Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Topologie Höchste Effizienz bei kleiner Spannung


von PFC-Mann (Gast)


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Ich will einen Wandler bauen,
V in ungefähr 30 V fest,
Vout ist 44 V auch fest. Strom ca 4 Ampere +-, wenn möglich mit 
Trennung.
Was würdet ihr mir für eine Topologie empfehlen? Möglichst mit IC 
realisierbar oder.
HAt jemand was entsprechendes schonmal designed?
Dachte evtl. an LLC Resonanz mit aktiver Gleichrichtung, gibts aber 
leider nur App notes für 400V Eingang.

von Michael H. (overthere)


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Sorry, wenn ich das jetzt so arrogant formuliere, aber weist du 
überhaupt was eine PFC ist, wenn du nicht mal einen einfachen Step-up 
kennst, der eigentich ein StepUp ist?

Um es trotzdem fachlich knapp zu formulieren:
Man nehme einen Step up mit aktiver Gleichrichtung. Die 14 Volt 
Differenz sind kein Hexenwerk und schon gar nicht bei 4 Ampere.

ReglerIC? Mmmh, bau einfach einen Pulse-Skip Regler manuell auf. Oder 
die klassichen Regler von UC... (wie sie auch immer heißen) verwenden. 
Schau mal bei TI vorbei.

von Michael H. (overthere)


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Hast du schon mal einen Beitrag unter dir geschaut?
Beitrag "Slope Compensation beim UC3842"

Um es ganz deutlich zu sagen: GRUNDLAGEN!
http://en.wikipedia.org/wiki/Buck_converter
bzw.
http://sprut.de/electronic/switch/pwm/pwm.htm

von PFC-Mann (Gast)


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Michael H. schrieb:
> Sorry, wenn ich das jetzt so arrogant formuliere, aber weist du
> überhaupt was eine PFC ist, wenn du nicht mal einen einfachen Step-up
> kennst, der eigentich ein StepUp ist?

JA ich weis was eine PFC ist, hab hier gerade eine aufgebaut.
Step-Up (oder Boost) ist zwar schön einfach mir vom Wirkungsgrad her zu 
schlecht. Will das bestmögliche rausholen was geht.

von PFC-Mann (Gast)


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Michael H. schrieb:
> Um es ganz deutlich zu sagen: GRUNDLAGEN!
> http://en.wikipedia.org/wiki/Buck_converter
> bzw.
> http://sprut.de/electronic/switch/pwm/pwm.htm

Du bist echt der Held wenn du mit nem Buch-Converter aus 30V 44V machst. 
Die Grundlagen solltest du dir vlt. nochmal zu Gemüte führen.

von Sam .. (sam1994)


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pwm?

von Michael H. (overthere)


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Also, mit einem Buck Converter, habe ich ohne synchrone Gleichrichung 
96,5% geschafft. Und da war 50% der Verluste in der Spule. (48V auf 
30V).  Wenn dir das zu schlecht ist, schaffst du gefühlte 98% mit 
synchroner Gleichrichtung. Angeblich haben Kollegen von FinePower >99% 
mit JFETs geschafft (allerdings eine PFC).

Sei mir nicht böse, aber wenn du Ahnung von der Materie hättest, dann 
wüsstest Du, dass 30V resonanz wenig Sinn macht, da auch die parasitären 
Kapazitäten relativ gering sind. Das macht erst ab Netzspannung Sinn, da 
die im Quadrat rein geht. (Erinnerung: Pverlustnonresonant=f*1/2*C*U^2)

Sei mir nicht böse, aber nimm dir wirklich mal ein Blatt Papier und 
überlege dir, wie Du das angehen würdest, anstatt fertige Lösungen aus 
Appnotes abzupinseln.
Unter anderem solltest du dir Gedanken machen, wo genau bei dir die 
Verluste auftreten und wo genau Du optimieren willst.
Als Stichpunkte würde ich dir Umschaltverluste und Cross-Conduction bei 
synchroner Regelung nennen.

Ich will dich hier nicht runterbuttern (sonst hätte ich mir garnicht die 
Zeit genommen dir zu antworten) sondern zum Gehirneinschalten bewegen.

>Will das bestmögliche rausholen was geht.
Wollen wir das nicht alle? Aber mal ehrlich: Ein Auto das fährt und viel 
Schluckt ist besser als ein Auto das theoretisch hocheffizent ist, man 
leider aber nur die Räder zum Fahren nicht vorgesehen hat.

von db (Gast)


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Mal wieder die Allwissenden...
Du hast ihm leider immer noch nicht erklärt wie du mit einem Buck aus 
30V 44 machen willst....
Naja schön, dass hier alle so schlau auf die Welt gekommen sind..

von PFC-Mann (Gast)


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Buck/Boost ist nicht mein Favorit, da ich das ganze gerne getrennt 
hätte. Vlt versuch ichs mit nem einfachen flyback und optimiere dann an 
dem rum.
Ja Michael, bin halt noch ein Anfänger, deswegen stelle ich ja auch hier 
Fragen.
Aber danke für die Antworten...

von Fralla (Gast)


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Resonant geschaltet (aber hier garantiert kein LLC, nicht ohne grund 
gibts da viele 400V Appnotes) macht dann Sinn, wenn es auch klein sein 
soll, denn bei 500kH oder mehr machen auch 40V Fets erhebliche 
Schaltverluste. Mach siehe sich Busconverter für -48V Telekom Systeme 
an, da ist nicht alles hart geschaltet.

Ein Synchroner Booster-Converter im Boundary Mode geht da ganz gut
+keine Recovery verluste
+keine Einschaltverluste
Der höhere Filteraufwand ist bei der Spannung nicht umbedingt ein Grund 
für höhere Verluste.
Abgeschaltet wird bei hohem Strom.

Es gibt noch etwas besseres, aber das werd ich dir nicht einfach so 
sagen, bzw reicht dein Wissenstand nicht um einen rekordverdächtigen 
Wandler zu bauen. EIn Tipp, nicht jeder Resonanzanzlertopologie hat oder 
braucht eine Brücke...

MFG

von Gerd E. (robberknight)


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PFC-Mann schrieb:
> da ich das ganze gerne getrennt
> hätte.

Muss es galvanisch getrennt sein oder wäre das nur "ganz nett"? Was 
bringt galvanisch getrennt bei Deiner Anwendung für Vorteile? Kann man 
die vielleicht auch anders hinbekommen?

Nen regulärer Boost ist halt einfacher zu realisieren als was 
isolierendes weil es bei dem auf den richtigen Trafo ankommt. Und den 
bekommst Du normal nicht von der Stange.

von Michael H. (overthere)


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Flyback? Das ist definitiv die maximalineffizenteste Idee. Sorry, dass 
ich das wieder so direkt sage. Da hast du irrsinnige Kernverluste und 
ernorme Spannungsspitzen, dadurch dass Du die Energie im Luftspalt 
zwischenspeichern musst. Flybacks machen für kleine Leistungen aus hohen 
Spannungen sinn. Du hast aber eine geringe Spannungsdifferenz. 
(Uin/Uout<<10). Infineon hat damals nur 86% mit enormen Wicklungsaufwand 
geschafft. Mit einfacherer Wicklung waren es dann nurnoch 82%. 
Fairerweise muss man sagen, dass das ganze Teil eine 
UltraLowCost-Anwendung war.

Wirklich, nochmals bitte: Nimm dir bitte ein Blatt Papier, und überlege 
dir, wo die Vorteile und Nachteile sind und rechne erstmals. An einer 
bestehenden Schaltung rumzudoktorn macht keinen Sinn. Bastel dir bitte 
ein Modell und rechne das ganze mal grob durch.

Mein bescheidener Vorschlag wäre StepUp, und den in discountious 
conduction mode. Einen synchronen StepUp kannst du auch in umgekehrter 
Richtung verwenden, also als StepDown von 44V  auf deine 30V runter. (So 
lese ich mal dein Requirement von -4A).
Die Ansteuerung könntest du provisorisch erstmals durch eine konstante 
PWM von einem MCU realisieren.

von Fralla (Gast)


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Wenn getrennt brauchst du einen Trafo, klar. Aber einen kleinen Trafo 
der immer viel Streuung hat. Also diese gleich mitbenützen und eine 
Synchrone PSFB einsetzten wo die Fets auch weich geschaltet werden. (Hat 
natürlich auch seine Nachteile, aber in jedem Arbeitspunkt maximale Eff 
gibts sowieso nicht, und ein Lastpofil bzw Eingangsspannungsbereich hast 
auch nicht genannt, all das entscheidet die Topologie)
Nur weil die Spannung klein ist, ist das lange kein Grund die 
Schalverluste zu ingorieren.

Aber in Anbetracht deines Kentnissstandes nimm eine höchst bewährte und 
sehr robuste/einfache Topologie für diese Spannungen, nähmlich eine 
Push-Pull Wandler. Das die Fets mehr sperren müssen ist egal, bis 
85V/100V gibts da heute viel passendes. Ach einen Push-Pull oder in 
Halbbrücke kann man Ausschwingen lassen und sich dem ZVS nähern (gut 
timebaren controller vorausgesetzt). Wäre möglicherweis bei der geringen 
Leistung besser als der erste Vorschlag. (Wenn der Strom zig A groß wäre 
dann das erstere)
Auch Controller mit verlustarmer Startupzelle, den ein Biassupply kannst 
du dir bei der Leistung sowieso nicht leisten.

MFG Fralla

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