


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Mark T. schrieb:
>Abgesehen davon, dass ich gerne die Wirkungsweise des Schaltung
>verstehen würde, bin ich auf Fehlersuche.

Ein Transistor schaltet auf der Primärseite ein.
Der Strom steigt an, es wird Energie in der
Spule gespeichert. Die Diode auf der Sekundärseite
ist in diesen Moment gesperrt. Irgendwann steigt
der Strom nicht mehr weiter, es gibt kein
rückgekoppelten Strom mehr, der den Transistor
durchgesteuert hält, der Transistor schaltet
schlagartig ab. Die Spannung auf der Sekundärseite
wechselt die Polarität, die Diode ist nun in
Durchlaßrichtung und die in der Spule gespeicherte
Energie läd nun einen Kondensator. Dieser Vorgang
wiederholt sich nun und die Spannung am Kondensator
steigt immer weiter. Ist die Sollspannung erreicht,
fließt ein Strom über eine Z-Diode und Optokoppler,
und die Schwingungen auf der Sekundärseit werden zum
aussetzen gebracht.

Dein Schaltplan enthält Fehler, kann also so
nicht funktionieren.

https://de.wikipedia.org/wiki/Sperrwandler

von Dieter (Gast)


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Wenn der Optokoppler altert, neigt das Geraet dazu das die Spannung und 
Strom steigen. Im Gegenzug werden Widerstaende zu warm und dann faellt 
die Ausgangsleistung wieder. Nur verlaesslich ist das nicht.
Den Glaettungskondensator am Ausgang sollte man pruefen. Zu grosse 
Ripple konnen das auch verursachen.
Keine sehr sichere Schaltung. Der 6R8 und ein weiterer Wid. sind ggf ein 
Typ der beim Durchbrennen sicher hochohmig wird. Da wird aber auch oft 
geschummelt.

von Teo D. (teoderix)


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Die Lötstellen vom Eingans-Elko sehen nicht gut aus. Auslöten und 
nachmessen, dann ist das gleich mit erledigt.
Die vom OK auch mal prüfen.

von der schreckliche Sven (Gast)


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Der Kondensator vor der Basis des Transistors bestimmt dessen 
Einschaltdauer und damit die Energiespeicherung im Übertrager. Wenn der 
C seinen Sollwert nicht erreicht, wird zu wenig Energie gespeichert, um 
die Soll-Ausgangsleistung liefern zu können.

Ansonsten stimme ich Toxic zu:

Toxic schrieb:
> Lebensgefaehrlich......

von Toxic (Gast)


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Dieter schrieb:
> Der 6R8 und ein weiterer Wid. sind ggf ein
> Typ der beim Durchbrennen sicher hochohmig wird. Da wird aber auch oft
> geschummelt.

Die 230V gehen direkt auf den Brueckengleichrichter.Wenn der "hops" geht 
muss die Haussicherung ihren Dienst verrichten.

von Mark T. (bitts)


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Der zu geringe Abstand zwischen Primär- und Sekundärseite und die 
fehlende Sicherung war mir auch schon aufgefallen. Außerdem kann man das 
Gehäuse mit relativ wenig Aufwand zerstörungsfrei öffnen. Von anderen 
Steckernetzteilen kannte ich es bisher nur so, dass die richtig gut 
verklebt, verschweißt und/oder verschraubt waren.
Der Vorteil hier ist, dass ich leichter an die Schaltung heran komme. 
Ernsthaft einsetzen möchte ich das Ding nicht mehr, sondern ich möchte 
verstehen, wie es funktionieren soll und warum es nicht richtig 
funktioniert.



Günter Lenz schrieb:
> Dieser Vorgang
> wiederholt sich nun und die Spannung am Kondensator
> steigt immer weiter. Ist die Sollspannung erreicht,
> fließt ein Strom über eine Z-Diode und Optokoppler,
> und die Schwingungen auf der Sekundärseit werden zum
> aussetzen gebracht.

So habe ich mir das auch gedacht, aber wie soll das bei dem Aufbau 
funktionieren? Wenn ich das richtig sehe, dann steigt der Strom durch 
den Optokoppler in der Nähe der Sollspannung fast linear mit der 
Spannung. Das muss doch eine extrem weiche Regelung geben.

> Dein Schaltplan enthält Fehler, kann also so
> nicht funktionieren.

> https://de.wikipedia.org/wiki/Sperrwandler

Hast du oder jemand anders einen Tipp, wo der Fehler liegen könnte?
Die Wikipedia-Seite und ein paar andere Schaltungen habe ich mir 
angesehen, aber auf keiner gab es eine Ansteuerung ohne IC. Gerade den 
Aufbau ohne IC, der aber dennoch sehr einfach gehalten ist, finde ich 
interessant.


Dieter schrieb:
> Keine sehr sichere Schaltung. Der 6R8 und ein weiterer Wid. sind ggf ein
> Typ der beim Durchbrennen sicher hochohmig wird. Da wird aber auch oft
> geschummelt.

Ich nehme an, dass man es den Bauteilen nicht ansehen kann, ob sie bei 
Überlastung hochohmig werden, richtig?

von Teo D. (teoderix)


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Mark T. schrieb:
> Hast du oder jemand anders einen Tipp, wo der Fehler liegen könnte?

Soll ich das jetzt Persönlich nehmen? ;)

Schau dir diese Seite mal an:
http://www.joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap7_2/Kapitel7_2.html

Mark T. schrieb:
> Ich nehme an, dass man es den Bauteilen nicht ansehen kann, ob sie bei
> Überlastung hochohmig werden, richtig?

Nur seeehr selten.

von Mark T. (bitts)


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Teo D. schrieb:
> Mark T. schrieb:
>> Hast du oder jemand anders einen Tipp, wo der Fehler liegen könnte?
>
> Soll ich das jetzt Persönlich nehmen? ;)

Die Frage war auf den/die Fehler bezogen, die in meinem Plan vorhanden 
sein sollen. Deine praktischen Reparaturtipps habe ich gelesen.


> Schau dir diese Seite mal an:
> http://www.joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap7_2/Kapitel7_2.html

Die Seite habe ich inzwischen überflogen.
Einen Aufbau, der so einfach wie bei meinem Netzteil ist, ist nicht 
dabei, sodass mir die die Funktionsweise nicht klar wird.

Allerdings zeigt diese Seite in Bild 7.3 A(rechts), dass die 
sekundärseitige Regelung über einen TL431 läuft und damit ziemlich genau 
sein dürfte. So etwas vermisse ich bei meinem Netzteil. Dessen 
Ausgangsspannung muss sehr lastabhängig sein und leitet im Leerlauf 
womöglich sehr viel Energie unnötig über die Zehnerdiode samt 
Vorwiderstand ab.

: Bearbeitet durch User
von Gerd E. (robberknight)


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Mark T. schrieb:
> Außerdem verstehe ich nicht, wie das Teil scharf auf 5V geregelt wird.

gar nicht.

Diese Schaltung ist die aller billigste Variante von Schaltnetzteil und 
wird über den Optokoppler nur gaanz gaanz grob geregelt. Durch 
Temperaturschwankungen, Bauteiltoleranzen und Alterung ergibt das heute 
die eine Spannung, morgen eine andere.

Wenn man es besser machen will, nimmt man einen Shuntregler auf der 
Sekundärseite, der kurz vorm Erreichen der Sollspannung scharf den 
Optokoppler durchsteuert. Meistens wird das mit einem TL431 gemacht. Das 
funktioniert recht ordentlich.

Selbst wenn ich den TL431 von hier aus in China kaufen würde, kostet der 
mich nur einen Cent pro Stück. Nen chinesischer Netzteilhersteller wird 
den noch billiger bekommen. Daran erkennst Du wie da bei dem Teil 
geknausert wurde.

-> Ein Fall für die Tonne.

von sobidobi (Gast)


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Gerd E. schrieb:
> Daran erkennst Du wie da bei dem Teil
> geknausert wurde.
>
> -> Ein Fall für die Tonne.

Traurig, aber wahr. Das kann mit etwas Hilfe jeder Anfänger besser...
Bau Dir lieber selbst mal etwas auf, nimm aber kein diskretes Design.
Es gibt Universal-ICs wie TL494, oder man versucht MC34063 oder IR2153.
Auf der verlinkten Seite sieht man sehr viele Lösungen, die auch meist
in Spannung und Strom recht einfach etwas skalierbar sind. Würde man
einige verschiedene aufbauen, würde man wohl sehr schnell sehr viel
über Schaltregler lernen. Später könnte man dann evtl. auch mal einen
netzgetrennten, primärgetakteten Wandler bauen - könnte. Denn das ist
viel Aufwand verglichen mit einem simplen DC-DC. Aber Du erkennst dann
solche Schwachsinnskonstruktionen auf der Stelle, das ist viel wert.

von sobidobi (Gast)


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Sorry: Natürlich gibt es tausend modernere ICs. Die Seite ist schon ein
paar Jahre fast unverändert online. Allerdings sind viele der ICs noch
genau so beliebt, weil sie einfach bewährt sind. Und die vielen modernen
Schaltregler-Controller-ICs mit hohen Schaltfrequenzen (was für Anfänger 
schwer beherrschbar ist) kommen also eh nur zum Teil in Frage.

von Günter Lenz (Gast)


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Mark T. schrieb:
>bei dem die Spannung schon bei der Hälfte des
>Stroms (0,5A) stark einbricht, welcher ein
>anderes, baugleiches Netzteil liefert (1A).

Der Transistor bekommt von der Rückkopplungswicklung
und durch einen Widerstand begrenzten bestimmten
Basisstrom. Der Kollektorstrom kann nun, durch die
Stromverstärkung des Transistors vorgegeben, bis
zu einen bestimmten Wert steigen, dann erfolgt
die Abschaltung. Es ist nun eine bestimmte Menge
Energie in der Spule Gespeichert, abhängig davon,
wie weit der Kollektorstrom vorher war.
Davon hängt ab wieviel Leistung maximal übertragen
werden kann. Das heißt, die maximal übertragbare
Leistung ist von der Verstärkung der Transistoren
abhängig, und die streut. Du kannst mit dem
an der Basis strombegrenzenden Widerstand darauf
Einfluß nehmen.

von Mark T. (bitts)


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Hallo,

erst mal Danke für die Hinweise.

Dass die Schaltung Schrott ist und ich das Ding nicht mehr ernsthaft 
benutze, ist klar. Es ist für mich, wie die diskret aufgebauten 
Flip-Flop-Schaltungen. Die sind sehr gut, um die Funktionsweise zu 
verstehen, aber niemand würde sie einsetzen.

Ich habe inzwischen einen Fehler in meinem zuerst angehängten Plan 
gefunden. Es fehlt eine Verbindung zwischen Basis von T1 und Kollektor 
von T2.
Ich habe das noch mal neu aufgezeichnet, sodass es für mich auch 
leichter nachvollziehbar wird.

Ein paar Fragen habe ich:

1a. Ist es richtig, dass R1 5,1 MOhm hat?
1b. Ist R1 nur zum Anschwingen da, oder ist er auch für den weiteren 
Betrieb notwendig?

2.
Wenn ich das richtig sehe, dann läuft das so:
Beim Einschalten schaltet T1 über R1 durch und lädt damit L1 auf.
T2 sperrt, und schaltet erst dann durch, wenn der Kollektorstrom von T1 
durch R2 fast 1 A erreicht hat.
Wenn T2 durchschaltet, zieht er die Basis von T1 runter, sodass T1 
sperrt.
Die Spannung in L1 kehrt sich um und entlädt sich über L3 auf der 
Sekundärseite.

2a.
Wenn der PC817 zu leiten beginnt, zieht er die Basisstrom von T1 ab und 
erhöht damit den Spannungsabfall über R3 minimal. Ist es richtig, dass 
T1 dadurch nicht mehr voll durchsteuert und L1 dadurch langsamer 
aufgeladen wird?
Ohne Last müsste T1 ziemlich warm werden.

3.
Die Regelung ist ja nach einhelliger Meinung Murks.
Wenn man den PC817 z.B. über einen TL431 ansteuern würde, wäre es dann 
sinnvoll, die Ausgangsseite parallel zu CE von T2 zu schalten? Damit 
würde bei erreichter Sollspannung das Aufladen von L1 verhindert werden 
und auf der Primärseite würden praktisch keine Verluste auftreten, bis 
wieder Energie benötigt wird.

von oldeurope O. (Gast)


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Mark T. schrieb:
> Die Regelung ist ja nach einhelliger Meinung Murks.

Nein. Du hast sie übrigens falsch gezeichnet.
Danke für die aussagekräftigen Bilder, das ist nicht
alltäglich hier im Forum.
Beitrag "Re: Ringkerntrafo-Sterben?"

Der Widerstand liegt parallel zur Opto-LED
in Serie mit der Z-Diode.
Zuverlässiger geht es nicht.

Das ist übrigens das am häufigsten verwendete
Sperrwandler-Konzept überhaupt.


LG
old.

von Mark T. (bitts)


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Oh, Mann..., ich muss wohl nicht extra erwähnen, dass ich wenig Übung in 
der Sache habe. Mit der geänderten Sekundärseite sieht die Regelung 
schon sehr viel besser aus. Dann dürfte eine Z-Diode mit 3,9 V verwendet 
worden sein, richtig?

Wie sieht es mit dem Vorschlag aus, den Ausgang des Optokopplers 
parallel zu T2 zu schalten?

von Gerd E. (robberknight)


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Mark T. schrieb:
> Mit der geänderten Sekundärseite sieht die Regelung
> schon sehr viel besser aus.

Nicht wirklich.

Denn Z-Dioden unter etwa 5V haben ein extrem weiches Schaltverhalten. 
Auch die mit etwas höherer Spannung sind noch ziemlich weich.

Die Folge ist, daß der Optokoppler nicht voll durchschaltet, sondern nur 
teilweise. Das ergibt dann hinterher die stark lastabhängige 
Ausgangsspannung des Wandlers.

Ich hatte früher ein paar Mal bei Schaltungen von mir Ärger mit den 
weich schaltenden Z-Dioden. In der Simulation sah alles toll aus, in der 
Praxis war es nicht zu gebrauchen. Seit dem nehme ich TL431 bzw. TLV431 
wenn irgendwie möglich. Bei denen kann man bei Bedarf auch leicht noch 
eine Hysterese hinzufügen.

von oldeurope O. (Gast)


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Mark T. schrieb:
> Dann dürfte eine Z-Diode mit 3,9 V verwendet
> worden sein, richtig?

3V3 bis 3V9, ich würde das ausprobieren
bis die Ausgangsspannung knapp über 5V liegt.

Mark T. schrieb:
> den Ausgang des Optokopplers
> parallel zu T2 zu schalten?

Nichts, weil er dann nicht die Schaltschwelle
für T2 einstellen kann.

Anbei ein Schaltbild vom WYSE RS232 Terminal als
typischen Vertreter dieser Gattung.
(Hier mit TL431 und Synchronisation aus der Zeile vom Monitor.)

LG
old.

von oldeurope O. (Gast)


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Gerd E. schrieb:
> Die Folge ist, daß der Optokoppler nicht voll durchschaltet, sondern nur
> teilweise.

Das soll auch so sein. Der Opto arbeitet nicht im Schaltbetrieb.
Damit man das erkennt, habe ich Euch das Wyse-Schaltbild gezeigt.

Gerd E. schrieb:
> Denn Z-Dioden unter etwa 5V haben ein extrem weiches Schaltverhalten.

Dafür ist der 100R Widerstand. Damit hat die Z-Diode schonmal
10mA bevor die LED im Opto zu Leuchten anfängt.

Keine Sorge, die Schaltung ist extrem einfach und genial.

Bei dem Wyse war der TL431 DIE Fehlerursache im Netzteil.

LG
old.

von Mark T. (bitts)


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Meine überschwängliche Bewertung bezog sich auf den Vergleich zur 
Regelung der fehlerhaften Zeichnung zuvor.
Dass Z-Dioden mit kleinen Durchbruchspannungen flache Kennlinien haben, 
ist hängen geblieben. Mit einer Referenzspannungsquelle geht es bestimmt 
besser, aber im absoluten Knauserbereich kann man das wohl nicht 
erwarten, denn neben einem TL431 kämen ja noch weitere Teile hinzu.

von Mark T. (bitts)


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Aus der W. schrieb:
> Mark T. schrieb:
>> den Ausgang des Optokopplers
>> parallel zu T2 zu schalten?
>
> Nichts, weil er dann nicht die Schaltschwelle
> für T2 einstellen kann.

Ist das denn unbedingt notwendig? Der Optokoppler würde bei Erreichen 
der Sollspannung verhindern, dass T1 wieder leitend wird. Erst wenn der 
Optokoppler wieder sperrt, würde L1 wieder aufgeladen werden. Das müsste 
wie ein Zweipunktregler funktionieren.

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