Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Brauche Hilfestellung beim Netzteilentwurf


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von Wolfgang R. (Firma: www.wolfgangrobel.de) (mikemcbike)


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Hallo zusammen,

ich bin auf der Suche nach einem geeigneten Netzteilcontroller, der mir 
ein dual switch forward Netzteil bieten soll.

Eingangsspannungsbereich 12...60V, Ausgangsspannung 24V; 
Leistungsbereich ca. 20W

Es ist mir egal, ob mit integrierter oder separater Halbbrücke - 
Optokoppler zum Feedback ist auch O.K.

LM5015 scheint mir zu schwach
LT8310 ist nicht lieferbar
ADP1074 ist schon extrem aufwändig

Trafo habe ich: Würth 749 119 621 2 (der läuft nicht am LM5015 - warum 
auch immer...)

Ich suche gerade erfolglos - zumal die Applikationsschaltungsbeispiele 
alle hohe Eingangsspannungsbereiche von 36-70V haben...

Hat jemand einen guten Vorschlag, da wäre ich sehr dankbar für! Leider 
ist das Schaltnetzteilthema recht neu für mich...

: Verschoben durch Moderator
von W.S. (Gast)


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Nö, nen guten Vorschlag wird dir wohl keiner geben können, denn der 
Eingangsbereich ist ein bissel arg weit und die Ausgangsspannung liegt 
mittendrin. Normalerweise bleibt einem da nur der SEPIC übrig, aber für 
24 V und ca. 1 Ampere ist das schon etwas sportlich - insbesondere was 
den Kondensator betrifft.

W.S.

von Peter D. (peda)


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DCDC von der Stange haben entweder 9-36V oder 18-72V Eingang.

von soso... (Gast)


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Bei der Spannung und dem Bereich wird das schwierig. Ich würde 
vermutlich zunächst versuchen, das mit einem Sperrwandler (Flyback) zu 
lösen. Der eignet sich nämlich gut für Weitbereich, und für 20W bekommt 
man noch Trafos von der Stange, denke ich. Schau dir mal die "WE-Flex" 
an.
Flybacks gibt übrigens auch ohne Optokoppler, Linear hat ein paar. 
LT8300 als Beispiel (für dich aber zu schmächtig unterwegs...).

Für einen SEPIC hab ich mal den LTC3805 verwendet. Das ist ein 
Controller, d.h. externe FET nötig. Den LTC3805 gäbe es auch für 
LTspice.
Da sind auch Beipsiele für getrennte Versorgungen drin.

von Michael B. (laberkopp)


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W.S. schrieb:
> Normalerweise bleibt einem da nur der SEPIC übrig

?!? Er will doch schon ein dual switch forward Netzteil

Ich weiss halt nicht, warum er solche Exoten wählt und nicht UC3843 bzw. 
NCP1252 https://www.onsemi.com/pub/Collateral/TND378-D.PDF

Die Frage ist auch, wie er den high-side Transistor ansteuern will, 
Treibertrafo oder MOSFET-Treiber, intern wie beim LM5015 geht wohl 
nicht.

Der Würth-Trafo könnte eigentlich passen.
https://www.mouser.de/datasheet/2/445/7491196212-516421.pdf

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Muss es denn galvanisch getrennt sein oder nicht?

von Wolfgang R. (Firma: www.wolfgangrobel.de) (mikemcbike)


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Es muss galvanisch getrennt sein.

von fly away (Gast)


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Wolfgang R. schrieb:
> dual switch forward Netzteil bieten soll.
> Leistungsbereich ca. 20W

Gibt es einen Grund für diese Wahl? Für nur 20W tut doch auch
ein Flyback - den man übrigens genauso als 2T bauen kann. Ginge
dann mit 2 FETs mit nur 75V Sperrspannung, schön niederohmig.

> Eingangsspannungsbereich 12...60V, Ausgangsspannung 24V;

Daß es wohl fertige Flybacktrafos gäbe, wurde ja schon gesagt.
(Für Forward wäre "echter" Trafo + Speicherdrossel nötig - hm.)
Und auch hierfür kann man die UC384X Reihe gebrauchen, aber halt
die 2 mit 100% Duty Cycle. Noch einen Vorregler für Vcc (kann
extrem einfach sein), einen Micro-Ferritkern (Ring- oder EE-)
mit simpler CuL zu einem GDT gemacht (Isolation unkritisch),
schon wär' der Krieg gewonnen.

von Wolfgang R. (Firma: www.wolfgangrobel.de) (mikemcbike)


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fly away schrieb:
> Gibt es einen Grund für diese Wahl?

War eine Empfehlung von Würth - daher auch der genannte Trafo.

fly away schrieb:
> schon wär' der Krieg gewonnen

Mir im Weg steht meine ziemliche Ahnungslosigkeit - gibt es hierfür eine 
Applikationsschaltung, an der ich mich langhangeln könnte?

Danke übrigens für die Hilfe an alle Beteiligten!!!

von soso... (Gast)


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Wolfgang R. schrieb:
> Mir im Weg steht meine ziemliche Ahnungslosigkeit - gibt es hierfür eine
> Applikationsschaltung, an der ich mich langhangeln könnte?

Im Datenblatt des erwähnten 3805 findest du eine Schaltung:
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/38055fd.pdf
Das ist mit Optokoppler-Feedback und externem FET.

Schau dir aber mal den an:
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/8302fc.pdf
Da wäre weder Optokoppler, noch Hilfswicklung oder Hilfsregler noch ein 
FET nötig. Dürfte die simpelste Lösung sein, ist aber unflexibler 
hinsichtlich Trafo.

Beide kann man simulieren.

Andere Hersteller haben auch schöne Bauteile. Musst halt kucken.

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Dann Sperrwandler, definitiv Sperrwandler. Der macht am wenigsten 
Probleme, die Energie bzw. Magnetisierung mit so unterschiedlichen 
Spannungen in den Kern zu bekommen. Der Trafokern wird zwar nicht der 
kleinste, aber 24V/1A sind noch problemlos machbar.

Edit: Vielleicht sogar selbstschwingender Sperrwandler, weil der sich 
durch die Rückkoppelwicklung quasi selbst an die Gegebenheiten anpassen 
kann und der Kern nicht so schnell in Sättigung kommt.

: Bearbeitet durch User
von Dieter (Gast)


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Wolfgang R. schrieb:
> Es muss galvanisch getrennt sein.

Somit ist ein Übertrager in der Schaltung (kein SEPIC notwendig). Das 
erhöht den Spielraum.

Ändert sich dabei laufend die Spannung (z.B. 50 Hz) des Eingangs, oder 
soll das Gerät abwechselnd an unterschiedliche Quellen im Bereich von 12 
bis 60V angeschlossen werden?

Für letzteren Fall kann über eine Umschaltung der Schaltfrequenz der 
Bereich angepaßt werden.

Zur Ermittlung des maximalen Bereichs muss das Taktverhältnis (duty 
cycle), minimal und maximal, angesehen werden. In dem Falle wäre das 12V 
Input bei Lastmaximum zu 60V Input zu Lastminimum. Wenn das den Bereich 
von 95% zu 5% bei fester Frequenz übersteigt, dann wird einem einfachen 
DCDC-Wandler eine zu große Dynamik abgefordert.

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Hmm sehe ich nicht so problematisch. Manche ATX-Standby-Netzteile laufen 
schon an 20V an, obwohl sie im Normalbetrieb so 330-430V bekommen. 
Vielleicht bringen sie so tief im Keller noch nicht ihre volle Leistung, 
aber ich denke wenn man das Netzteil auf 10..60V auslegt, bekommt man 
das hin. Ich baue auch ziemlich problemlos ein transformatorisches 
Netzteil, was das mit 300W schafft.

von fly away (Gast)


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Wolfgang R. schrieb:
> Trafo habe ich:

Sorry, das hatte ich zuerst sogar völlig überlesen. Ob Dir
der vorhandene Trafo wirklich etwas nützt, kommt noch raus.

Man könnte zwar auch den Schaltregler auf diesen Trafo hin
designen (und möglicherweise stellt der sich als zufällig
(halbwegs) vernünftig damit realisierbar heraus). Aber im
Normalfall wählt man den Trafo nach Eruieren einer Regler-
Topologie (unter gegebenen Umständen #) aus - also zuletzt.

#:

Dieter schrieb:
> Ändert sich dabei laufend die Spannung (z.B. 50 Hz) des
> Eingangs, oder soll das Gerät abwechselnd an unterschied-
> liche Quellen im Bereich von 12 bis 60V angeschlossen
> werden?

Das sehe ich schon als wichtige Randbedingung - wie genau?
Und auch andere verfügbare (oder ermittelbare) Bedingungen.
Am einfachsten durch Nennung von Quelle/-n (12-60V) + Last.

Ben B. schrieb:
> Hmm sehe ich nicht so problematisch.

Problematisch muß es nicht sein - jedoch eine bestmögliche
&/oder einfachstmögliche &/oder günstigstmögliche und oder
kleinstmögliche ... etc. Lösung erfordert immer die genaue
Spezifikation aller Umstände.

Z.B. FF-PWM-PFCs sind bezüglich FETs so ausgelegt, daß diese
während der Zeiten mit niedriger Momentanspannung recht hohe
Ströme tragen können müssen - allerdings immer nur zeitlich
begrenzt, weil gleich wieder höhere Spannung darauf folgt.

Thermisch sind sie also etwas weniger belastet, als wenn der
hohe Strom andauernd getragen werden müßte. Deshalb kann man
auch einfach durch bessere Kühlung erreichen, daß solch ein
Wandler z.B. auch DC etwas(!) niedriger als zuvor verträgt.
(Bei voller spez. Ausgangsleistung, meine ich natürlich.)

Als erfahrener Entwickler (ob nun beruflich oder privat) ist
es auch möglich, z.B. gewisse Probleme einfach durch leichte
Überdimensionierung an gewisser Stelle auszuschließen, ohne
es dabei gleich übertreiben zu müssen - und spart Rechnerei.

Aber grundsätzlich sollte vor allem ein Anfänger alle iwie
verfügbaren Daten auch hier nennen, denn er ist ja kein o.g.
erfahrener Entwickler... und weiß selbst (noch) nicht, wo
man durch Tricks weiterkommen kann, und wo exakte Rechnerei
dringend notwendig ist.

Dahingehend stimme ich Deiner Auffassung also privat schon zu,
hier in diesem Rahmen aber wäre es mir lieber, so viele Infos
vom TO zu erhalten, wie irgend möglich.

Die Tipps und Ratschläge sollen ja schlußendlich auch passen.

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Soll das eigentlich nur ein Netzteil werden oder brauchst Du mehrere? 
Soll das Ding mal in der Massenproduktion Verwendung finden?

von Andrew T. (marsufant)


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Wolfgang R. schrieb:
> Es muss galvanisch getrennt sein.

Melcher (uster Schweiz) bzw. dessen Nachfolger haben 5:1 
Weitbereichswandler, galv. getrennt.

Und hier mal spielen mit den Parametern:
www.ti.com

LM5022 wird als design ausgeworfen, Galv. Trennung mußt du dann 
adaptieren.

von Wolfgang R. (Firma: www.wolfgangrobel.de) (mikemcbike)


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Danke für die vielen Antworten und Hilfestellungen! Tolles Forum hier!

Noch mal zu den aufgeworfenen Fragen:

Die Eingangsspannung ist über den weiten Bereich recht konstant, also 
muss ich die maximale Strombelastung bei maximaler Unterspannung 
permanent tragen.

Stückzahlen sind minimal ca. 50/a... Chinamann lohnt da nicht,

Die Einbausituation ist grauslich - habe nicht mehr als 18-20mm Bauhöhe 
- das macht fertige Module fast unmöglich.

Es soll ein Netzteil sein, welches über den ganzen 
Eingangsspannungsbereich funktioniert.

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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50/a. Hm, wird man für konkrete Tips am Gewinn beteiligt?

Nachteil dabei: Ein weiterer Faktor kommt hinzu.
Möglichst billig, möglichst wenige Bauteile.

von Andrew T. (marsufant)


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Wolfgang R. schrieb:
> Die Einbausituation ist grauslich - habe nicht mehr als 18-20mm Bauhöhe
> - das macht fertige Module fast unmöglich.
>
> Es soll ein Netzteil sein, welches über den ganzen
> Eingangsspannungsbereich funktioniert.

Leider nur mit 48W, aber sowas in dieser Art:

https://www.belfuse.com/product/part-details?partn=BM1601-9RAG

von Wolfgang R. (Firma: www.wolfgangrobel.de) (mikemcbike)


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Cooler Fund, das jetzt noch in einem Fünftel der Größe... ;-)

von Wolfgang R. (Firma: www.wolfgangrobel.de) (mikemcbike)


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Ben B. schrieb:
> Hm, wird man für konkrete Tips am Gewinn beteiligt?

Auf Wunsch kann ich euch am Verlust beteiligen... möglichst billig ist 
nicht die zwingende Anforderung.

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Also ich glaube ja wirklich vieles... aber nicht, daß irgendwer bei 
klarem Verstand ein Netzteil entwickelt (von dem immerhin 4 Stück im 
Monat gebraucht werden), damit er damit Verlust machen kann.

von Andrew T. (marsufant)


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Wolfgang R. schrieb:
> Cooler Fund, das jetzt noch in einem Fünftel der Größe... ;-)

Dann mußt Du dich halt mal a bisserl selbst bewegen :-)

LM5022 12..60V auf 70V 0,5A, ti.com designen &&nutzen.
nachgeschaltet Traco 36...72Vin/24Vout 20Watt modul: Traco kaufen.

von Dieter (Gast)


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Also 18mm Bauhöhe.
Welche Länge x Breite?

Für die niedrige Bauhöhe - vielleicht langt dual oder es wird sogar ein 
quad-switch dcdc-Wandler.

Man kann auch zwei LM5015 wandeln lassen, wenn die Ausgangsspannung mit 
Belastung etwas schwanken darf (+0,1 bis -0.5V...-1,0V).

Wegen der geringen Bauhöhe für den Übertrager, wird man ggf. schon zwei 
Wandler parallel arbeiten lassen müssen.

von fly away (Gast)


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Wolfgang R. schrieb:
> Die Eingangsspannung ist über den weiten Bereich recht konstant, also
> muss ich die maximale Strombelastung bei maximaler Unterspannung
> permanent tragen.

Das ist schon fast der schlimmstmögliche Fall: Muß dauerhaft mit 12Vin
zurechtkommen können, aber auch 60Vin vertragen.

Genau spezifiziert ist das damit aber nicht...

"ist über den weiten Bereich recht konstant" heißt ja nur, daß die Vin,
welche nun grade anliegt, nicht stark schwankt - aber nicht, ob sowas
wie Bereichsumschaltung in Frage käme, etc. ... leicht schwammig. :-)
(Und da hatte ich doch echt gedacht, klar_gefragt zu haben... ;-)

Wolfgang R. schrieb:
> Die Einbausituation ist grauslich - habe nicht mehr als 18-20mm
> Bauhöhe - das macht fertige Module fast unmöglich.

Die Bauhöhe allein ist auch weitaus zu wenig Information.
Nenne dazu Breite und Tiefe, dann wird klar, ob/was/wie.
Und auch sonst alles technisch relevante.

Besser mehr als weniger.

Glaub mir, an Infos zu sparen, hilft hier keinem...

Das beste wäre, Du nennst auch die bisher noch fehlenden Daten, und
faßt diese mit den bereits gegebenen in einem sauberen Post zusammen.

von Pat P. (tsag)


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Sorry falles es hier am Thema vorbei geht. Ich nutze zum finden einer 
Stromversorgung eigentlich immer den TI Webench Power Designer.

http://www.ti.com/tools-software/design-center/webench-power-designer.html

Hier gibt es den passenden Schaltplan zu deinen eigenen Bedürfnissen. 
Zusätzlich kann man auch ein paar Sachen simulieren und plotten lassen 
(falls nötig)

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