Spulendimensionierung bei Schaltnetzteil

Ich bin gerade dabei ein kleines Schaltnetzteil fuer meinen Laptop zu bauen:

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Das funktioniert im Prinzip auch bereits sehr gut. Allerdings koennte der Wirkungsgrad besser sein. Genauer gesagt die Spule wird sehr warm und zwar besonders wenn die Eingangsspannung nach unten geht und damit der Eingangsstrom nach oben. Bei einer Belastung des Ausgangs mit 55Ohm, also etwa 5Watt 300mA habe ich nur einen Wirkungsgrad von 60%.

Stellt sich natuerlich die Frage was man verbessern koennte. Laut Applikation des MC34063 benoetige ich nur eine Spule mit 8uH.

Lasse ich mir mal hier

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eine Spule berechnen sollen es schon 43uH sein.

Gewickelt habe ich erstmal eine Spule mit 8uH. Und zwar mit 11Wdg auf einem Spulenkoerper den ich mal von einem Motherboard abgeloetet habe. Das ist ein Micrometall T50-26D mit einem Volumen von

0.7cm^3. (gelb/weiss) Die Spule besteht aus drei parallelen Draehten mit 0.5mm Durchmesser. Der Wandler laeuft mit 80kHz.

Ich vermute mal das meine Spule ein groesseren Spulenkern braucht. Ist das richtig? Wie kann ich berechnen welchen Kern ich brauche?

Bei den Spulenkernen wie sie z.B bei Reichelt von Amidon verkauft werden steht immer die obere Grenzfrequenz bei. Wie sieht das mit der unteren aus? Mir ist nicht so ganz klar nach welchen Kriterien ich ein fuer mich besonders geeignetes Kernmaterial aussuchen kann.

Wenn ich die Theorie richtig verstanden habe dann benoetigen solche Spulen einen Luftspalt weil sie dort ihre Energie speichern. Haben diese Ringkerne einen unsichtbaren Luftspalt oder sind die einfach ungeeignet fuer das was ich vor habe?

Ich haette zufaellig noch einen Micrometall T90-26 70nH/N^2 V=2.3cm^3 rumliegen. Weiss einer ob der besser geeignet waere? Mir ist leider gerade der Draht ausgegangen sonst wuerde ich es einfach mal ausprobieren.

Olaf

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Olaf Kaluza
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Olaf Kaluza schrieb:

Ja, die nennen das dann "distributed air gap". Der "Kleber" für das Eisenpulver wirkt quasi als Luftspalt.

btw: beim googlen nach einem LTSpice Modell bin ich auf

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gestoßen. Leider sind diese Dateien nicht mehr vorhanden. Hat die zufällig noch jemand ? Gruß Andy

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Andreas Weber

Olaf Kaluza schrieb:

[Boost, 7,2V->16,5V/1A]

Murks, bei dem Spitzenstrom geht die Induktivität schon deutlich zurück, du brauchst also mehr Windungen. Zudem ist delta-B viel zu groß, das gibt verdammt hohe Kernverluste.

Anhand der Kernverlusttabellen, gibts bei Micrometals.

Ist auch nicht mit ein paar Worten umfassend zu erkären.

Der ist sozusagen über den gesamten Umfang verteilt.

Besser schon, aber immer noch nicht sinnvoll. Nimm 18er Material und dimensioniere für geringeres delta-B. Ich würde einen T68-18 mit 25 Windungen empfehlen.

Gruß Dieter

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Dieter Wiedmann

Andreas Weber schrieb:

Ja, an welche Adresse soll ichs schicken?

Gruß Dieter

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Dieter Wiedmann

Hm..dann stimmt also das Datenblatt fuer den MC34063 fuer meine Anwendung nicht mehr? Wie kann ich denn dann die notwendige Induktivitaet berechnen?

Ja da muss wohl was im argen liegen. Die Kernverluste kann man gut mit dem Finger fuehlen. :-) Ich habe aber gerade mal ausgerechnet das mein Kern 144uWs speichern muesste und der verwendete T50-26D aber 310uWs speichern koennte.

Hm..muss ich dann wohl uebersehen haben. Aber so rein rechnerrisch sollte mein Kern ja okay gehen. Ich muss dann wohl nur deutlich mehr Draht drauf machen?

Wie kommst du zu den Zahlen?

Wenn ich richtig gerechnet hat dann hat der T68-18 497uWs. Ist das nicht schon ueberdimensioniert? Wenn nein, wieviel Spielraum laesst man da? Sollten die 310uWs des T50-26D nicht auch genug Reserven haben oder ist der Kern wegen seines Materials nicht geeignet?

Ist das richtig das der Hauptvorteil des T68 darin besteht das ich nicht mehrere Lagen uebereinander wickeln muss weil das auch BOESE ist?

Olaf

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Olaf Kaluza

Mir ist da noch eine Zusatzfrage eingefallen. Wuerde ein T50-18 mit

300uJ nicht auch ausreichen? Also Faktor zwei ueberdimensioniert. Davon haette ich naemlich noch ein paar rumliegen.

Olaf

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Olaf Kaluza

Olaf Kaluza schrieb:

Im Prinzip schon, aber um den Spitzenstrom kleiner zu halten ist es hier halt sinnvoll etwas mehr Induktivität zu verwenden.

Iterativ, oder halt aus dem Bauch raus.:-)

Das Speichervermögen hat nix mit den Kernverlusten zu tun.

Eben nicht, lies nach.

20uH@4A

Kommt drauf an wie warm der Kern werden darf, bedenke dabei auch die Kernalterung.

Falscher Ansatz, s.o..

Bei 80kHz noch nicht so wichtig, aber mehrere Lagen senken natürlich die Resonanzfrequenz, man kommt näher an die Schaltfrequenz ran, und das kann lustige Effekte geben.

Gruß Dieter

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Dieter Wiedmann

Olaf Kaluza schrieb:

Zu klein.

Gruß Dieter

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Dieter Wiedmann

Dieter Wiedmann schrieb:

Hi Dieter, die angegebene Adresse ist gültig. Alternativ auch an info at tech minus chat.de TIA, Gruß Andy

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Andreas Weber

Andreas Weber schrieb:

Du hast Post.

Gruß Dieter

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Dieter Wiedmann

Hallo Dieter,

Stimmt, aber man sollte es messen. Irgendwo an geschickter Stelle (FET Source oder so) einen kleinen Strommesswiderstand einfuegen und ans Scope haengen. Manchmal ist so ein Widerstand fuer Current Mode Control schon da. Wenn sich statt eines schoen sauberen Dreiecks eine Haifischflosse zeigt, geht das Ding in die Saettigung. Wenn man nicht schnell genug abschaltet, gibt es danach meist einen gepflegten Knall.

In der Sylvesternacht wuerde das anschliessende spaktakulaere Ableben des Reglers nicht so sehr auffallen...

Gruesse, Joerg

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Joerg

"Joerg":

Naja, kommt wahrscheinlich aud den Steuertechnik drauf an. Wenn die die Sättigung nicht mit einbeziehen mag, wird die wohl zumeist ein selten hohles Schaltmuster aufweisen; wegen der bei hoher Last vergleichsweise kleinen effektiven Induktivität viel zu lange Arbeitspausen einlegen, um dann nur schwallweise mal richtig viel Leistung überzubringen.

Frage an Olaf:

Was ist denn mit dem Widerstand in Reihe zur Spule? Wie warm wird der?

Wenn Du diesem Kern gut 100e-6 J aufdrängen wollst, bist Du bei grob 50% Sättigung, und brauchst grob 60 Amperewindungen, wenn ich das halbwegs richtig überschlagen habe, mit 11 Windungen also 5,5A. Das ist möglicherweise etwas viel Strom, scheint mir aber noch in einem brauchbaren Bereich zu liegen (ca. 10% der Ausgangsleistung ohmsche Verlustse bei Spule und Serienwiderstand @Vollast, habe ich da raus).

Irgendwie bezweifle ich noch, daß der hohe Verlust tatsächlich auf Kernverluste zurückzuführen ist. Was ist nun also mit dem Widerstand? Ist's nun ohmsche Wärme, oder nicht?

Gruss

Jan Bruns

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Jan Bruns

Hallo Dieter,

| > btw: beim googlen nach einem LTSpice Modell bin ich auf | >

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| >
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| > gesto=DFen. Leider sind diese Dateien nicht mehr vorhanden. Hat die | > zuf=E4llig noch jemand ? |=20 | Ja, an welche Adresse soll ichs schicken?

Schickst Du mir die auch?

Danke, Marte

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Marte Schwarz

Jan Bruns schrieb:

[T50-26D]

Ehr noch 70% von mü_r0.

Ooch, einfach mal grob überschlagen sind das mehrere Watt.

Gruß Dieter

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Dieter Wiedmann

Ich hab dafuer einen Ringkern genommen der in der Mitte einen dicken Draht hat und aus einem PC-Netzteil stammt und dort wohl auch fuer die Strommessung gedacht war.

Du wirst nicht glauben was ich da alles schon fuer interessante Kurvenformen gesehen habe. Ich hab zwar mal einen T68 bestellt aber solange der noch nicht da ist habe ich einfach mal alles drangehaengen was ich noch so da hatte.

Noe, das kann ich nicht sagen. Allerdings belaste ich auch erst mit

50% und die Schaltung ist in einigen Punkten wie z.B dem Mosfet und der Diode satt ueberdimensioniert weil ich halt verwendet habe was da war.

So einfach ist das nicht. Ich hab ja gehofft da mal was zu erleben aber es will mir einfach nicht gelingen. Unter 50% Wirkungsgrad habe ich es einfach nicht geschafft. :-)

Olaf

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Olaf Kaluza

Kein bisschen. Jedenfalls ist mir da nichts aufgefallen. Ausserdem besteht der Widerstand nur aus einem Stueck Leiterbahn auf meiner Platine.

Naja, ich liege so bei 6V/1A am Eingang und 16V/290mA am Ausgang wenn alles gut laeuft. Waren auch schonmal 6V/1.2A. Dabei wird die Spule schon recht warm und ich belaste da noch nicht richtig. Das habe ich mich noch nicht getraut. Aber selbst da sieht der Stromverlauf bereits sehr nach Haifisch aus.

Fuehlbar warm wird bei mir ausschliesslich die Spule und die besteht aus 11Wdg mit 3x0,5mm Kupferdraht. Ich werd die naechste Spule aber wohl mit 3x0.7mm wickeln.

Olaf

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Olaf Kaluza

"Dieter Wiedmann":

Jau, je nachdem, wie "gut" es 100µJ sein sollen...

Hm, sehe ich noch nicht. Gefragt sind, wenn ich das richtig sehe, ca. 1250 Gauss magnetischer Fluss.

Das Datenblatt erwähnt Kernverluste von z.B.:

56[mW/(cm^3)]@1KHz@1500G 65[mW/(cm^3)]@10KHz@500G 90[mW/(cm^3)]@50KHz@225G 88[mW/(cm^3)]@100KHz@140G

Olaf schrieb, daß der Kern nur 0.7cm^3 hat.

Gruss

Jan Bruns

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Jan Bruns

"Olaf Kaluza":

Ich würd's eher mit nut einem Draht, aber doppelt soviel Windungen versuchen. Die Ohmschen Verluste gehen ja quadratisch mit dem Strom.

Wenn der Serienwiderstand nur Platinenmaterial ist, dann ist der ja wohl auch einigermassen gekühlt, erstmal, und hat zudem auch eine grosse Oberfläche.

Gruss

Jan Bruns

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Jan Bruns

Ich hab uebrigens rein aus Spass mal die drei Wicklungen aufgetrennt und hintereinander geschaltet. Also dann 33Wdg mit

0.5mm. Interessanterweise hat dies am Wirkungsgrad kein bisschen was geaendert.

Olaf

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Olaf Kaluza

Hallo Olaf,

Glueck gehabt. Ich habe mal mitbekommen, wie das wirkt, ist aber noch mal gut gegangen. Der Schaeferhund des Nachtwaechter wurde unruhig und zuppelte an dessen Hosenbein. Irgendwann gab der Nachtwaechter bei und der Hund zog ihn die Treppe rauf. Dort roch es nach verbranntem Plastik. Kurz darauf heulte der Feueralarm los, aber er konnte wohl rechtzeitg deaktiviert werden, bevor die Sprinkler einige Dutzend Arbeitsplaetze mit teuren Messgeraeten unter Wasser gesetzt haetten.

Ein 1kW Schaltnetzteil hatte sich in Wohlgefallen aufgeloest. Grosser schwarzer Fleck im Fussboden, im Umkreis von ein paar Metern fanden sich Fragmente von Bauteilen, geschmolzene Plastikklumpen und Loetzinnspritzer.

IIRC bekam der Hund am naechsten Tag ein edles Filet Steak.

Gruesse, Joerg

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Joerg

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