Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Boost Converter 12 V nach 48V / 6 A - Lösungen


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von Daniel B. (inox5) Benutzerseite


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Hallo zusammen,

um ein Class D Verstärkerboard mit Spannung zu versorgen, soll die 
Spannung einer Autobatterie auf 48 V hochgesetzt werden. Die benötigte 
Leistung liegt bei etwa 300 W, macht ca. 6 A Strom am Ausgang.

Bei einem einfachen Step-Up Wandler landet man dann bei einem 
Spitzenstrom durch die Drossel von etwa 30 - 35 A. Hier beginnt nun das 
Problem, weil sich schlichtweg bei Reichelt und Conrad entsprechende 
Drosseln nicht finden.

Das führt mich zu der Frage, wie man es dennoch schaffen kann? Wie wird 
dieser Anwendungsfall üblicherweise gelöst? Andere Hochsetz-Topologie, 
z.B. Durchflusswandler? Oder Zweiphasiges bzw. Dreiphasiges 
Wandler-Design? Oder ...?

Ich wäre sehr dankbar, wenn sich jemand zu einem (üblichen) Lösungsweg 
äußern würde. Danke. :)

Viele Grüße
Daniel

von hinz (Gast)


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PP-Wandler mit Trafo 1:4.

von TR.0LL (Gast)


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4 Autobatterien in reihe.

von Dieter (Gast)


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Passenden Kern besorgen und selber wickeln. Die gibt es nicht fertig 
gewickelt von der Stange.

von Robert (Gast)


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Boost-Converter passt grundsätzlich für so ein Vorhaben.
Die ganzen automotive OEM Audio-Amplifier arbeiten auch nach dem Prinzip 
die Spannung z.B. auf 24V zu boosten und danach kommt dann ein 
vollbrücken Class-D Amp.

Die Amps haben auch mit dem Problem zu kämpfen, dass die Ströme recht 
hoch werden, daher werden dann meistens multiphase boost-converter 
einegsetzt, die dann zwei Spulen parallel haben und dann 180° versetzt 
arbeiten.

TI und LT haben da einige Bausteine die passen (müsste ich mal 
raussuchen).
Ansonsten - wie immer bei Audio - selten braucht man hier die Leistung 
dauerhaft sondern eher nur transient. Daher muss man den Boost-Converter 
nicht ganz so stark auslegen und dafür stark puffern auf der 48V Seite. 
Wichtig ist aber, dass die Controller eine cycle-by-cycle current 
Limitierung dann implementiert haben, damit bei hohen transienten 
Strömen dann maximal die Spannung einbricht am Ausgang und der 
Controller nicht in einen Hik-Hok mode übergeht.

von Robert (Gast)


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Vielleicht noch was anderes: Bei fertigen Spulen ist der maximale Strom 
in einem umgekehrten Verhältnis zur Induktivität. Versuche also, die 
Induktivität möglichst klein zu halten, dann kriegst du auch eher 
fertige Spulen die den hohen Strom abkönnen. Um kleinere Induktivitäten 
zu nutzen, musst du aber wieder mit der Schaltfrequenz hochgehen.

Als Startwert könntest du mal die Größenordnung 6.8 bis 10 uH anpeilen 
mit Schaltfrequenzen ab 500 kHz. Am besten mal im Spice simulieren. Die 
Kompensation hier korrekt auszulegen wird dann das kritische.

von LandMann (Gast)


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Daniel B. schrieb:
> Oder Zweiphasiges bzw. Dreiphasiges
> Wandler-Design? Oder ...?

Das ist schon mal ein gangbarer Weg.

Am Besten bei Analog bzw. früher die gewünschten Parameter eingeben und 
schauen was da vor geschlagen wird.

Bei LT kommt dann unter anderem der LTC3862.

Dann mal alles durchlesen! Auch die App Notes.

von hinz (Gast)


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von Daniel B. (inox5) Benutzerseite


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Danke sehr für die Antworten.

Also ich sehe es gibt eigentlich drei Möglichkeiten:
1) Einfacher Boost Converter mit recht hoher Frequenz so um die 400 kHz, 
um kleinere Induktivitätswerte hinzubekommen. Für 400 kHz habe ich 
tatsächlich noch eine Drossel 
(https://www.conrad.de/de/p/wuerth-elektronik-we-hcf-74436410680-induktivitaet-smd-2815-6-8-h-36-a-1-st-1594172.html) 
gefunden, die eine Isat von 30 A und also so ungefähr in meinem 
Leistungsbereich liegt.
Frage hierzu: Ist es realistisch, dass ich die Ströme noch mit 400 kHz 
geschaltet bekomme? Idee wäre einen LM5022 zu nehmen, weil der recht gut 
beschaffbar für mich ist.

2) Mehrphasiges Design des Boost Converters. Was mich da bisher 
ferngehalten hat, ist, dass die ICs häufig nicht mehr bei R oder C 
beschaffbar sind und ich keinerlei praktische Erfahrungen mit solchen 
Wandlern habe - mit normalen Boost Wandlern schon. Die prinzipiellen 
Vorteile des Designs sind mir klar.

3) Push-Pull mit Trafo. Finde ich eigentlich elegant, hat aber für mich 
das Problem, dass ich einen entsprechenden Trafo auftreiben/herstellen 
müsste. Auch hier keinerlei Erfahrungswerte. Die galvanische Trennung 
brauche ich zudem eigentlich nicht. Für mich hätte es aber den Vorteil 
mal etwas ganz neues auszuprobieren.

von Dieter W. (dds5)


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Daniel B. schrieb:
> Die galvanische Trennung brauche ich zudem eigentlich nicht.

Dann könnte man auch eine Drossel mit Anzapfung - auch Spartrafo genannt 
- verwenden.

von M. K. (Gast)


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Daniel B. schrieb:
> Bei einem einfachen Step-Up Wandler landet man dann bei einem
> Spitzenstrom durch die Drossel von etwa 30 - 35 A.

Nö....
bei einer angenommenene Effizienz von 85% und einer noch zulässigen 
Spannung am Akku von 10,5V, hast Du 33,6A effektiv auf der 12V Prim 
Seite.
Ipeak beim Boost ist Ieff * 4, also 134A.
Der Strom ist dreiecksförmig (Faktor 2) und nur in der ersten Hälfte des 
Zyklus wird Strom aus dem Akkku entnommen. Daher der Faktor 4.

Mosfet, Diode und Elko müssen die auch abkönnen, daher taugen Boost für 
solche Leistungswerte meist nicht.

Als Spielerei habe ich das mal für 300W mit 3-Stk UC3843 Modulen 
aufgebaut, die von einer MCU mit zeitversetzen Takten synchonisiert 
werden + Lastverteilung über die feedback Beschaltung.
Gemeinsame in + Out Elkos, die nur noch 1/3tel des Ripples sehen.

Push / Pull wäre angesagt.
Kerne wickeln ist immer doof, aber auch kein Hexenwerk.
https://tools.tdk-electronics.tdk.com/mdt/core_ptrans

Als Kernmaterial N87 wählen. Bei NXP währe das ein 3c90 Material.
Höher als 50Khz würde ich nicht gehen, dazu hast Du zu wenig Erfahrung.
ETD34 oder E36 würden passen für die Leistung.
bekommst Du da nicht alles Kupfer rein, nächste Kerngröße wählen.
Das ist keine exakte Wissenschaft.
Genug Kernmasse, das richtige Kernmaterial und genug Kupfer.
Den Rest macht die Regelung.
Die ganzen Feinheiten kommen erst zum Tragen, wenn man die letzten % 
Effizienz sucht.

Bifilar gewickelt, da Du die Potentialtrennung nicht brauchts, aber eine 
sehr gute Kopplung willst.
Kein Luftspalt wg. Forward Topologie, aber die Glättungsdrossel am 
Ausgang nicht vergessen.

Forward arbeiten hauptsächlich über das Wicklungsverhältniss.
Den ganzen heikle Luftspaltkram wie bei den Boost hast Du da nicht.
Nicht so schwer wie es aussieht.

von hinz (Gast)


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Daniel B. schrieb:
> dass ich einen entsprechenden Trafo auftreiben/herstellen
> müsste.

Bei den paar Windungen ist das kein Problem.

von Martin J. (martin-j)


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Bei feryster.pl gibt es passende Drosseln auch für höhere Ströme. 
https://feryster.pl/dlawiki-dtmss

Ein paar Typen werden auch bei tme.eu verkauft, feryster.pl selbst ist 
eher B2B.

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


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Daniel B. schrieb:
> um ein Class D Verstärkerboard mit Spannung zu versorgen, soll die
> Spannung einer Autobatterie auf 48 V hochgesetzt werden. Die benötigte
> Leistung liegt bei etwa 300 W

> Wie wird
> dieser Anwendungsfall üblicherweise gelöst? Andere Hochsetz-Topologie,
> z.B. Durchflusswandler?

300W schreit geradezu nach einem Flußwandler. Wenn man den Kern gut 
ausnutzen will, als Gegentakt-Flußwandler. Für diese Anwendung muß der 
auch nicht stabilisiert sein. Damit entfällt die Glättungsdrossel, die 
ja auch etwa so dick ist, wie der Wandlertrafo.

Guckstu: http://joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap8/Kapitel8.html

von noreply@noreply.com (Gast)


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Braucht der Verstärker 300 Watt konstant?

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


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Passende Speiseteile finden sich in den bekannten Car-Boostern. Je nach 
Baujahr sind es meist Ringkerne, angetrieben von PP - siehe die 
Schaltung von oben:
Beitrag "Re: Boost Converter 12 V nach 48V / 6 A - Lösungen"

Hier kann man die Innereien vieler solcher Produkte sehen:
https://amp-performance.de/

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