Kern für Sperrwandler

[Jo Sperrwandler (Gast)]

Hallo,

ist dieser Kern für einen Sperrwandler grundsätzlich geeignet ?

http://www.reichelt.de/Amidon-Eisenpulver-Ringkerne/T-94-6/3//index.html?ACTION=3&GROUPID=3186&ARTICLE=20027&SHOW=1&START=0&OFFSET=16&;

Es ist ein Amidon T-94-6 Ringkern :

AL-Wert : 70 µH/100Wdg
Fmax    : 50MHz.

Hatte vor ca 50kHz anzupeilen.
Die Freuqenz ist doch nur die obere Grenze wo der Kern die Magnetische 
Leitfähigkeit verliert ?

Wenn ich Sekundär auf 15V / 10A max möchte muss der Kern mehr als 3mW 
pro ladevorgang speichern.

P=0,5  L  I^2 => I müsste ca 19A sein.
Bei einer Induktivität von L=17µH  (ca 50Wdg)

Laut Induktionsgesetzt : U = L * dt/di
Ist bei 20V Eingangsspannung die Induktivität in ca 16,15µS auf 19A 
aufgeladen.

Dauert das komplette entladen (diskontinuierlich) genau so lange ?
Dann würde der Wandler mit 50% Tastverhältnis und ca 30kHz laufen !?
Das wären dann nur 90W...

Ist das realistisch ?

[MaWin (Gast)]

> ist dieser Kern für einen Sperrwandler grundsätzlich geeignet ?

Ja.

> Die Freuqenz ist doch nur die obere Grenze wo der Kern die
> Magnetische Leitfähigkeit verliert ?

Die Verluste werden immer höher. Jede Ummagnetsierung erwärmt den Kern. 
Wird er zu warm (Curie-Te,p) verliert er seine Induktivität. 50KHz hält 
er nur aus, wenn er wenig ummagnetisiert wird. 50kHz hält er 
(vermutlich, ich hab's nicht nachgerechnet) bei voller Ummagnetisierung.

> für einen Sperrwandler
> Wenn ich Sekundär auf 15V / 10A max möchte
> bei 20V Eingangsspannung

Häh ? Das wird doch ein Flusswandler.

> Dann würde der Wandler mit 50% Tastverhältnis

Von 20V auf 15V ? Sicher nicht. Nicht ohne Trafo.

> Dauert das komplette entladen (diskontinuierlich) genau so lange ?

Wieso diskontinuierlich ? Musst du so ein altes IC verwenden mit so 
schlechter Regelung daß er nicht kontinuierlich regeln kann ?

Deine Geschreibsel passt alles nicht zusammen.

Dein Ergebnis (50 Wdg, der Kern) hingegen schon, er läuft dann als step 
down bei ca. 8-12A.

[Jo Sperrwandler (Gast)]

Hallo MaWin,

ich bin sehr frisch was Induktivitäten angeht.
Das hast das Chaos in meinem Kopf schon gut bemerkt...

Hast Du ein Stichwort wie man die Kernverluste berechnet ?


Es soll schon ein Sperrwandler werden.

Es gibt noch kein IC.
Der lückende Betrieb hörte sich erstmal einfacher an.
Wollte zum testen einfach mit Freuqenzgenerator auf den FET.
(Mit Last, sonst läuft mir die Spannung hoch)

Ich wickle dann mal los.

[MaWin (Gast)]

> Hast Du ein Stichwort wie man die Kernverluste berechnet ?

Diagramm im Herstellerdatenblatt.

Man muß den thermischen Übergangswiderstand des bewickelten Kerns zur 
Umgebung kennen und den zusätzlichen Wärmeeintrag durch die Wicklung, um 
das bestimmen zu können.

Rechnungen können immer nur grobe Abschätzungen sein.

Letztlich baut man und guckt mit dem Infrarotthermometer.

[Jo Sperrwandler (Gast)]

Die Schaltung kommt ohne Regler auf einen Wirkungsgrad von 64,6%.

Dabei habe ich Fehler gemacht :

- Windungsverhältnis 1 - 1
- Der FET scheint primär im Avalanche durchbruch bei ca 55V zu 
begrenzen.
   (Channel1) Trotzdem entsteht Sekundär eine hohe "Nadel".
   Fehler : Mir fällt auf das ich Kanal 2 nicht zuordnen kann.
- Der Kupferdraht ist zu dünn - ca 1,5Ohm, erwärmt sich um ein paar °C.
- Die UF4007 ist gut Überfordert sicher über 60°C
- Laden und Entladen der Induktivität dauern 10µs + 8µs = 18µs.
   Bei T = 33µs werden 15µs "verschwendet".

Wo kann man da noch ansetzen ?

Warum ist der kontinuierliche Betrieb als dr lückende besser ?

[Tippgeber (Gast)]

Jo Sperrwandler schrieb:
> Warum ist der kontinuierliche Betrieb als dr lückende besser ?

Der Spulenstrom besteht dann im Idealfall aus einer 
Gleichstromkomponente mit relativ kleinem Rippleanteil. Dadurch werden 
die Ummagetisierungs- und Wirbelstromverluste kleiner. Durch die 
kleineren Rippleströme sinkt auch die Belastung der Elkos.
Leider wird dafür die Diode um so mehr gestresst, da sie voll in den 
Sperrverzug mit hohen Strömen gerät. Oft erreicht man bessere Ergebnisse 
mit einer Schottky Diode als mit einer Ultrafast Diode.

[MaWin (Gast)]

> Dabei habe ich Fehler gemacht :

Du hast tatsächlich einen Flyback gebaut.

Ich habe mit einem nicht galvanisch getrennten step down gerechnet.

Beim Flyback entsteht primär eine Gegeninduktionsspannung,
man kann also nicht direkt mit einer Freilaufdiode den MOSFET
schützen, sondern man braucht einen DRC Snubber

+ --+---+-----+
    |   |     |
    R   C     L
    |   |     |
    +---+-|<|-+
              |
          ---|I
              |

Die Spannung am C entspricht der rücktransformierten Ausgangsspannung.

Der Betrieb ist bei dir sehr diskontinuierlich,
nämlich der ganze Bereich mit der schönen Oszillation.

[Peter R. (pnu)]

Die langen Leitungen zwischen Schalter(FET) und Kern sind ein Pfui! Da 
kann man alleine durch Handauflegen (Handkapazität) die Spannungsspitze 
beim Abschaltend es FET verändern. Die Abstrahlung ist höllisch und die 
Spannungsspitze wird unnötig groß

Die Spannungsspitze beim Abschalten des FET kann den FET zerstören.Dass 
der FET hier die Spannungsspitze überlebt, ist reiner Zufall.

Im ersten Experimentierbetrieb kann man zur Begrenzung eine Z-Diode 
parallel zu S-D des FET schalten. Normalerweise nimmt man bei 
Sperrwandlern ein RC-Glied, teilweise mit Diode ergänzt, um die 
Spannungsspitze abzubauen.
Sperrwandler kommen ohne solche RC-Dämpfungsglieder nicht aus.

Bei der Wicklung sollte man auf möglichst streuarmen Aufbau achten (beim 
Ringkern die Windungen gleichmäßig um den ganzen Umfang verteilen.
Die unnötig lange Leerlaufphase kann durch weniger Windungen 
(kleineresL) verkürzt werden. Bei weniger Windungen könnte man auf Litze 
bzw. auf mehrere Drähte untereinander verdrillt übergehen.

Wenn man keinen großen Eingangsspannungsbereich braucht, sind 
Gegentakt-Flusswandler mit den Standard-Steuer-IC's eigentlich die 
rationellere Lösung.

[Jo Sperrwandler (Gast)]

Am Wochenende konnte ich wieder ein bisschen probieren.

Dabei entstanden drei Bilder :

- "Kontinuierlich", hier habe ich das Tastverhältnis so weit aufgedreht 
bis ein kontinuierlicher Betrieb erreicht war.
Vermute ich jedenfalls stark.
Paralell zum Speichertransformator lag ein Serien RC mit 100 nF und 56 
Ohm.
Die Starke Schwingung beim entladen in die Sekundärseite ist stark 
reduziert.

Am Ausgang habe ich eine BYW 29-200 welche den Strom in einen 470µF Elko 
führt.
Die Diode wird im Kontinuierlichen Betrieb schon sehr warm, ohne 
Kühlblech hält die nicht lange durch...
Ist das normal ?
Hilft hier auch ein Snubber (Sekundär über die Diode) ?


Der "Snubber" Widerstand im Primärkreis wird sehr heiss.
Funktioniert er auch noch wenn das RC Glied (in serie) über die D-S 
Strecke des FET liegt ?

Mit egal welcher Diode hat ein DRC Glied (RC paralell) fast keine 
Wirkung gezeigt.


- "Diskontinuierlich"-> Ohne die lange Zuleitung fällt die 
Spannungsnadel an den Schaltflanken wesentlich kleiner aus.
Hier ist kein Snubber vorhanden.
Die Gatespannung erreicht UB=10V - 16V in weniger als 60nS.

Vielleicht sollte ich noch einen Gatewiderstand verbauen / den Treiber 
"verlangsamen" ?


Bei ca 1,5A Eingangsstrom wird der Trafo schon ca 60°C warm.
Mit meinen 1,2m langen und d=0.5er Kupferlackdraht messe ich ca 1 Ohm.
P = I²R  = 2,25W Verlustleistung im Kupfer @ 30kHz Schaltfreuenz.

Sollte wohl lieber zwei bis vier Drähte für jeweils primär und sekundär 
paralell wickeln ?

Primär und Sekundär halbwegs bifiliar wickel dürfte schwierig werden.

[Jo Sperrwandler (Gast)]

PS: Erstaunlich wie es am Ausgangselko nach dem Hochlaufen der Spannung 
knallen kann... ;)

[Jo Sperrwandler (Gast)]

@ Mawin :
Ich weiss nicht warum ein Sperrwandler ein Fehler sein soll ?

Leider bringt das DRC nicht viel.
Die schöne Oszillation wird nur minimal gedämpft,
bei den selben Werten ohne Diode sieht es schon viel passabler aus !
Der 1/4W Widerstand fängt dann aber schnel an zu kochen.

@ Peter:
Ich denke der FET begrenzte bei ca 55V im Durchbruch...
Da das Teil Avalanch rated ist dürfte er eine etwas grössere Chance 
gehabt haben ?
Hätte nicht gedacht das die Leitung soviel ausmacht...

>Bei der Wicklung sollte man auf möglichst streuarmen Aufbau achten (beim
>Ringkern die Windungen gleichmäßig um den ganzen Umfang verteilen.
>Die unnötig lange Leerlaufphase kann durch weniger Windungen
>(kleineresL) verkürzt werden. Bei weniger Windungen könnte man auf Litze
>bzw. auf mehrere Drähte untereinander verdrillt übergehen.

Wenn ich TOn verlängere werden die Ströme schnell sehr gross.
Dachte je grösser die Induktivität umso länger dauert das laden/entladen 
?

Der Kern ist im moment mit zwei d=0,5mm CU Lackdrähte bifilar bewickelt.
Ich sollte mindestens verdoppeln ?


>Wenn man keinen großen Eingangsspannungsbereich braucht, sind
>Gegentakt-Flusswandler mit den Standard-Steuer-IC's eigentlich die
>rationellere Lösung.

Hier liegt der Trick.
Sorry das ich das erst jetzt bringe :

Das Teil soll zwei Primärwicklungen und eine Sekundär bekommen.

Ich möchte mit zwei Eingangsspannungen auf den Kern bringen (ev. auch 
Gleichzeitig):
- 3 x Solarzelle mit 17,6V @ 0,5A
- Kleines Windrad von 5V bis ...?


Denke dafür ist ein Sperrwandler schon ganz gut.
Buck Boost wäre noch eine Variante gewesen.

Mit einem Flusswandler passt es beim Windrad nicht.