Ist es möglich mit der ZVS-Schaltung bei einem Windungsverhältnis von 1:3 aus 12V DC ca. 36V DC (nach Gleichrichten und Glätten) zu machen?? Die Leistung soll ca. 200W sein.
Ja. Es ist sogar möglich, dies mit einem Windungsverhältnis von 1 zu machen ;-) Stichwort "Quasiresonanzwandler"
Was ist der Unterschied von Resonanz und Quasiresonanzwandler? Definition?
Resonante Wandler nutzen L-C Umwingvorgänge zur Energieübertragung. Bei Serienresonazwandler wird der Strom der beim Umschwingvorgang von C und Serieninudktivität ensteht mit dem Trafo Übersetz und zur Last (mit oder ohne GLR) übertragen. Quasiresonazwandler nutzen LC-Umschwingvorgänge nur zum herstellen von günstigen Schaltbedingungen an den Leistungshalbleitern. Das kann ZVS oder auch ZCS sein. Bestes Beispiel ist der Flyback, welcher die Schwingung von DS-Kapazität und der primären Trafoinduktivität ausnütz um (je nach Übersetzungsverhältnis) den FET ohne Spannung einzuschalten. Die Energieübertragung funktioniert aber wie bei konventionellen PWM Konvertern. Also lineare Ströme, Eckige spannugen etc.. Man kann jede Topologie Buck,Boost, Buck-Boost auf ZCS und ZVS umbauen. Nur ist dann die Frequenz Lastabhängig.Zusätzlich hat man immer hohen Flußdichtehub was bei hohen Leistungen einfach uneffizient oder große Drosseln zur folge hat. Um die starke Frequenzabhängigkeit zu umgehen, kann man "Valleyswitching" machen. Einen 12V auf 36V Booster kann man durchaus in Quasiresonater Ausführung machen. Aber versuch es doch mal auf normale Art, denn gerade für diese Spannung gibt es schon sehr gut zu Schaltende Fets und extrem schnelle Schottkys. Für Quasiresonazbetrieb kann man die Flybackcontroller, welche einen Demagnetisierungserkennung haben recht gut verweden. MFG Fralla MFG
Fralla schrieb: > Zusätzlich hat man immer hohen Flußdichtehub was bei hohen Leistungen > einfach uneffizient oder große Drosseln zur folge hat. Eigentlich ist es genau umgekehrt, zumindest bei einem quasiresonanten Boost-Converter (um den es hier geht), da dieser ausschließlich im diskontinuierlichem (lückenden) Modus betrieben wird. Am Ende jeder Periode (kurz vorm wiedereinschalten des FETs) wird IL gleich 0, wenn nicht gar negativ. Somit kann ich den vollen Induktionshub der Spule ausnutzen und pro Schaltvorgang mehr Energie transportieren als beim klassischen, kontinuierlich arbeitenden Boost-Converter. Beim klassischen Boost wird nur das deltaI als Energie "transportiert", den "Stromoffset" muss ich in der Spule "mitschleppen". Das macht die Spule sehr groß. Problematisch ist eher der Leerlauf, da aufgrund der geringen Aufmagentisierungszeit (kurze Einschaltphase des FET) die Schaltfrequenz verdammt hoch geht und den Wandler ineffizient macht.
Für die Auslegung der Spule ist die maximale Induktion ausschlaggebend.
Und diese ist über die Kernparameter/Induktivität direkt vom Strom
abhängig. Und wenn der Strom dreieckförmig ist, also Grenze zum DICM,
ist der Maximalstrom immer doppelt so groß wie der Eingangsstrom. Die
Drossel erfährt maximalen Induktionshub. Bei einem kontinoierlichen
Boost ist der Maximalstrom kleiner. Der Stromripple und damit
Induktionshub ist im CCM auch kleiner. Und je mehr delta B, umsomehr
Verluste. einfach gesagt.
> Beim klassischen Boost wird nur das deltaI als Energie "transportiert", >den
"Stromoffset" muss ich in der Spule "mitschleppen".
Das ist riesen Unsinn! Scheibar die grundlegen Konverter nicht
verstanden...
Überlege was passiert wenn bei einem Boost die Diode leitet und der
Schalter sperrt. Fließt dann nur der Ripple, also das deltaI in den
Ausgangskondensator? Nein! In dieser Phase fließt der gesammt
Drosselstrom in den Ausgangskondensator und in die Last. Denn wo soll
der Strom hin? Der Fet sperrt....
Und überlege warum PFCs bei Leistungen größer 1kW sehr oft
kontinuierlich arbeiten, und PFCs im zweistelligen kW Bereich
ausnahmslos.
MFG Fralla
>Problematisch ist eher der Leerlauf, da aufgrund der geringen >Aufmagentisierungszeit (kurze Einschaltphase des FET) die Schaltfrequenz >verdammt hoch geht und den Wandler ineffizient macht. Und genau für diesen Fall gibts das "Schalten in den Tälern". L-C-Umschwingvorgänge schwingen nicht nur ein mal....
>Für die Auslegung der Spule ist die maximale Induktion ausschlaggebend. >Und diese ist über die Kernparameter/Induktivität direkt vom Strom >abhängig. Und wenn der Strom dreieckförmig ist, also Grenze zum DICM, >ist der Maximalstrom immer doppelt so groß wie der Eingangsstrom. Die >Drossel erfährt maximalen Induktionshub. Bei einem kontinoierlichen >Boost ist der Maximalstrom kleiner. Der Stromripple und damit >Induktionshub ist im CCM auch kleiner. Ja, es ist in der Tat so, dass die Strombelastung der Spule (Spitzenstrom) höher ist als im kontinuierlichen Betrieb (je nach Auslegung des deltaIL). Ich habe aber auch nie das Gegenteil behauptet. > Das ist riesen Unsinn! Scheibar die grundlegen Konverter nicht > verstanden... Mit der Aussage wäre ich sehr vorsichtig. Ob Du die Grundlagen verstanden hast, darüber lässt sich diskutieren. - Überlege Dir was passiert wenn Du das delta IL sehr groß bzw. sehr klein wählst. Wobei wird mehr Energie durch die Spule transportiert? - Schau Dir zur Vereinfachung bloß mal den Einschaltvorgang beim Boost oder den Ausschaltvorgang beim Buck an. Wie viel Energie wird dabei in die Spule transportiert, bzw. aus der Spule entnommen? Die gesamte, in der Spule gespeicherte Energie?? Du wirst zu dem Schluss kommen, dass der Energieanteil der durch den "Stromoffset" (IL-0,5*deltaIL) in der Spule gespeichert ist, bei den Umladevorgängen immer in der Spule verbleibt! Und damit kommen wir zur zweiten ausschlaggebenden Größe, nämlich der Induktivität, die Du bis jetzt außen vorgelassen hast. Wenn ich durch ein größeres deltaIL (bis hin zum lückenden Betrieb) mehr Energie pro Schaltvorgang durch die Spule transportieren kann, kann die Induktivität der Spule auch entsprechend kleiner ausfallen, was letztendlich eine kleinere Spule zur Folge hat. Siehe hierzu auch: http://schmidt-walter.eit.h-da.de/snt/snt_deu/sntd_pdf.html
>- Überlege Dir was passiert wenn Du das delta IL sehr groß bzw. sehr >klein wählst. Wobei wird mehr Energie durch die Spule transportiert? Die Energietranfer pro Schaltvorgang, und damit durch die SPule, hängt nur von der Leistung und der Schaltfrequenz ab. Ob die Drossel klein ist mit viel Strom oder umgekehrt spielt für die übertragene Engerie keien Rolle. >was letztendlich eine kleinere Spule zur Folge hat. Die Größe einer Spule hängt von der gespeicherten Energie ab. Und in diese geht der Strom nun mal quadratisch ein. Aber selbst wenn die resultierende Energie glech oder kleiner ist, im diskuntinuerlichen Mode hat mann immer den vollen Inuktionshub und damit auch Kernverluste. Bei diskuntinuerlichen Mode nur den Induktionshub welchen der Stromripple ausmacht. In der Praxis kann man bei höheren Leistungen dann im DCM nicht bis an die Sättigungsgrenz fahren da bei jedem Schaltzyklus die Hystereseschleife durchfahren wird und untragbar hohe Verluste entstehn. Und wenn du noch immer zweifelst: Begründe warum PFCs, mit Boost-Konverter, bei Leistungen ab so 1kW immer kontinuierlich arbeiten? Der Grenzbetrieb hätte Vorteile, was Diodenrecovery und EInschaltverluste betrifft. Aber eben nicht bei der Drossel.
Fralla schrieb: >>- Überlege Dir was passiert wenn Du das delta IL sehr groß bzw. sehr > >>klein wählst. Wobei wird mehr Energie durch die Spule transportiert? > > Die Energietranfer pro Schaltvorgang, und damit durch die SPule, hängt > > nur von der Leistung und der Schaltfrequenz ab. Ob die Drossel klein ist > > mit viel Strom oder umgekehrt spielt für die übertragene Engerie keien > > Rolle. Falsch! Was hat "pro Schaltvorgang" mit der Frequenz zu tun? Wir befinden uns im Zeitbereich! Also E=0,5*I²*L Einschaltvorgang Boost: - Zu Beginn (FET gerade geschlossen): Ispule=Imittel-0,5*deltaIL - Am Ende (FET öffnet wieder): Ispule=Imittel+0,5*deltaIL --> Imittel-0,5*deltaIL floss bereits zu Beginn des Einschaltvorgangs durch die Spule UND es kann ja nur Energie in der Flussphase des FETs in die Spule hineintransportiert werden! Ein Beispiel: Boost-Converter mit Ia=Imittel=10A, Welligkeit deltaIL=2A, Induktivität meinetwegen 100µH - Energie in der Spule beim schließen des Fets: Ispule=10A-0,5*2A=9A --> Espule=4,05mJ - Energie in der Spule beim öffnen des Fets: Ispule=10A+0,5*2A=11A --> Espule=6,05mJ --> Differenz: 2,0mJ Jetzt mit Ia=Imittel=10A, Welligkeit deltaIL=4A, Induktivität weiterhin 100µH - Energie in der Spule beim schließen des Fets: Ispule=10A-0,5*4A=8A --> Espule=3,2mJ - Energie in der Spule beim öffnen des Fets: Ispule=10A+0,5*4A=12A --> Espule=7,2mJ --> Differenz: 4,0mJ Soso, und die Welligkeit hat keinen Einfluss auf die transportierte Energie pro Schaltvorgang??
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Fralla schrieb: > Ob die Drossel klein ist > mit viel Strom oder umgekehrt spielt für die übertragene Engerie keien > Rolle. Schauen wir mal, ob das wirklich so ist! Das ist die Gretchenfrage schlechthin, da man sich die kleinere Induktivität mit einer höheren Strombelastung der Spule erkauft. Ich habe daher mal versucht die Anhängigkeit der Flussdichte in der Spule von der Stromwelligkeit deltaIL herzuleiten (siehe Anhang). Dabei ist k der Welligkeitsfaktor (deltaIL=k*Ia), d.h. Stromwelligkeit in Abhängigkeit vom Ausgangsstrom. Bei konservativer Auslegung ist k=0,2. Das sinnvolle Maximum beträgt k=2, da hier der lückende Betrieb beginnt. Beispiel: Ia=ISpuleMittel=10A k=0,2 --> deltaIL=2A, ISpuleMax=11A, ISpuleMin=9A Ia=ISpuleMittel=10A k=2 --> deltaIL=20A, ISpuleMax=20A, ISpuleMin=0A (lückender Betrieb) Alle verwendeten Formeln stammen aus den Skripten von Heinz Schmidt-Walter. Das Ergebnis ist auf dem Taschenrechner dargestellt. Dabei ist in der Darstellung das Minimum auf 1 normiert wurden. X-Achse: k min=0 max=2 Y-Achse: B (normiert) min=0 max=10 Ergebnis (Interpretation): - Bei k=2 habe ich die geringste Flußdichte, d.h. ich benötige die kleinste Spule - Mit kleiner werdenden k, wird meine Flussdichte größer, d.h. je weniger Welligkeit ich haben möchte, desto größer muss mein Kernquerschnitt werden. Dies gilt insbesondere für sehr kleine Welligkeiten! - Besispiel: Bei k=0,2 (Welligkeit 20% vom Spulenmittenstrom) habe ich die 1,74 fache Flußdichte, als wenn ich bei gleicher Auslegung in den lückenden Betrieb gehen würde. - Allerdings... Mann erkennt auch ganz klar, dass sich ab einem gewissen Punkt mit größer werdenden k die Flussdichte kaum noch ändert. Beispielsweise ist zwischen k=1 und k=2 kaum noch ein Unterschied. Das beantwortet auch die Frage von Dir Fralla: >Begründe warum PFCs, mit >Boost-Konverter, bei Leistungen ab so 1kW immer kontinuierlich arbeiten? >Der Grenzbetrieb hätte Vorteile, was Diodenrecovery und >EInschaltverluste betrifft. Aber eben nicht bei der Drossel. Es macht wohl dann keinen Sinn mehr in den lückenden Betrieb zu gehen, da das Optimum der Spulengröße weit vorher erreicht wird, jedoch für diese Anwendung die Nachteile des lückenden Betriebs die Vorteile aufwiegen.
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