Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Schaltnetzteil: Funktionsweise Feedback


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von Sören (Gast)


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Hallo,

jetzt habe ich mal eine Frage zur Funktionsweise des Feedbacks bei so 
einem Schaltnetzteil.

Da hat man auf der Sekundärseite ja eine Referenzspannung, mit der die 
Ausgangsspannung verglichen wird. Wenn der Sollwert der Ausgangsspannung 
erreicht wird, schaltet die LED in einem Optokoppler ein und gibt ein 
Signal an den PWM-Regler auf der Primärseite, dass er mal langsam machen 
kann.

Ist diese Rückkopplung nun analog oder digital? Ich meine, kennt der 
PWM-Regler auf der Primärseite nur an und aus oder hat er auch Zustände 
dazwischen?

Falls die Regelung analog wäre, kämen ja noch Exemparstreuungen des 
Optokopplers und sonst noch was dazu. Wie kann dann die Ausgangsspannung 
exakt eingestellt werden?

Danke schon mal.
Gruß
Sören

von jemand (Gast)


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Sören schrieb:
> Ist diese Rückkopplung nun analog oder digital? Ich meine, kennt der
> PWM-Regler auf der Primärseite nur an und aus oder hat er auch Zustände
> dazwischen?

Das ist meistens analog.

Sören schrieb:
> Falls die Regelung analog wäre, kämen ja noch Exemparstreuungen des
> Optokopplers und sonst noch was dazu. Wie kann dann die Ausgangsspannung
> exakt eingestellt werden?

Weil es eine Regelschleife ist.

Das macht der TL431 (oder ein äuquivalentes Bauteil). Der "misst" die 
Spannung und regelt den Strom des OK solange hoch (oder runter) bis die 
Spannung passt.

Wenn der OK Exemplarstreuungen hat, wird das dadurch (in Grenzen) 
automatisch ausgeglichen.

Das ist wie bei einem Wasserhahn. Du drehst ja auch nur solange auf, bis 
die gewünschte Menge kommt, und merkst dir ja auch nicht "3,375 
Umdrehungen linksrum" oder dergleichen.
Das wäre auch eine Regelschleife.

Ich emepfehle, bei Interesse, eine solche Schaltun zu simulieren. Da 
kanns du nach Herzenslust in der Regelschleife herumpfuschen.

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


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Da gibt es verschiedene Strategien. Ein Chip wie der TL494 regelt 
klassisch über die Pulsbreite und damit analog. Da die Eingangs-OpAmps 
beim TL494 herausgeführt sind, kann man über deren Verstärkung die 
Emfindlichkeit des Feedback einstellen.
Chips wie der MC34063 z.B. machen das praktisch digital. Der Feedback 
Komparator sperrt die Pulse zum Ausgang, wenn der Level am Feedback Pin 
zu hoch ist.

Netzteile mit Optokoppler verwenden meist eine sehr steile Zenerdiode 
wie z.B. die TL431, so das Streuungen des Optokopplers keine Rolle 
spielen.

von jemand (Gast)


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Matthias S. schrieb:
> Netzteile mit Optokoppler verwenden meist eine sehr steile Zenerdiode
> wie z.B. die TL431, so das Streuungen des Optokopplers keine Rolle
> spielen.

Eigentlich nicht.

Hier wird nicht die Z-Dioden-Funktion des TL431 verwendet, sondern der 
Umstand, dass es ein Shuntregler ist.

Das sieht ja so aus:
https://www.onsemi.com/pub/Collateral/TND381-D.PDF
der TL431 versucht, die Spannung an seinem "dritten" Pin auf 2,5V zu 
drehen.

Dazu verändert er den Strom, den er in die Kathode zieht. Es ist ja ein 
Shuntregler.
Und der Strom fließt durch die LED des OK. Der eigentliche Flyback muss 
jetzt so konstruiert werden, dass er in "die richtige Richtung" regelt.

Wenn die Spannung zu niedrig ist, wird der TL431 den Strom durch die LED 
senken, wenn sie zu hoch ist, erhöhen.
Welche Spannung der TL431 an der "Kathode" hat, ist dabei - im Gegensatz 
zur Z-Diode - völlig irrelevant. Der TL431 darf dort bis zu 36V 
bekommen.

Das ist mit der Funktion einer Z-Diode nicht vergleichbar, hier arbeitet 
der TL431 als Regler, eine Z-Diode kann das nicht.

Das ist ja der springende Punkt beim TL431 ;-)

von Sven S. (schrecklicher_sven)


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Matthias S. schrieb:
> Chips wie der MC34063 z.B. machen das praktisch digital.

Da wird die PWM zwar anders erzeugt, ist aber immer noch analog.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Sören schrieb:
> Ist diese Rückkopplung nun analog oder digital?

Analog. Der übliche TL431 auf der Sekundärseite vergleicht die 
Ausgangsspannung mit seiner 2.5V Referenz und schickt entsprechend mehr 
oder weniger Strom durch die LED des Optokopplers. Der eigentlich recht 
steile TL431 wird dabei durch die Widerstandsbeschaltung etwas 
entschärft und vor allem durch einen Kondensator verlangsamt.

Typische Schaltung: https://i.stack.imgur.com/s8rg4.png

> Falls die Regelung analog wäre, kämen ja noch Exemparstreuungen des
> Optokopplers und sonst noch was dazu.

Jein. Der Optokoppler liegt im Regelkreis. Die Exemplarstreuungen werden 
mit ausgeregelt.

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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"1.Ist diese Rückkopplung nun analog oder digital? Ich meine, kennt der 
PWM-Regler auf der Primärseite nur an und aus oder hat er auch Zustände 
dazwischen?

2.Falls die Regelung analog wäre, kämen ja noch Exemparstreuungen des 
Optokopplers und sonst noch was dazu. Wie kann dann die Ausgangsspannung 
exakt eingestellt werden?"


Zu 1.
Die Regelung erfolgt in den meisten Fällen analog. Denn die PWM sollte 
sich kontinuierlich einstellen lassen, um genau an beliebige Lasten 
anpassbar zu sein. Wäre die PWM nur stufenweise einstellbar, müßte der 
Regler immer mal zu viel und zum Ausgleich mal zu wenig Energie auf den 
Ausgang geben, so daß die Regelung immer schwingen müßte.
Für besondere Fälle, wie eingangsseitige Stromüberwachung, können 
einzelne PWM-Pulse abgebrochen werden, wenn die Schaltung diese 
Funktionalität unterstützt.

Zu 2.
Durch den integrierenden Anteil in der Übertragungsfunktion des Reglers 
wird der Fehler nahezu zu Null ausgeregelt.


hier ist noch extra Platz........

mfG

von Sören (Gast)


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Danke, verstehe das jetzt etwas besser. Die Regelung ist also analog, 
Bauteil-Streuungen werden ausgeregelt. Der Vergleich mit dem Wasserhahn 
gefällt mir ganz gut.

Danke auch für den Hinweis auf den Typ der Referenz und den Schaltplan. 
Werde das bei Gelegenheit mal simulieren.

von Erich (Gast)


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Bisschen Off-Topic:

Die (Handy-) USB-Ladeteile haben wundersamerweise keine Rückkopplung von 
sekundär nach primär !

Es ergeben sich die Fragen:
a)
Wie stellen die sicher, daß keine allzu hohe Sekundärspannung auftritt?
b)
Wie erfolgt die Regelung bei Änderung der sekundären Last?


Folgende Seiten mit "reverse-ingeneering" habe ich gefunden:
1.)
http://danyk.cz/reverz36_en.html
2.)
http://danyk.cz/reverz33_en.html
3.)
https://www.circuitsdiy.com/mobile-charger-circuit-diagram/

Irgendwie erfolgt die Regelung über die zweite primäre Wicklung.
Wie genau ist das?
Sekundär ist ggf. eine Z-Diode als "obere Spannungsgrenze".

Ich habe vor, solche Handy-Netzteile auf 3,3 Volt umzubauen,
möglichst ohne einen zusätzlichen (Linear-) Regler nachzusetzen.

Wer kann hierzu was sagen?

Gruss

von jemand (Gast)


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Erich schrieb:
> Die (Handy-) USB-Ladeteile haben wundersamerweise keine Rückkopplung von
> sekundär nach primär !

Man kann das Feedback auch anders lösen, indem man die "reflektierte" 
Ausgangsspannung auswertet. Die Sekundärwicklung induziert natürlich 
eine Spannung in der Primärwicklung, auch wenn der Schalte vom Flyback 
aus ist. Und die kann man auswerten. Weil das Wicklungsverhältniss des 
Trafos bekannt und konstant ist, kann man damit regeln.

Wie das funtkioniert, kann man z.B. in folgendem Datenblatt nachlesen:
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/8300f.pdf

Warum man das nicht immer tut?
Weil es nicht so genau ist, und weil es passende Regler noch nicht ewig 
gibt.

Eine weitere Möglichkeit besteht in der Regelung duch eine Hilfswicklung 
am Trafo. Auch dann gibts keinen Optokoppler.
Auch das ist nicht so genau wie mit OK-Feedback.

--> Wundersam my ass

Und nein, ein Flyback ganz ohne Feedback ist nicht möglich. Aber nur 
weil du das Feedback nicht siehst, heißt es nicht, dass es nicht da wäre 
;-)

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Erich schrieb:
> Bisschen Off-Topic:
>
> Die (Handy-) USB-Ladeteile haben wundersamerweise keine Rückkopplung von
> sekundär nach primär !
>
> Es ergeben sich die Fragen:
> a)
> Wie stellen die sicher, daß keine allzu hohe Sekundärspannung auftritt?

PSR = primary side regulation

z.B. hier: 
https://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2016/04/08/differences-between-psr-and-ssr-in-bias-power-supply-design

> b)
> Wie erfolgt die Regelung bei Änderung der sekundären Last?

Beim Flyback sind die Spannungen an mehreren Ausgangswicklungen recht 
starr miteinander verknüpft. Aber klar, ohne Feedback von der Last wird 
die Ausregelung schlechter. Ist für diesen Anwendungsfall relativ egal.

> Ich habe vor, solche Handy-Netzteile auf 3,3 Volt umzubauen,
> möglichst ohne einen zusätzlichen (Linear-) Regler nachzusetzen.

Wenn du mit verminderter Ausgangsleistung leben kannst (Strom bleibt 
etwa gleich), dann reicht es, am Feedback zu drehen.

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