Speicherspule für Step-up Regler

[Stefan090]

Hallo,

ich bin gerade dabei einen Step-up Regler aufzubauen (noch in der Testphase). Ich hab derzeit aber noch keine guten Erfolge gehabt was den Wirkungsgrad betrifft.

Meine Vermutung die Spule.

ich verwende derzeit einen Ferritringkern von Conrad Artikel-Nr.: 500623 - 62

ich kenn da leider keine genauen Daten bezüglich Frequenz, Sättigung.. bzw weiß nicht ob der geeignet ist. Was gibts besseres? oder muss der Fehler wo anders liegen?

ich mach derzeit von 5V ca 14V und hab mit 1A belastet...

leider kenn ich mich bei Spulen nicht so aus, bei http://www.sprut.de/electronic/switch/parts.html#spule sind einige aufgelistet und eine davon ist eine Speicherspule, jedoch finde ich den angegebenen Kern nicht.

Hoffentlich kann mir jemand helfen
Danke

Gruß Stefan

[Mosi]

Dein Kern ist offenbar total ungeeignet, der Al-Wert ist viel zu hoch.
Das ist keine richtige Speicherdrossel.
Bei Nessel-Elektronik gibts eine für ca. 16EUR
Gruß, Rene

[steg14]

hier kannst du die Spule dimensionieren:
http://schmidt-walter.fbe.fh-darmstadt.de/smps/aww_smps.html

Ohne jetzt nachzurechnen, kommt mir das Ding etwas klein vor.
Ich vermute du hast kein Induktivitätsmessgerät und kein Ossi?
Dann wirds schwierig.

Frequenz, Windungszahl?
Ich vermute du bist in der Sättigung

[Stefan090]

nein habe leider kein Induktivmessgerät

Frequenz bin ich bei 40kHz, Windungen hab ich 12

Ich kannst mir nur mehr so erklären dass ich in der Sättigung bin, weil ich schon vieles so auch den FET ausgetauscht habe aber dadurch wirds viel schlimmer (IRF540 durch einen besseren IRL3803 ersetzt -> "fast" Kurzschluss)

Gibts vielleicht wo anders auch noch geeignete Kerne? Auch für kleinere Preise? Der Kern sollte dann mind. 5A Dauestrom aushalten, also sind kurzzeitig auch Stromspitzten von über 10A möglich...

Für kleine Belastung ist der Kern noch halbwegs gegangen, so ca. 1A Durchschnittsstrom durch die Spule

Kann ich sonst irgendwie Messen ob ich in der Sättigung bin oder wie mach ich das überhaupt? Mit Oszi? (hab ich leider nicht)

Gruß Stefan

[Mosi]

Die einfachste Möglichkeit ist eine Luftspule, mit deinem Kern wird das nichts,
Der Al-Wert dürfte nicht viel mehr als 200 betragen, dein Kern hat 2700! und das bei einer recht kleinen Größe, der ist garantiert in der Sättigung.
Probier vielleicht mal etwa 6Wdg aus, aber 5A wird der bestimmt nicht bringen.
Gruß, Rene

[steg14]

"aber dadurch wirds viel schlimmer (IRF540 durch einen besseren IRL3803 ersetzt"
ich vermute die Ansteuerung ist auch falsch.
Plan posten!

Versuch die FED 100µ von Reichelt für 1,55

Guck dir das Datenblatt LT1070 an da ist einer drin
http://www.linear.com/pc/downloadDocument.do;jsessionid=FVsn1qyQfowdxD50r2x uzenHEw0ZPs2YCtkw6hk3JT3na2Tivye1!2035528897?navId =H0,C1,C1003,C1042,C1031,C1061,P1266,D2406
5 auf 12V 1A

[ogni42]

Ohne die max. Feldstärke der Spule zu kennen: Richtwert bei Ferrit ist IIRC 0.3T

Der max. Strom (dann fängt der Sättigungsbereich an) ist dann I=(B*Ae)/(N*Al); Ae ist der Kernquerschnitt.

Macht in Deinem Fall
L = 398.9uH

I = (0.3*63.51*10-6m2)/(12Wdg*2770nH/Wdg) = 588mA

Ae habe ich für R16 Format angenommen:

Aussendurchmesser 17.2mm Innendurchm 8.5mm Höhe 7.3mm

Vom Sättigungsbereich solltest Du Dich noch einen guten Schnitt fern halten. Also kannst Du die Spule mit max. 500mA belasten. Das ist Dein Imax für den Ladezyklus. Entnehmen kannst Du dann (auf der Seite von Prof Schmitt) grob überschlagen: 130mA

Besser und preiswerter kommst Du mit Eisenpulverkernen weg. Die vertragen ca. 1T und gibt es haufenweise bei reichelt.

[BlueNature]

Servus,

ich kann dir einen Tip geben, ich arbeite gerne mit Ringkernen aus defekten PC-Netzteilen, diese haben in meinen Step-Up-Schaltungen beste Erfolge gebracht in Messreihen. Witzigerweise sind die Transformatoren in den Energiesparlampen auch von bester Güte, also für kleinere Bauform und einem Strom bis max. ca. 800mA tun es diese Teile auch sehr gut. Nur eine Wicklung nutzen, die 2. offen lassen, nicht brücken, dann hast du eine gute Spule.

Grüße Wolfgang

[Stefan090]

Danke für die zahlreichen und auch hilfreichen Antworten.

Also ich habe derzeit einen TL594 als Regler und als Anhaltspunkt http://www.sprut.de/electronic/switch/up.htm gehabt. Schaltplan ist nun dabei

Weiß jemand wie groß der Kern (Abmessungen) um 16€ von Nessel ist?
Gibts wo anders auch noch Eisenpulverkerne? Reichelt ist leider zu teuer für Versand ins Ausland und beim Conrad finde ich keine

Kann die Spulensättigung wirklich ein Grund für den hohen Strom durch den Fet sein oder ist da ein Fehler im Schaltplan?

Gruß Stefan

[wkrug]

Kann die Spulensättigung wirklich ein Grund für den hohen Strom durch den Fet sein oder ist da ein Fehler im Schaltplan?

Klar kann die Spulensättigung der Grund sein.
Zum Berechnen deiner Spule kannst Du den mini Ringkern Rechner von Wilfried Burmeister verwenden. Erspart einiges an Rechnerei und es ist eine kleine Datenbank von Amidon Kernen dabei.

[SprinterSB]

Für den Wirkungsgrad:

1) Hast du low-ESR-Kondensatoren?

2) Die Diode: ultra fast recovery shottky

3) Du willst den FET (Q8) *schnell* schalten, also:
3a) fliegt der Gate-Widerstand R1 komplett raus
3b) als Gate LOW-Treiber sollte ein Darlington sein, zB 2*BC557
3c) die Gate-Treiber bekommen ihren eigenen 100nF Abblock-Kondensator

4) Wie du selber richtig bemerkt hast, ist die Induktivität wesentlich.
Der obige Link nach Uni Darmstadt ist gut zum Einstieg.

Speicherdrosseln bekommen ist nicht leicht. Die x Windungen um einen Ringkern wickeln ist was für Sträflinge, also sind E oder EI-Kerne angesagt o.ä. Ich beziehe meine kerne von Bürklin (über die Firma, geht leider nicht an privat). Wie auch immer dort könntest du zumindest Datenblätter von Kernen bekommen, ogni42 hat ja schon was gerechnet.

Was auf jedenfall in den Kern passen muss ist die Energie, welche von der größe des Luftspalts abhängt und für die gilt:

https://www.roboternetz.de/wissen/images/math/66fba781923bb13812303c5ad24c6c11.png

Die rechte Seite ist bei E-Kernen nur von der Kerngeometrie abhängig, während µe zusätzlich von der Größe des Luftspalts abhängt. Diese Daten findest du im Datenblatt zu eine Kern.

Was du vom Kern wissen musst sind
L und W_max. Über W_max hast du auch den Maximalstrom via
W = 1/2*L*I²

Falls die für einen Kern diese wichtigen Parameter nicht zugänglich sind (L idR Über Al), dann vergiss ihn.

16€ ist *viel* für einen Kern! Kannst du die Frequenz des Schaltreglers erhöhen? Dadurch brauchst du keine so große Drossel.

Mit folgendem StepUp bekomme ich einen Wirkungsgrad von über 80% und du sieht den FET-Treiber (ist allerdings 9V --> 180V und kleinerem Strom):

http://freenet-homepage.de/gjl/pub/neptun/index.html#netzteil

[Stefan090]

danke für den link, was ich da leider nicht verstehe sind die zwei Spulen, wofür sind die?

low-esr hab ich derzeit nicht, zumindest nicht bei den 470µ, die 1200µ sind von einem Motherbord und die sind glaub ich low-esr typen?

Schaltreglerfrequenz kann ich schon erhöhen, aber werden dann nicht die Umschaltverluste im FET größer? Und das hilft mir jetzt auch nicht wenn ich noch keine andere Spule habe oder was soll das bezwecken?

Gruß Stefan

[SprinterSB]

In meiner Schaltung ist der rechte Teil der Drossel ein voltage boost, weil ich ja auf 180V kommen will. Bei deiner Schaltung kannst du den rechten Teil der Drossel einfach überbrückt denken. Es ist übrigens nur eine "Spule", die müssen auf dem gleichen Kern sitzen. Über die linke Wicklung kommt in der ON-Phase der Fluß in die Drossel. In der OFF-Phase wirken jedoch alle Wicklungen, so daß die Spannung höher ist. Insbesondere verkleinert sich durch den induktiven Spannungsteiler die Spannung am Drain. Mit komplett galvanisch getrennter rechter Wicklung hätte man einen Flyback aka Sperrwandler.

Die Schaltverluste am FET gehen mit der Schaltfrequenz, richtig. Sie gehen zudem mit der Zeit, die man braucht, um ihn zu schalten, s.o. Ein Erhöhen von f hat zur Folge, daß der Strom durch die Drossel kleiner bleibt, weil das Energiepaket in ihr kleiner ist -- Gleichbleiben der anderen Parameter voratsgesetzt. Dadurch kommt man mit einer kleineren Drossel aus. IN deinem Falle entgehst du damit vielleicht der Sättigung, wenn das das Problem sein sollte.

Wie bestimmst du den Wikrungsgrad?
Wie groß ist der überhaupt? ZB bei Volllast, Halblast.


Frequenzen bis 100kHz sollten machbar sein, von Frequenzen darüber ist nicht unbedingt zu raten (Umschaltverluste am FET (Treiber werden heiß!), Skin-Effekt, parasitäre Schwingkreise, etc).

Welches Tastverhältnis macht der SMPS-Controller? Das ist ja auch net unwesentlich. Wenn das total fehlangepasst ist, geht das auch auf den Wirkungsgrad weil der Wandler in die Lückung geht oder so.

Was die Kondensatoren angeht: Mehrere kleine sind besser als ein fetter. Daß die Dinger von einem Motherbord sind ist kein Qualitätsmerkmal ;-)

[Jakob L.]

Hallo,

als erstes muss man bei so einem Schaltnetzteil die benötigte Induktivität und die Strombelastbarkeit der Spule berechnen. Mit dem Programm auf http://schmidt-walter.fbe.fh-darmstadt.de/smps/aww_smps.html kommt man auf 70 µH (bei 40 kHz) und einen Strom von maximal 3.5A. Jetzt kann man sich auf der folgenden Seite ein Berechnungsprogramm für Induktivitäten herunterladen:

http://www.micrometals.com/software_index.html

Das Programm läuft übrigens auch unter Linux (mit wine). In dieses Programm kann man unter "DC Biased" die Daten eingeben und bekommt dann einige Kerne vorgeschlagen. Viele dieser Kerne sind bei Reichelt verfügbar.

Gruss
Jakob

[ogni42]

Wenn Du keine Low-ESR Kondensatoren hast bzw. bekommen kannst kannst Du mehrere Kondensatorer kleinerer Kapazität aber höherer Spannungsfestigkeit parallel schalten. Dadurch geht der ESR ebenfalls runter.

Den Gatewiderstand würde ich allerdings drin lassen, da man ansonsten - eigene Erfahrung - hässliche Schwingungen bekommen kann. Ich rechne den Gatewiderstand meistens so aus, dass die Spitzenstrombelastbarkeit der Transistoren gerade nicht erreicht wird.

Wichtig ist, wie SprinterSB schon gesagt hat, dass die Treiberstufe einen eigenen Abblockkondensator bekommt.

Bei reichelt gibt es den T106-26 Ringkern, der für Deine Zwecke reiche(l)n sollte. Wenn Du Dir den miniringkern Rechner installierst, da ist der Kern schon (einschließlich Abmessungen) drin. Ausrechnen kannst Du es mit den Formeln von SprinterSB und mir dann ja selbst.

[Stefan090]

Den Wirkungsgrad hab ich so bestimmt:
den Strom (Gleichstrom, also Druchschnitt bei den 5V) und die Spannung multuipliziert. Am Augang hab ich 1A und 14V

daraus ergibt sich der Wirkungsgrad mit 1V*1A / Eingangsleistung

passt das so?

und ich hab bei 1A am Ausgang 6A am Eingang gemessen!!
und das ist mehr als schlecht, sind so ca 45%

wie kann ich das Tastverhältnis messen? ich könnte wieder nur die Durchschittsspannung messen und dann auf das Verhältins On/Off Zeit zurückrechnen wenn das ausreichend genau ist...

Ich hab eh schon mehrere Kondensatoren genommen, ist aber nur gering besser geworden. Low-esr Typen brauch ich ja eh nur bei den 14V Ausgang oder? Am 5V Eingang können das schon normale Typen sein?

Und zwei BC557 mit Abblockkondensator muss ich erst testen

Wie gesagt geht das nicht dass ich bei Reichelt bestelle...

Gruß Stefan

[SprinterSB]

Halbleiter sind bestimmt auch schon bis zu den südlichen Bergvölkern vorgedrungen ;-)

Tastverhältnis/Schaltfrequenz stellst du idR selbst ein zB durch Timing-Kondensatoren (R10+C3?) und kannst es im Datenblatt des ICs nachschlagen.

Das AUsschalten von des FET geht zu langsam, weil die Gate-Ladung über Q2-R2-GND abfliesst. Für die OFF-Phase ins IC.E1 (npn-Emitter?) wahrscheinlich hochohmig und treibt nicht gegen GND.

Ähhh... noch was. Deine Drossel hängt gegen 5V, du treibst den FET aber mit 10V?

[Stefan090]

Schaltfrequenz stelle ich durch R10+C3 ein, richtig

Was war mit Tastverhältnis gemeint? Nicht der Duty Cycle? Der Regler verändert den ja mit steigender Belastung oder z.B Veränderung der Eingangsspannung... kann ich also nicht dem Datenblatt entnehmen

Am Gate des FET müssen 10V sein damit der voll durchschaltet. Ist das ein Problem wenn dann nur 5V an Drain sind?

IC.E1 ist Emitter eines npn-Transistors, richtig. In der OFF Phase liegen aber die Basis Q1 und Q2 durch den Pulldown (R2) an GND. Damit schaltet Q2 durch und die Gate-Ladung entlädt sich über Q2. Da ist ja kein R2 dazwischen oder geht das Umschalten des Transitors zu langsam?

Gruß Stefan

[Yossarian]

Hallo
den Vorwiderstand für den IRF solltest Du mindestens verdoppeln,da der BC548 max 500mA verträgt.
Damit beträgt die Schaltzeit des IRF rund 80ns.
Ich würde es mit 47 bis 100ohm probieren.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[Stefan090]

Aber macht das dem BC548 wirklich was aus? Der Gate-Ladestrom ist ja nur kurzzeitig, das sollte der doch aushalten

Und was ist jetzt mit dem FET? Geht es, dass 5V an Drain, aber 10V an Gate sind?

Und habe ich das mit den 2 Transistoren und der Gate-Entladung richtig verstanden?

Gruß Stefan

[Yossarian]

Hallo
nach Datenblatt sind 500mA das absolute Maximum,welches nicht überschritten werden darf.
Aber auch mit größeren Transistoren würde ich den Widerstand größer wählen,da so schnelles Schalten in diesem Fall nicht gebraucht wird und nur zu unnötigen Störungen führt.
Mit 5V am Drain dürfte es keine Probleme geben.
Sind Deine 10V nicht belastbar?

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[Stefan090]

10V sind schon belastbar aber bei weitem nicht so hoch wie der 5V Kreis

[Stefan090]

Hallo

Ich habe einiges ausgetauscht und ausprobiert. Also der FET-Treiber funktioniert mit den 2xBC557 und 100nF Kondensator ein wenig besser.

Ich hab die Spule komplett ausgetauscht. Hab jetzt einen Kern von einem Netzteil mit Da=28mm, Di=14mm und Breite ca 10mm

AL hab ich ca 180nH gemessen (mit Sinus bei bestimmter Windungsanzahl + Widerstand in Serie). Ist diese Methode auch anwendbar? Hab kein Induktivitätsmessgerät

Dadurch ist der Spulenstrom gleich mal runter gegangen. Wieder bei 1A am Ausgang von vorher 6A jetzt auf ca 4A

Aber irgendwo muss trotzdem was falsch sein. Ich hab dann probiert 2 IRF540 parallel zu schalten, aber dann fließen viele Ampere auch im Leerlauf, ähnlich wie beim IRL3803

Hat jemand eine Ahnung was nun noch falsch sein kann? Entweder ist Schaltung falsch oder bei meinem Aufbau stimmt was nicht, aber finde nichts

Diode hab ich jetzt auch ausgetauscht, 8A ultra fast shottky, auch ein wenig besser geworden

Gruß Stefan

[Yossarian]

Hallo
die Totzeit wird hier nicht gebraucht.Da könntest Du etwas probieren.
Dein pnp und npn Treiber muß getauscht werden. Dann wahrscheinlich den anderen Ausgang des 594 nutzen.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[Stefan090]

Welchen Anderen Ausgang meinst du? E2? Da ist vorher ein Not-Gatter, daher tauschen? Aber was soll das bringen? In dem Link schon vorher mal von sprut.de ist das aber gleich wie ichs derzeit habe, also sollte das schon funktionieren

Aber was kann das Problem für den hohen Strom bei 2xIRF540 und IRL3803 sein?

Gruß Stefan

[Yossarian]

Hallo
der Darlington hat mich verwirrt...
ja, mit den Transistoren paßt das schon. Mit dem anderen Ausgang meinte ich pin10,der ist invertiert.Allerdings rate ich nur herum.Um dem auf die Spur zu kommen,müßte man sich mal die Meßwerte anschauen.
Wenn Du 1A am Ausgang ziehst sind 4A im Eingang doch vertretbar(Wirkungsgrad 70%).

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[Stefan090]

Wirkungsgrad ist sogar noch höher, ca 84%, 1.2A und 14.2V sinds genaugenommen

Das ist schon ganz ok, jedoch noch verbesserungsfähig

Ich habe nämlich IRL3803 zu Hause die ich gerne dafür verwenden möchte, aber das geht halt noch nicht, ka warum
Normal sollte der ja besser sein (zumindest Innenwiderstand ist kleiner als beim IRF540). Aber das ist vielleicht genau das Problem, denn durch 2 IRF540 wird der gesamte Innenwiderstand ja auch kleiner und da ist dasselbe Problem

Gruß Stefan

[Yossarian]

Hallo
da solltest Du deine Ansteuerung und die Leitungsführung überprüfen.Der 3803 hat ungefähr die doppelte Gate Ladung des 540. Da muß für die gleiche Schaltzeit auch der doppelte Strom hineingejagt werden.
84% sind doch ein guter Wert. Für mehr kommt es schon auf die ganzen Kleinigkeiten an. Die Spule muß stimmen, die Leitungsführung, die Elkos ,die Diode, die Lage der Bauteile usw.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[Mosi]

84% find auch schon ganz gut. Möglicherweise sperrt der FET nicht 100% durch die Darlington Treiber: die Gatespannung kann so praktisch nicht unter etwa 1,4V sinken, die meisten FETS beginnen ab ca. 1V Gate-Spannung zu leiten. Q2 würde ich weglassen, vielleicht bringt das noch das eine oder andere Prozent.

Gruß, Rene