Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Einfacher isolierender DC/DC-Wandler selbstgebaut


von Electronic E. (electronic_eel) Benutzerseite


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Hallo,

ich brauche einen galvanisch getrennten DC/DC-Wandler. Nachdem ich 
bisher nur Bucks und Boosts gebaut habe, dachte ich es wäre eine gute 
Idee sowas mal selbst zu bauen um was bei zu lernen.
Natürlich weiß ich das es die Dinger fertig von Traco, Aimtec und 
Konsorten gibt und daß die wahrscheinlich besser sind als alles was ich 
selbst gebaut bekomme.

Anforderungen:
Eingang: 4.4V bis 12V
Ausgang: 5V, 250mA
Ripple: 200mV PtP max.
Effizienz: egal solange ich keinen Lüfter dranbauen muß ;)

Ich würde mich gerne auf Teile beschränken, die gut verfügbar und 
günstig sind. Außerdem möchte ich eigentlich keine eigenen Trafos 
wickeln um das ganze einfacher aufzubauen und besser reproduzierbar zu 
bekommen.

Ich dachte daher eine stromkompensierte Drossel als Trafo und einen 
Flyback-Aufbau. Bei den anderen Topologien wie Vorwärtswandler etc. 
brauche ich ja für meine Anforderungen andere Übersetzungsverhältnisse
als 1:1.

Z.B. an so eine Drossel dachte ich:
http://katalog.we-online.de/kataloge/eisos/media/pdf/744841414.pdf

Beim Flyback brauche ich ja spannungsfeste Mosfets, in der Simulation 
geht die Spannung bis 120V hoch. Daher hab ich mit 200V geplant. Leider 
hab ich da nix mehr in Logic-Level gefunden. Daher hab ich fürs Gate 
eine Hilfsspannung von 10V vorgesehen. Die will ich mit nem einfachen 
Boost-Regler erzeugen.

Anbei mal eine Simulation in LTSpice.

Man sieht daß der Strom durch den Trafo beim Einschalten bis auf max. 
2,9A hochgeht, danach dann so etwa bis 1,3A.

Meine Frage ist jetzt ob das realistisch ist diesen Strom in den Kern so 
ner Drossel zu bekommen oder ob die da schon längst in der Sättigung 
ist.
Im Datenblatt finde ich dazu leider keine Angaben und ich hab da noch 
kein Gefühl für.

Oder bräuchte ich 2 Drosseln parallel damit das realistisch wird?

Wenn Ihr das grundsätzlich für realistisch haltet, möchte ich als 
nächstes die Teile bestellen und das Ding mal aufbauen. Ob ich dann beim 
555 bleibe weiß ich noch nicht, das hängt davon ab wie gut die Regelung 
funktioniert. Vielleicht steige ich auch auf nen Attiny um und mach die 
Regelung in Software.

Ich muß mir auch noch was für den Kurzschluss-Schutz ausdenken. Hat da 
jemand noch ne einfache Idee die mit wenig Bauteilen auskommt?

Vielen Dank.

von hinz (Gast)


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Electronic Eel schrieb:
> Meine Frage ist jetzt ob das realistisch ist diesen Strom in den Kern so
> ner Drossel zu bekommen oder ob die da schon längst in der Sättigung
> ist.

Längst in Sättigung.


Wie hoch muss denn die Isolationsspannung sein?

von Ben _. (burning_silicon)


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Auweia... sowas nenne ich bei Deinem Wissen über Schaltregler eine 
sportliche Herausforderung.

Vergiss als erstes ganz schnell, einen Schaltregler mit dem 
NE555-Universalschwein aufzubauen. Jedes Mal wenn ich sowas sehe krieg 
ich Puls.

Wenns schon also Sperrwandler laufen soll dann nimm eine echte 
Speicherdrossel, findet sich zB. auf der Sekundärseite von 
PC-Netzteilen.

Dieses Doppelmoppel mit einem zweiten Wandler für die FET-Hilfsspannung 
ist genau so komisch. 5V mit 250mA zu erzeugen entspricht einer Leistung 
von 1,25W. Dafür brauchst Du nicht unbedingt einen FET, sowas schafft 
ein selbstschwingender Sperrwandler mit einem Bipolartransistor spielend 
und ganz ohne Regel-IC (ausgenommen den TL431)...

Deine Spitzen sind auch nur deswegen so hoch weil Du keinerlei Snubber 
dagegen verwendet hast.

von 0815 (Gast)


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Den Optokoppler nicht am Reset des 555er anschließen, sondern am 
Control-Pin...

Manche Typen können selbst bei 0V an diesem Pin nicht gänzlich 
abschalten, empfehle eine Si-Diode in der Masseleitung des 555er.

Die Frequenz ändert sich ganz erheblich beim Abregeln des 555er, 
beachten....

Alle 40106er Ausgänge haben nicht die Leistung des 555er Ausgangs, Q1 
und den Cmos entfernen...

Bei 250mA wird alles was mit Entstörung zu tun hat als Sperrwandlertrafo 
schon zu knapp. Zwei Wicklungen auf nem winzigen Eisenpulverkern oder 
nem Ferrit mit Luftspalt wirken da Wunder...

von Flachi (Gast)


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>Auweia... sowas nenne ich bei Deinem Wissen über Schaltregler eine
>sportliche Herausforderung.

Laß doch deine blöden Sprüche. Es gibt sicherlich auch Gebiete, wo du 
blutiger Anfänger bist, oder? Also halt den Ball flach und verkneif dir 
deine Arroganz!

>Vergiss als erstes ganz schnell, einen Schaltregler mit dem
>NE555-Universalschwein aufzubauen. Jedes Mal wenn ich sowas sehe krieg
>ich Puls.

Noch so eine unsägliche Äußerung. Schreib doch ganz einfach sachlich und 
ohne Hähme, warum du den 555 keine gute Idee findest und nicht so einen 
Quatsch mit deinem "Puls"...

von Ben _. (burning_silicon)


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Oje. Wieder mal einer der empfindlich getroffenen Gäste die zu faul zum 
Anmelden sind.

Erstens braucht man keine Arroganz um Tatsachen aufzuzeigen. Wenn DU 
es so auslegst dann ist das DEIN Problem.

Zweitens mag ich es einfach nicht wenn man auf Krampf probiert diesen 
555er Dinosaurier in Schaltnetzteil-Anwendungen zu betreiben. Das ist 
eine Quälerei. Und es hört einfach nicht auf, immer und immer wieder 
kommt irgendjemand auf diese "geniale" Idee - bestimmt weil er gerade 
ein paar davon in seiner Bastelkiste gefunden hat. Da werd ich doch wohl 
noch meinen Unmut über diese Zustände zum Ausdruck bringen dürfen! Es 
gibt bestimmt Tausende von Schaltregler-ICs und so gut wie alle eignen 
sich besser als ein NE555. Von den auf den jeweiligen Anwendungsbereich 
zugeschnittenen ICs mal ganz abgesehen... Ich probier ja schließlich 
auch nicht mit einem TL494 irgendwelche Zeitgeber-Schaltungen zu bauen!

von Flachi (Gast)


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>Oje. Wieder mal einer der empfindlich getroffenen Gäste die zu faul zum
>Anmelden sind.

Das hat mit Faulheit nichts zu tun.

>Und es hört einfach nicht auf, immer und immer wieder kommt irgendjemand
>auf diese "geniale" Idee - bestimmt weil er gerade ein paar davon in
>seiner Bastelkiste gefunden hat.

Ja, und auch viele andere Dinge passieren hier immer und immer wieder. 
Nicht aus Faulheit oder Dummheit, sondern Unwissenheit.

>Da werd ich doch wohl noch meinen Unmut über diese Zustände zum Ausdruck >bringen 
dürfen!

Habe einfach Geduld und Nachsicht. Auch wenn es schwer fällt. Der 
Anfänger kann nichts dafür, daß du ihm um Lichtjahre voraus bist. Aber 
du mußt ihn das nicht spüren lassen. Helfe ihm auf den richtigen Weg und 
fühle dich gut dabei. Oder bist du nur hier, um die Sau rauszulassen? 
Wohl kaum...

von dani s. (beginner1)


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Manchmal habe ich das Gefühl, hier sind manche als perfekter Ingnieur 
auf die Welt gekommen. Arbeitst du vlt. sogar bei Bosch?

von Helmut L. (helmi1)


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Ich wuerde dir fuer deine Versuche einen LM2577 empfehlen.

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2577.pdf

Und dein Trafo braucht einen Luftspalt um als Speichertrafo zu 
funktionieren.
Und wickeln wirst du ihn in den meisten Faellen sowieso selber muessen.

von Electronic E. (electronic_eel) Benutzerseite


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Hallo,

Danke für die vielen Tipps.

>> Meine Frage ist jetzt ob das realistisch ist diesen Strom in den Kern so
>> ner Drossel zu bekommen oder ob die da schon längst in der Sättigung
>> ist.
>
> Längst in Sättigung.

Ok, also muß ich mich als erstes nach nem anderen Trafo umsehen.

> Wie hoch muss denn die Isolationsspannung sein?

Keine Sicherheitsanwendung, 100V würden z.B. gut reichen. Das sollte der 
Kupferlackdraht eigentlich bringen.

> Wenns schon also Sperrwandler laufen soll dann nimm eine echte
> Speicherdrossel, findet sich zB. auf der Sekundärseite von
> PC-Netzteilen.

Erst dachte ich - was will der mit ner Speicherdrossel, die hat doch nur 
2 Anschlüsse und ist kein Trafo. Doch dann hab ich nochmal auf die 
Schaltpläne von PC-Netzteilen geschaut und gesehen, daß die die 
verschiedenen Ausgangsspannungen über eine gemeinsame Drossel leiten und 
damit wohl Schwankungen der Lasten auf den verschiedenen Schienen 
untereinander ausgleichen.

Nen altes PC-Netzteil hab ich noch hier, die Drossel hab ich eben 
ausgelötet. Mal schauen ob ich das mit der hinbekomme.

> 5V mit 250mA zu erzeugen entspricht einer Leistung
> von 1,25W. Dafür brauchst Du nicht unbedingt einen FET, sowas schafft
> ein selbstschwingender Sperrwandler mit einem Bipolartransistor spielend
> und ganz ohne Regel-IC (ausgenommen den TL431)...

Klar, sobald man einen Trafo mit Rückkopplungswindung hat kann man das 
so machen.

Ich hab mich mal von 
http://www.joretronik.de/Web_NT_Buc/Kap7/Kapitel7.html
inspirieren lassen und den angehängten Schaltplan gemalt. Für 
Verbesserungsvorschläge bin ich offen.

> Deine Spitzen sind auch nur deswegen so hoch weil Du keinerlei Snubber
> dagegen verwendet hast.

Da hätte ich eigentlich auch selbst draufkommen können...

> Ich wuerde dir fuer deine Versuche einen LM2577 empfehlen.
>
> http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2577.pdf

Den kannte ich bisher nur für nicht-isolierende Wandler. Aber jetzt wo 
Du es sagst hab ich im Datenblatt auch ein paar Flyback-Beispiele 
gefunden. Wenn ich mit dem Selbstschwingenden nicht weiter komme, werde 
ich das mal probieren.

> Und dein Trafo braucht einen Luftspalt um als Speichertrafo zu
> funktionieren.
> Und wickeln wirst du ihn in den meisten Faellen sowieso selber muessen.

Tja, noch versuche ich da drumrum zu kommen. Mal schauen was die 
PC-Netzteil-Drossel so taugt.

von Electronic E. (electronic_eel) Benutzerseite


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So, ich hab das jetzt mal schnell aufgebaut, der Einfachheit halber erst 
mal ohne TL431 und Optokoppler.

Grundsätzlich funktioniert es, aber leider kommt zu wenig Leistung raus.

Ich stecke 2,5V mit 0,5A rein (hab auf Strom geregelt). Am Ausgang hab 
ich 30 Ohm hängen und die Spannung geht bis 2 V hoch. Der Transistor 
wird aber schon langsam lauwarm.

Ich vermute mal das L der Netzteil-Drossel ist zu niedrig. Das 
Simulationsergebnis entspricht relativ gut der Realität wenn ich 10µH 
für die Primärseite einstelle.

Leider hab ich kein LCR-Meter da, werd daher mal versuchen das L mit 
Funktionsgenerator und Oszi zu bestimmen.

Natürlich leidet das Ganze auch noch unter dem vom Optimum für einen 
Schaltregler deutlich abweichenden Lochraster-Aufbau. Mir ist schon klar 
daß das Layout messbar was ausmacht, aber ich denke nicht daß das bei 
Frequenzen von etwa 130kHz einen derartig starken Leistungsunterschied 
macht.

Hat jemand noch Ideen wie ich mit einer selbstschwingenden Topologie 
auch mit dem niedrigeren L die Leistung steigern kann?

von Helmut L. (helmi1)


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Electronic Eel schrieb:
> Ich vermute mal das L der Netzteil-Drossel ist zu niedrig.

Die hat aber keinen Luftspalt und wird vermutlich in die Sättigung 
gehen.

von Electronic E. (electronic_eel) Benutzerseite


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>> Ich vermute mal das L der Netzteil-Drossel ist zu niedrig.
>
> Die hat aber keinen Luftspalt und wird vermutlich in die Sättigung
> gehen.

Ich vermute Du hast recht mit der Sättigung.

Tja, da werde ich wohl doch noch mit Wickeln anfangen müssen. Oder hat 
jemand noch ne gute Idee woher ich einen passenden Trafo mit Luftspalt 
herbekommen kann? Also ich meine jetzt irgendwo ausbauen (wie aus dem 
PC-Netzteil) oder günstig kaufen, nicht Maßanfertigung etc.

von Helmut L. (helmi1)


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Was du brauchst ist ein E-Kern. Da kann man durch ein Stück Papier den 
Luftspalt einstellen. Eventuell aus einer Sparlampe ausbauen.

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