ich habe hier ein Paar Schaltwandlertrafos und würde gern etwa 350-400V daraus erzeugen. Und irgendwie habe ich mir das einfacher vorgestellt: Weil ich nicht wußte, welche Frequenz die Dinger haben, habe ich erstmal einen NE555 genommen, dahinter einen Frequenzteiler (um 50% Duty Cycle zu erhalten und das ganze über einen sehr weiten Bereich regulieren zu können), danach ein Paar CMOS-Buffer, die das Gate eines MOSFET ansteuern.
Der MOSFET schaltet nun die Primärspule eines Sperrwandlertrafos. Davon habe ich hier einige rumliegen, ich nehme an aus TVs bzw. Monitoren ausgebaut (recht große Dinger) und auch viele kleinere. Nur irgendwie komm ich auf keinen grünen Zweig - das höchste der Gefühle sind gleichgerichtete 100V- auf der Sekundärseite. Die Spannung varriert mit der Frequenz, aber das ist sehr nichtlinear (bei niedrigen Frequenzen höhere Spannung, die mit zunehmender Frequenz abnimmt, danach wieder zunimmt etc.). Ich nehme an ich treffe einfach die Schaltfrequenz für die die Trafos gerechnet (bzw. deren Harmonische) sind mal mehr, mal weniger.
Wie kann ich denn die optimale Frequenz bestimmen? Ausprobieren ist da ja bestimmt nicht das Mittel der Wahl? In welchem Frequenzbereich spielt sich denn üblicherweise in TVs das so ab? Ich probiere im Moment mit etwa 1-30 kHz.
Für Tipps sehr dankbar...
Viele Grüße, Johannes
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-- Prophet und Visionär Hans Joss aka HJP in de.sci.physik
Auf die Entfernung schwer zu sagen. Der MOSFET muss in jedem Fall recht flott schalten und nicht >100nsec im linearen Bereich herumluemmeln. NE555 benutze ich nicht, koennte sein dass die Dinger bei den Flankensteilheiten etwas lahm sind. Sieh Dir auch mal den Spannungsverlauf am Gate an, koennte bei schwaechlichem Treiber im NE555 ziemlich uebel aussehen (auf Einbrueche achten). Da muss eventuell noch ein pnp/npn Folgerpaar hinter. FETs mit mehr als 200V zulaessiger Vds wollen ihre 10V am Gate sehen, sonst schalten sie nicht gescheit. Die billigeren mit weniger Spannung auch, sofern sie nicht "Logic Level FET" heissen.
Bei Fernsehern 15.6kHz, das ist die Zeilenfrequenz. Aus dunkler Erinnerung, bin schon lange im Nicht-PAL Ausland, muesste aber in etwa hinhauen.
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Gruesse, Joerg
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Je nach Verschaltung kann sich das Tastverhältnis des 555 bei Veränderung der Frequenz ändern.......
Die Spannung am Ausgang eines Sperrwandlertrafos ist von mehreren Faktoren abhängig.
1) Übersetzungsverhältnis (es ist halt ein Trafo)
2) Der Geschwindig keit, mit der sich der Fluß im Trafo ändert, also dPi/dt. Das bedeutet, das Deine Ausgangsspannung auch von der Änderungsgeschwindigkeit des Stromes abhängig ist (wird hauptsächlich, aber nicht nur, von der Schaltgeschwindigkeit des Transistors beeinflusst,
3)und natürlich von der Höhe des Stromflusses selber.
Das Du mit dem 555 die Eigenfrequenz des Trafos triffst, könnte passieren, ist aber eher Unwahrscheinlich. Die Resonanzen, die manchmal erwünscht sind (Zeilenfrequenz), werden durch das Zuschalten von Kondensatoren in einen passenden Bereich gebracht. Meistens liegt die Eigenresonanz ohne zusätzliche Beschaltung oberhalb der 500kHz, die ein 555 laut Datenblatt schafft. Aber das hängt sehr vom Kern, vom Material und dem Aufbau der Wicklung ab......
Die optimale Frequenz ergibt sich einerseitz durch das Kernmaterial, aber das ist alles immer seeeehr weit, andererseitz durch die gewünschte Leistung, bei gewünschtem Strom und gegebenen Kernmaterial/Induktivität. Probieren ist der einzige Ansatz, wenn Du sonst keine Infos hast......
Tipp: Mess die Eingangsinduktivität bei offenen Ausgangsklemmen, und die Ausgangsinduktivität bei offenen Eingangsklemmen. Die Induktivität ist Quadratisch von den Windungszahlen abhängig. Daraus gewinnst Du einen Hinweis auf das Übertragungsverhältnis.
Der Strom in der Spule steigt in erster Näherung Linear mit der Zeit (Serienwiderstand zu 0 und Stromabhängigkeit der Induktivität vernachlässigt) . Daraus lässt sich allergröbst der Strom abschätzen zu I(t)=(U/L)*t Wenn Du den Strom I(t) zum Abschaltzeitpunkt t als Maximalstrom Imax ansetzt, erhälst Du damit deine Maximale Einschaltdauer tmax als: tmax = (Imax*L)/U. Aus Sicherheisgründen willst Du (vorläufig) nicht über ein Tastverhältnis von 50%, also muss Deine komplette Zykluszeit doppelt so groß sein. Die Frequenz ergibt sich dann: f=1/(2+tmax).
Desweiteren hast Du auch eine Abschätzung für die übertragene Leistung in diesem Falle nach oben: Energieinhalt der Primärspule W=0,5*L*Imax*Imax diese wird Idealisiert nun auf Deine Sekundärseite übertragen. Tatsächlich kommt wegen Verlusten weniger an. Über die Spannung sekundärseitig könntest Du jetzt erstmal nur per dickem Daumen sagen, das sie der Eingangsspannung mal Übersetzungsverhältnis entspricht. Durch die Spitzen beim Abschalten wird sie aber sehr viel höher werden......aber gerade diese Spitzen werden auch stark durch die angehängte Last beeinflusst, und natürlich über die Schaltgeschwindigkeit des Transistors. Danach musst Du später detailierter schauen.
Ein netter Fehler beim Aufbau eines Sperrwandlers ist die Wicklungsrichtung falsch anzuklemmen. Dadurch wird aus dem Sperrwandler ein "Forward converter".....mit komplett anderem Verhalten.
Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic
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Der NE555 nervt mich auch - aber irgendwie gibt's ja keine rechte Alternative - oder? Diskret scheidet aus! ;-)
Er hat ein Paar bizarre Eigenheiten, die ich mir nicht erklären kann. Beispielsweise sagt das Datenblatt, dass bei Astable Operation gilt:
tH = 0.69 (Ra + Rb) C1 tL = 0.69 Rb C1
Um jetzt auf einen Duty-Cycle von 50% zu kommen werfe ich ein mächtiges CAS an ;-) und sehe bei tH = tL, dass Ra = 0 sein muss. Aber bei Ra = 0 tut sich kein Piep.
Außerdem scheint die Wahl der Kondensator/Widerstandsgröße auch starken Einfluß darauf zu haben, bis zu welcher Mindestspannung überhaupt noch etwas passiert. Ich hatte den Fall dass die Spannung um 100mV eingebrochen ist und dann der NE555 einfach stumm war. Möglicherweise übersehe ich auch irgendetwas wichtiges im Datenblatt?
Der FET schaltet (mittlerweile) prima - aber der Miller hat mich einiges an Nerven gekostet. In meiner Not habe ich die 6 Buffer eines CD4049 parallel geschaltet, jetzt hat er genug source/sink-Strom, um auch bei den Frequenzen nicht im linearen Bereich zu sein.
Was mich dabei gewundert hat, nur so nebenbei: Der CD4050 sieht so aus, als ob da schon zwei Buffer parallel geschaltet wären pro 1/6 Einheit - aber der Source/Sink-Strom ist derselbe. Fand ich merkwürdig, ich hätte beim 4050 mehr erwartet als beim 4049.
Naja, die Flanken kommen auf jeden Fall zackig, weil ich die ja (um 50% Duty Cycle zu kriegen) vorher noch durch einen 4020 rassen lasse und da die Frequenz durch 2 (bzw 4 8 16) Teile.
Hmmm, dann mache ich irgendwas mit der Beschaltung der Trafos falsch. Primär ist gut zu erkennen aber sekundär sind viele Ausgänge, die möglicherweise irgendwie zusammengeschaltet gehören. Wildes herumprobieren hat aber bisher noch keinen Erfolg gebracht... ich würd ja sogar einen kaufen statt mit meinem Bastelkisten-Ramsch im Nebel rumzustochern, aber irgendwie finde ich keinen Händler, der die Dinger zu vernüftigen Preisen abgibt.
Viele Grüße, Johannes
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"Johannes Bauer" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@mid.dfncis.de...
Es kommt auf die Art des Trafos an:
Bei Sperrwandlern ist das der falsche Ansatz, dort haengt die Stromanstiegsgeschwindigkeit der Primaerspule von deren Induktivitaet und der Primaerspannung ab. Du bemerkst bei steigendem Strom dass er irgendwann in Saettigung geht. Dann ist die Impulsdauer *zu lang*, also die Frequenz *tief genug* um den Trafo ganz nutzen zu koennen.
Ob dann am Ausgang ueberhaupt 400V rauskommen koennen, ist dann auch noch eine Frage der Windungsverhaeltnisse, der Spannungsverhaeltnisse und der Streuinduktivitaet und Wicklungskapazitaet.
Wenn du einen Flusswandlertrafo hast mit starker magnetischer Kopplung, ist ja auch das Windungsverhaeltnis vorgegeben. Nehmen wir an, deine
400V liegen im realistischen Bereich, weil z.B. 1:10 und als Eingangs- spannung 40V betraegt, aber nur wenn du den Ausgang ungeregelt machst. Willst du einen geregelten Ausgang, ist die doppelte Ausgangsspannung Basis der Kalkulation, du muesstest also 80V reinstecken koennen.
Nun kannst du beim Flusswandlertrafo im Prinzip die Frequenz beliebig erhoehen (beachte die Umschaltgeschwindigkeit der MOSFETs, wie Joerg richtig erwaehnt wird man da mit einem NE555 als Treiber nicht weit kommen, die Gate-Kapazitaeten sind zu hoch), aber theoretisch schafft man Megahertz. Begrenzt wird die Frequenz nicht durch die Trafofunktion, sondern durch die unerwuenschte Streuinduktivitaet des Trafos, die verhindert rapide Spannungsaenderung. Bemerkst du also, dass in einem eingebauten Trafo bei steigender Frequenz die Flanken zunehmend verschliffen werden und die vom Snubber aufzunehmenden Stoerimpulse zunehmen, weisst du, dass du an die Grenze kommst. Desweiteren steigen die Ummagnetisierungsverluste, der Trafo wird also heiss. Das ist der eigentliche limitierende Faktor, ein Trafo darf nicht zu heiss werden. Da aber beim Flusswandler die uebertragbare Leistung proportional mit der Frequenz steigt, ist man an einer moeglichst hohen Frequenz interssiert (es sei denn, der vorhandene Kern reicht lcoker aus, dann kann man bei geringeren Verlusten aufhören mit den ausknautschen).
15 kHz bei 50 Hz Fernseher, 30 bei 100 Hz Fernseher, aber warum orientierst du dich an Fernsehern? Ist es doch ein Zeilentrafo, der nicht 400V sondern 40kV liefern soll ?
Das ist aber auch wirklich nur eine allergrobe Abschätzung. Und der Serienwiderstand der Spule ist allenfalls bei kleinen Leistungen zu vernachlässigen. Sobald Du auch nur etwas Leistung brauchst, macht er Dir, insbesondere bei kleinen Eingangsspannungen, den Wirkungsgrad kaputt. Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic
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Den NE555 kenne ich kaum, warum nimmst Du nicht einen CD40106? R von OUT nach IN, C von IN nach GND -> und er oszilliert. Mit einem weiteren Widerstand von IN nach GND oder VCC kann man sogar das Tastverhaeltnis einstellen. Die anderen fuenf Sektionen untervermieten oder Eingaenge auf Masse.
Das nennt man Holzhammermethode, funktioniert aber :-)
Full confession: Ich habe auch mal bei einem Versuchsaufbau ein Sechstel CD40106 als Oszillator und die anderen fuenf parallel als Treiber genommen. Nur nie Chips mischen, die Treiber muessen alle auf dem gleichen sitzen.
Manchmal ist es besser, die Hochspannungswicklung draufzulassen, oder auch alle wenn die ueber dem Primaerwickel sitzt. Dann auf dem anderen Schenkel selbst eine Wicklung aufbringen. Und wie Bernd schrieb, wenn man eine verdreht anschliesst hat man einen Forwad Converter -> Weniger Spannung.
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Gruesse, Joerg
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Duty-Cycle von 50% ist bei einem 555 nicht so einfach, konstruktionsbedingt. Aber es gibt Trickschaltungen dazu.
Ja, klar, konstruktionsbedingt. Wenn z.B. Dein Spannungsteiler aus dem Zeitgliedwiderständen und dem Isolationswiderstand des Kondensators so ausfällt ist, das Du die obere Schaltschwelle schon gar nicht mehr erreichst.....
Es ist die Schaltungstopologie, die Dir Grenzen setzt, weniger die "Eckdaten" des 555 selber.
Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic
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Aber nicht machen wenn das kein Luftspaltkern ist, und selbst dann nicht ueberteiben. "Zu lang" und "tief genug" kuendigt sich gern mit einem Knall an. Danach braucht man einen neuen FET :-)
Bei einem Durchflusswandler? So grosszuegig war ich da noch nie. 25% ist so das hoechste der Gefuehle, sofern die Eingangsspannung einigermassen stabil ist. Sonst gibt das ein Feuerwerk, wenn mal jemand die Regelschleife auskuppelt.
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Gruesse, Joerg
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Ja. Die verklebten Kernh=E4lften kann er vorsichtig im Backofen erhitzen und irgendwo zwischen 100-140 Grad mit sanfter Gewalt auseinanderziehen. Eventuell vorher Blechfederklammer entfernen. Wenn die Teile auch nur ein bisschen Qualit=E4t haben, wird der Klebstoff vor dem Wickelk=F6rper weich.
Mit freundlichem Gru=DF: Bernd Wiebus alias dl1eic
ein Trafo hat keine bestimmte Frequenz. Netztrafos für 50 Hz funktionieren auch an 60 Hz. In einem HP Frequenzgenerator war sogar ein Netztrafo für 50 bis 400 Hz drin. Tonfrequenzübertrager hat man ja wenigstens so für 100 Hz bis einige kHz hingekriegt.
Am 01.06.2009, 23:40 Uhr, schrieb Johannes Bauer :
Och... nimm einfach fertige Chips von Linear Technologies... fix und feddich für alle Schaltwandler-Zwecke unter der Sonne. Und LTSpice kennst Du ja wahrscheinlich sowieso ;)
Ansgar
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Was spräche dagegen, das mit vernümpftigen OP-Amps zu bauen? Da könnte man doch hinreichend schnelle Typen nehmen, die auch noch einen größeren Ausgangsspannungsbereich zulassen... dagegen sähe ein oller NE555 doch ziemlich blass aus...
Ansgar
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Der UC3845 und seine Verwandschaft ist f=FCr genau den Zweck gemacht und kriegt das mit wenig Pheripherie drumrum gut hin. Johannes will so wenig Aufwand wie m=F6glich. Ausserdem hat er das Problem wohl schon im Griff.
Mit freundlichem Gru=DF: Bernd Wiebus alias dl1eic
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